我國中學生物學STEM 教育研究現狀與趨勢
——基于2016-2021 年STEM 教育文獻分析

張 璐 陳 欣

（1.福建師范大學生命科學學院，福建 福州 350108；2.福建教育學院理科研修部，福建 福州 350025）

STEM 教育強調多學科的交叉融合，旨在培養學生的科學探究能力、跨學科實踐能力及解決問題能力。隨著基礎教育課程改革的深入推進，雖然受升學壓力、課時、設備條件等因素限制，中學尚未系統地、規模化地開展STEM 教育活動，但是基于STEM 教育理念的教學實踐與研究正逐步豐富與完善，相關研究文獻逐年增加。筆者根據2016-2021 年發表于《生物學教學》《中學生物教學》《生物學通報》及《中學生物學》等4 份中學生物學教育期刊（下文簡稱生物學期刊）上有關STEM 教育文獻，分析中學生物學STEM 教育特點、現狀及發展趨勢。

一、中學生物學STEM 教育文獻來源與統計方法

通過中國知網（CNKI）、萬方數據庫、維普等平臺，以“STEM”為主題（包括文章題目、摘要及關鍵詞均含有“STEM”一詞），檢索2016-2021 年生物學期刊，經過手動篩選后，一共獲得有關中學生物學STEM 教育文獻84 篇。［1］利用Excel 軟件統計分析這些文獻年度發文數量、研究內容及STEM 教育方式等，并利用Word軟件制作表格進行總結。

二、中學生物學STEM 教育文獻統計與分析

（一）文獻數量統計與分析

利用Excel 軟件繪制2016-2021 年發表在生物學期刊上有關STEM 教育研究論文（如圖1），發現近6 年論文數量總體呈上升趨勢，其中2017-2018 年的上升幅度最大，這可能與2017 年我國教育科學研究院發布《中國STEM 教育白皮書》，并建議將STEM 教育納入國家戰略發展政策密切相關。此外，《中國教育STEM2029 創新行動計劃》提出在新中國成立一百年時建成世界創新型國家，《普通高中生物課程標準（2017 年版）》提出“教學過程重實踐”等課程基本理念，［2］進一步推動STEM 教育的發展，促使中學生物學教師及有關教育研究者重視開展基于STEM 教育理念的中學生物教學實踐與研究。2022 年4 月，我國發布的《義務教育生物學課程標準（2022 年版）》明確提出跨學科實踐主題，要求學生應達到“初步具有科學探究和跨學科實踐能力”的課程目標，［3］這將促進STEM教育教學與研究跨越式發展。

圖1 2016-2021 年生物學期刊上有關STEM 教育研究文獻數量

通過統計與分析2016-2021 年生物學期刊上有關STEM 教育研究論文發表數量，有助于了解中學生物學中STEM 教育發展現狀，把握其發展的總體趨勢。

（二）STEM 教育文獻研究內容統計與分析

統計與分析2016-2021 年生物學期刊上有關STEM 教育研究論文內容，發現有關高中生物學STEM教育實踐與研究占總發文量的55.95%，其次是初中生物學STEM 教育研究，占總發文量的34.52%。此外，有關國外生物學STEM 教育案例研究占8.23%，中等職業教育生物學實驗創新設計研究占1.18%。

通過對文章研究內容統計分析，可以了解我國中學生物學STEM 教育研究成果、存在的問題以及發展趨勢。

1.高中生物學STEM 教育研究內容統計與分析

統計與分析STEM 教育文獻研究內容涉及的人民教育出版社2019 年版普通高中教科書《生物學》（下文簡稱高中教科書）相關章節及教學內容（如表1）。發現STEM 教育文獻研究內容涉及29 個（相同研究主題的文獻計為1 個）高中生物學科學探究活動，且主要集中在必修1、選擇性必修1 及選擇性必修3 等3 本教科書。高中教科書大約有100 多個不同類型的探究實驗與實踐活動，可見，其蘊含豐富的STEM 教育資源，值得深入開發與利用。以此引導學生開展科學探究與實踐，習得生物學知識及跨學科知識，發展批判性思維與創造性思維。

表1 高中生物學STEM 教育文獻研究內容分析

2.初中生物學STEM 教育研究內容統計與分析

統計與分析STEM 教育文獻研究內容所涉及人民教育出版社2012 年版義務教育教科書《生物學》（下文簡稱初中教科書）的相關章節及教學內容（如表2）。發現初中生物學STEM 教育實踐主題活動主要包括觀察探究實驗、模型的制作、發酵食品制作及方案設計等四類。目前研究內容多分布在初中教科書的七年級下冊與八年級上冊。初中教科書大約有50 多個不同類型的探究實驗與實踐活動，可見，有必要深入開展初中生物學STEM 教育實踐與研究，以此激發初中學生科學探究與實踐興趣，提高科學思維能力與科學實踐能力。

表2 初中生物學STEM 教育文獻研究內容分析

3.STEM 教育方式統計與分析

統計與分析2016-2021 年STEM 教育文獻研究內容，發現中學生物學STEM 教育方式多是應用項目式學習、6E 教學模式、主題式教學、建模教學及深度學習等理念與模式。例如黃耐明、徐建分別以“血流的管道——血管”“加酶洗衣粉的洗滌效果”等教學為例，探索6E 教學模式在初高中生物學STEM 教育中的應用。沈藝提出STEM 課程培養學生高階思維能力的路徑。楊守菊以“綠色植物參與生物圈的水循環”為例提出初中生物學STEM 主題式教學策略。楊建新以“影響酶活性的條件”為例探究STEM 理念在高中生物學建模教學中的應用。張瑩以“分解纖維素的微生物的分離”為例，探討STEM 理念下高中生物學項目式實驗教學。侯松濤以“模擬生物體維持pH 的穩定”為例，提出基于深度學習的高中生物學STEM 項目設計。

應用項目式學習、6E 教學模式、主題式教學、建模教學及深度學習等理念與模式開展中學生物學STEM教育，有利于學生全面理解STEM 教育理念，深刻理解與應用生命觀念，發展學生工程思維能力、批判性思維能力、創新意識及綜合運用多學科知識與技能解決實際問題的能力。

三、中學生物學STEM 教育思考

教師要深入挖掘與利用初高中教科書中的跨學科知識及STEM 教育資源，開發STEM 校本課程，如基于STEM 教育理念改進教科書實驗，幫助學生深刻理解科學本質，提高科學探究實驗技能，培養科學探究能力與科學思維能力。此外，密切聯系學生現實生活，收集與利用STEM 教育資源，開設富有特色的STEM 校本課程，以真實情境作為載體，引導學生依據STEM 要素分析、制訂與實施解決問題的方案。同時，基于STEM 教育理念與深度學習理念，根據具體課程內容及學生學情，綜合應用項目式學習、6E 教學模式、主題式教學及建模教學等教學方法，踐行初高中生物學課程基本理念，促進學生主動參與科學實踐活動，發展核心素養。

STEM 課程改革是教育改革的重要組成部分，工程與技術在創新、實踐等方面極大地豐富STEM 課程的內涵與育人價值。［4］未來基于STEM 教育的中學生物學研究應該針對STEM 課程教學體系展開全方位的研究。