STEM理念在高中地理教學中的應用研究

吳健康　施純林

地理是高中課程教學的重要組成部分，因課程內容理論、抽象知識偏多，需要學生去死記硬背，削弱了學生學習的興趣和積極性。而STEM教育理念的應用，可以調動學生學習的興趣，拓展學生的知識面，促使學生進行深入思考、探究，提升學生學習能力。為此，本文對STEM理念在高中地理教學中的應用進行了探討，以供參考。

隨著新課改的逐步深入與核心素養的提出，傳統地理教學已不能適應時代發展需求。教學過程程式化，合作實踐過程不足，使得學生參與學習的熱情不高，地理課程的作用得不到有效發揮。STEM理念沖破了傳統學科界限，具備情境真實性、體驗合作性等特征。該理念與新課改要求相符，將其應用到地理學科教學中，是新課改下地理教學改革的必經之路。

一、STEM理念概述

STEM理念是科學、技術、工程及數學幾門學科英文首字母縮寫，重視跨學科融合，構建學科間的聯系，沖破學科界限，形成多層次的學科知識體系，以培養出更多社會所需的專業人才。其中，科學即正確認識自然界規律，完善知識體系。技術、工程是基于自然規律下解決社會發展中面臨的難題。技術作為STEM理念的核心，隨著社會的發展而不斷地更新、升級。數學則是解決問題的工具。《普通高中地理課程標準》明確指出高中地理教學的四大核心素養，即人地協調觀、綜合思維、區域認知、地理實踐能力，這就針對高中地理教學目標給出了更加具體的要求，也提出了教學的新發展方向。當前我國高中地理教學中，地理教育越來越傾向培養學生的能力與素養，課程標準中已明確要求學生必須通過教師引導教育形成正確的價值觀、思想觀，擁有端正的人格和品格，掌握關鍵的技能。高中地理課程標準要求與STEM理念的科學、技術、工程、數學跨界融合思想是不謀而合的，兩者之間相輔相成。因此，教師必須在STEM理念指導下，培養學生綜合素養，探索出一條關于STEM全面的教育模式。

從教育高中地理型課程標準要求和教育教學目標上看，實施STEM教育的目標是提升學生的STEM素養，也就是科學素養、技術素養、工程素養及數學素養，學生可以利用各學科知識，提升解決實際問題的能力。

從課程模式上看，實施STEM教育可以有效地解決傳統課堂教學模式存在的不足，通過跨學科整合模式來教學。如，在對自然地理知識學習之前，學生可能要掌握相關的物理知識，在對人文地理知識加以學習前，學生需要掌握相關的歷史知識等。這就需要地理教師要加強與這些學科教師的互動交流，做好課程優化，這樣更利于學生對課堂知識的理解和掌握。

STEM理念教育具有如下特征：一是綜合性。STEM教育本身就是學科知識的綜合，重視利用各學科知識解決現實問題。同時，STEM教育是理論、實踐的融合，重視提升學生的實踐能力。STEM教育還可以說是實踐應用、創新的融合。社會的進步、國家的發展都離不開創新，離不開人才，STEM教育正是通過設計現實情境問題，通過技術、工程等學科技術解決問題，幫助學生理解和掌握學科知識。二是生活性。知識的學習與生活是密切聯系起來的，適應學生認知規律、與其生活有關的問題最能引起學生學習的興趣，因此要將與生活相關的、具有挑戰性的問題融入具體的項目中，讓學生在解決問題中得到鍛煉，達到社會性成長。

二、STEM理念在高中地理教學中的應用現狀

在調查中了解到大部分教師在授課時都是通過觀看視頻、小組探究學習或者講授手段來實現知識的傳輸。很少有教師會帶著學生開展地理外出實踐學習，或者帶著學生開展地理實驗活動，并且應用現代地理信息技術進行授課。這和新課標所倡導的強化學生地理實踐能力，重視現代信息技術的應用不相符。學生在學習地理知識時，更傾向于外出實踐。在調查中也能夠發現有些教師的教學方式并不符合新課標要求，缺少對學生實踐探究能力的培養。同時，大部分學生基本不知道STEM教育，對于將STEM理念應用到地理教學中的作用也不了解。雖然有些教師知道STEM理念，但是并不清楚具體內涵，在教學中不能很好地應用。部分教師認為，將STEM理念應用到教學中雖然能夠提升教學質量，但是作用并不是很大，即便是要將其應用到地理教學中，也存在一定的難度。

三、STEM理念在高中地理教學中的應用

（一）應用原則

1.關聯原則。

將STEM理念應用到高中地理教學中要堅持關聯性原則。STEM理念重視各學科間的關聯性，要求地理教育人員全面去挖掘地理教學內容與各學科間的關系，幫助學生從總體上去把握各知識點間的聯系，獲取知識與技能。另外，要注重理論、實踐的關聯性。在地理課堂教學中，要將理論、實踐融合，還要注重學生間的關聯性，鼓勵學生思想交流，互幫互助，做好知識的建構。

2.創新性原則。

將STEM理念應用到地理教學中要堅持創新性原則。創新是學生核心素養的要素之一。要突出學生的主體地位，全面激發學生學習的自主性、創新性。同時，教師也要將自身的主導作用發揮出來，引導學生實踐操作，開展創造實踐活動，在創造實踐活動中提升創造技能，開拓創新精神。

3.開放性原則。

將STEM理念應用到地理教學中要堅持開放性原則。在課堂上探究的問題要具有開放性或者是教學的形式具備開放性特征。比如說，實驗、比賽等等，用一種或幾種方式優化組合，提升學生學習興趣。同時，在實踐探究問題中，學生的看法、想法是開放的，教師要肯定學生的看法、想法，鼓勵學生大膽發言和想象。

（二）具體應用

1.借助信息技術。

STEM理念就是基于主學科，通過對知識的整合、拓展，將其應用到具體項目中。所以，在高中地理教學過程中，可利用現代化信息技術達到靈活應用的效果。首先，地理教師要積極加入培訓深造中，加強對現代信息技術、各學科知識的學習，提升自身的綜合素養，為STEM理念的運用奠定基礎。其次，可利用多媒體技術和微課等，基于地理教學目標，并綜合學生學習需求，做好優質課件制作。再傳輸、分享至交流群中，促使學生自主預習、小組探究，掌握豐富的知識技能。最后，可利用在線課堂，實現師生間、學生間的互動交流。教師要密切關注學生的學習動態，學生也可表達自己的意見與看法，與教師共同探討，鞏固學生所學知識。比如，在“交通運輸方式和布局”這一教學活動中，教師可利用多媒體設備，為學生展示古代、現代各個時期的交通運輸方式的圖片，并將其時代背景告知學生，引導學生依據自身的經驗進行深入探究。

2.創建教學情境。

教學情境就是先為學生創建真實的學習環境，再指導學生交流、探究、分析、總結、反思，發現地理各知識點之間的關系與規律。首先，教師要堅持從簡單到復雜的原則，創建實驗問題情境。針對比較抽象的理論知識，教師可按照要求設計實驗情境，將知識點直觀展現在學生面前，指導學生去觀看、思考，再利用所掌握的知識解決問題。其次，創建生活化問題情境。地理知識本身就源自實際生活，且用于解決實際生活問題。像工業、農業等都和現實生活息息相關。這時，地理教師就可經過生活化問題情境的創建，吸引學生的注意，激發學生的情感。最后，創建趣味問題情境。只有對知識進行加工，保證教學的趣味性，才能使學生保持積極的心態參與學習。比如說，在“水資源的合理利用”這一活動中，教師就可經過案例引入進行情境創建。先用多媒體設備為學生展示浪費水資源的視頻，例如工業廢水隨意排放等等。再提問學生：“大家經過觀看視頻都了解到了什么？浪費水資源帶來的影響是什么？生活中還存在哪些浪費水資源的問題，應該怎樣去做？”通過問題啟發學生思考，讓學生對知識的理解更加深入。

3.進行實踐探究。

高中生對一部分地理理論知識了解已十分充足，但還是有些內容了解得不透徹，比如說，地形圖。因此，可以通過實踐探究活動，提升學生學習能力。在實際教學中，教師可引導學生依據自身所掌握的知識來繪制地形圖。可查找資料、詢問他人、小組探究，并依據實際生活進行地形圖繪制，保證完成精準解讀，這樣就能夠調動學生知識學習興趣。同時，教師可將地形圖要素或核心內容告訴學生，再給學生準備所需的模具、素材，引導學生進行地形圖的繪制。在此過程中，教師要適當地加以引導，并依據學生的表現進行針對性的評價。這樣，就能夠更好地實現理論與實踐的融合，提升學生地理知識學習能力。

又如，“近地面大氣受熱過程”的實驗探究活動。活動開始前，教師先將學生分組，一組學生將溫度計準備好，在晴朗天氣連續兩天中午對距離地面不同高度的氣溫進行測量，半小時觀察結果。表1為一組學生測量結果。

測量結束后，教師讓學生去思考：測量到的數據中氣溫與海拔有怎樣的關系？從氣溫的變化測量，近地面大氣受熱的直接熱源是什么？

學生經過交流分析，了解到海拔越高，氣溫會降低，所以，直接熱源為地面。

二組學生將燒杯水、溫度計等工具準備好。燒杯中分別裝上水、沙子，在中午將裝有沙子、水的燒杯分別放到同一個高度，對溫度加以測量，半小時觀察結果。表2為二組學生氣溫測量結果。

測量結束后，教師讓學生思考：哪個燒杯中溫度最高？為什么升溫最高？

學生經過分析、討論，得出了裝水的燒杯升溫慢，裝沙子的燒杯升溫快。因為沙子、水的比熱容不一樣，所以，升溫快慢也不同。

二組學生經過探究實驗進行觀察、記錄、探究、總結，層層深入，便于學生掌握本節課需掌握的核心知識，即近地面大氣直接熱源為地面。經過實驗，學生還可以更深入地理解有關原理知識，比如說，隨著海拔的升高，溫度會降低；大氣具有保溫、削弱作用等。通過實驗探究，學生的求知欲大大提升，這時，教師適當啟發，共同探究知識，更利于提高學生學習效率。

四、結語

STEM教育理念在高中地理教學中的運用，有利于推動高中地理教學方式的改革，提供全新的教學思路。從傳統只注重學生知識獲取的教學模式轉變為重視學生素質能力提升的教學模式。為此，在高中地理教學中，廣大教師要對STEM理念有一個全面的認識，將其有效應用到課堂教學活動中，實現課堂教學目標。

注：本文系福建省教育科學“十四五”規劃2021年度課題“基于STEM-PBL教學模式下高中地理教學案例開發與實踐策略研究”（項目編號：FJJKZX21-498）階段性研究成果。