石進(jìn)德

（廈門第一中學(xué)集美分校，福建廈門361023）

STEM教育在發(fā)展高中生物學(xué)核心素養(yǎng)中的應(yīng)用

石進(jìn)德

（廈門第一中學(xué)集美分校，福建廈門361023）

應(yīng)用STEM教育理念開展高中生物學(xué)教學(xué)，學(xué)習(xí)場所不再局限于教室和學(xué)校，有助于學(xué)生嘗試用生命觀念去認(rèn)識(shí)生命世界、解釋生命現(xiàn)象；在解決現(xiàn)實(shí)問題中綜合應(yīng)用所學(xué)的生物學(xué)、數(shù)學(xué)、物理等知識(shí)，提高學(xué)生的理性思維；在探究實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐活動(dòng)中學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，提高分析問題、解決問題的能力、科學(xué)探究能力與創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展。

STEM教育；生物學(xué)核心素養(yǎng)；科學(xué)探究；實(shí)踐活動(dòng)

STEM最初是由美國政府提出的，它是指科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）以跨學(xué)科的形式在教學(xué)中整體呈現(xiàn)。STEM教育重視實(shí)施開放與動(dòng)態(tài)的課程，要求學(xué)生利用已有知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)問題，同時(shí)拓展和完善知識(shí)體系，具有生命性。強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科整合的思維解決真實(shí)情境中的問題，具有融合性。關(guān)注實(shí)驗(yàn)探究與實(shí)踐，具有科學(xué)性。強(qiáng)調(diào)社會(huì)的共同參與，具有社會(huì)性等特點(diǎn)。筆者嘗試在高中生物學(xué)教學(xué)中應(yīng)用STEM教育理念，探索發(fā)展學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的途徑。

一、踐行生命觀念，體現(xiàn)生命性

不同學(xué)生的思維品質(zhì)、個(gè)性特征、知識(shí)儲(chǔ)備、經(jīng)驗(yàn)積累具有較大的差異性，STEM教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生的個(gè)性發(fā)展是開放和動(dòng)態(tài)的，學(xué)習(xí)場所不應(yīng)局限于教室和學(xué)校，開放式的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生理解或解釋生命過程和生命現(xiàn)象。

人教版《高中生物·必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》的第四章“種群和群落”一節(jié)學(xué)習(xí)后，教師指導(dǎo)學(xué)生開展“探究土壤中的動(dòng)物類群豐富度”的探究性學(xué)習(xí)。學(xué)生通過理論學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、校園內(nèi)外指示動(dòng)物生境調(diào)查、研究成果交流、展示及拓展延伸等活動(dòng)，走出課本與教室，融入大自然和社會(huì)，以實(shí)驗(yàn)室、校園、校外場地等為研究、學(xué)習(xí)的場所，靈活運(yùn)用科學(xué)知識(shí)，積極尋求高?；蚩蒲袡C(jī)構(gòu)專家的理論指導(dǎo)和技術(shù)支持，學(xué)習(xí)指示值法、不同理化性質(zhì)對土壤動(dòng)物群落的影響、土壤動(dòng)物的監(jiān)測、大型土壤指示動(dòng)物生態(tài)毒理實(shí)驗(yàn)等動(dòng)物生態(tài)學(xué)原理與研究方法，主動(dòng)探索解決有關(guān)生命活動(dòng)具體問題的方法。

“探究土壤中的動(dòng)物類群豐富度”的探究性學(xué)習(xí)內(nèi)容是開放的、活動(dòng)過程是動(dòng)態(tài)的，是對課堂知識(shí)的拓展和延伸。在這個(gè)動(dòng)態(tài)的活動(dòng)過程中，學(xué)生嘗試用生命觀念去認(rèn)識(shí)生命世界、解釋生命現(xiàn)象，提升認(rèn)識(shí)能力和解決現(xiàn)實(shí)生活問題的能力，體現(xiàn)STEM教育活動(dòng)的生命性。

二、提高理性思維，體現(xiàn)融合性

STEM教育強(qiáng)調(diào)科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程等跨學(xué)科整合，在解決現(xiàn)實(shí)問題中促進(jìn)學(xué)生的理性思維。

學(xué)生學(xué)習(xí)高中微生物學(xué)知識(shí)后，基于DNA水平的非培養(yǎng)方法開展“杏林灣微生物群落組成及多樣性研究”活動(dòng)，通過查閱資料→實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備→樣本采集→實(shí)驗(yàn)處理→細(xì)菌多樣性分析→水質(zhì)檢測、分析→結(jié)果分析處理等研究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究的文獻(xiàn)法、采樣分析法、實(shí)驗(yàn)檢測法、16SrDNA測序和PCR克隆技術(shù)，繪制研究水體微生物的S型、J型曲線，建立其數(shù)學(xué)模型，通過歸納與概括、演繹與推理，構(gòu)建水體分離細(xì)菌系統(tǒng)發(fā)育樹，發(fā)現(xiàn)和分離研究水域中未知細(xì)菌，為新型微生物資源的開發(fā)提供依據(jù)。通過研究發(fā)現(xiàn)研究水體的水質(zhì)安全性較差，不適宜與人類肌膚直接接觸（如游泳等），應(yīng)加強(qiáng)水體管理，尤其要減少周邊養(yǎng)殖廢水、生活垃圾以及工業(yè)污水的隨意排放，從源頭上做好水體的保護(hù)工作。由此論證了水體安全性這一生物學(xué)社會(huì)議題，為城市規(guī)劃建設(shè)中環(huán)境保護(hù)建設(shè)提供水體監(jiān)測依據(jù)。

通過此活動(dòng)，學(xué)生所學(xué)的高中生物學(xué)、數(shù)學(xué)、物理等理論知識(shí)得到有機(jī)的融合與應(yīng)用，學(xué)生在解決現(xiàn)實(shí)問題中提高了思維能力。

三、開展科學(xué)探究，體現(xiàn)科學(xué)性

STEM教育關(guān)注學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，在實(shí)踐中探究、學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，認(rèn)識(shí)科學(xué)的本質(zhì)和真諦，這與高中生物學(xué)倡導(dǎo)科學(xué)探究的理念相吻合。

在開展高中生物“比較H2O2在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生觀看該經(jīng)典實(shí)驗(yàn)微課視頻后發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)存在科學(xué)性問題：一是滴加氯化鐵和肝臟研磨液是分步進(jìn)行的，不利于同時(shí)比較氣泡產(chǎn)生的情況；二是帶火星木條也是先后插入兩支試管中，對帶火星木條的助燃效果比較也沒有同步進(jìn)行；三是帶火星木條易接觸到試管壁導(dǎo)致木條熄滅；四是使用兩個(gè)火星木條無法滿足對照實(shí)驗(yàn)中單一變量原則。實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性、科學(xué)性和可靠性等受到影響。同時(shí)學(xué)生還提出在對比試管中產(chǎn)生的氧氣（或二氧化碳、氨氣、氯氣等）濃度等生物學(xué)或化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，同樣存在類似的問題。教師啟發(fā)學(xué)生進(jìn)一步思考能否嘗試設(shè)計(jì)一種對兩支試管中化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體的濃度進(jìn)行定性同步比較的實(shí)驗(yàn)裝置？如何讓比較實(shí)驗(yàn)同步進(jìn)行？如何更科學(xué)合理地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程？接著師生共同研討解決問題的方案。通過查閱資料，對探究實(shí)驗(yàn)的要求、對比實(shí)驗(yàn)單一變量原則有了進(jìn)一步的理解和認(rèn)識(shí)，激發(fā)了學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)的興趣，分組設(shè)計(jì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的方案。在眾多的方案中，Z同學(xué)的方案最有創(chuàng)意，在同伴互助、教師指導(dǎo)下，她反復(fù)改進(jìn)方案，最終設(shè)計(jì)出一種對兩支試管中化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生氣體的濃度進(jìn)行定性比較的、能進(jìn)行同步實(shí)驗(yàn)操作或演示實(shí)驗(yàn)裝置。

通過“比較H2O2在不同條件下的分解”探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從中發(fā)現(xiàn)問題，并嘗試應(yīng)用生物學(xué)知識(shí)解決問題，促進(jìn)了科學(xué)探究能力、實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力的提高。

四、增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任，體現(xiàn)社會(huì)性

STEM教育是圍繞社會(huì)熱點(diǎn)、難點(diǎn)問題展開研究的。例如“體驗(yàn)古法釀醬技藝、傳承中華醬文化”實(shí)踐活動(dòng)是源于學(xué)生的生活和體驗(yàn)，基于中華文化的傳承而設(shè)計(jì)的，是“關(guān)于生活的教育”，也是“為了生活的教育”。通過此活動(dòng)，學(xué)生學(xué)會(huì)識(shí)別有毒（劣質(zhì)）醬油，踐行健康飲食理念，體驗(yàn)釀醬技藝，體會(huì)“誰知盤中餐粒粒皆辛苦”的含義及父母培養(yǎng)子女的辛勞，讓學(xué)生學(xué)會(huì)感恩和養(yǎng)成熱愛勞動(dòng)的思想品質(zhì)?！盎ㄉo水煮液對糖尿病小鼠血糖的影響”實(shí)踐活動(dòng)是基于社會(huì)的發(fā)展和人類生活方式改變使得糖尿病發(fā)病率逐年遞增，成為第三大非傳染性疾病，嚴(yán)重威脅人類健康。而閩南地區(qū)盛產(chǎn)花生，每年花生收割后，花生根莖卻被丟棄在農(nóng)田里做肥料。通過本實(shí)踐活動(dòng)研究表明花生根莖水煮液確實(shí)能降低血糖，既能將花生根莖變廢為寶，又能節(jié)約就醫(yī)用藥的開支問題。

這些實(shí)踐活動(dòng)均與學(xué)生的生活息息相關(guān)，學(xué)生在參與實(shí)踐活動(dòng)、解決問題的過程中，大大增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。

STEM教育理念指導(dǎo)下的高中生物學(xué)教學(xué)，讓學(xué)生通過“發(fā)現(xiàn)問題→提出問題→作出假設(shè)→制定計(jì)劃→實(shí)施計(jì)劃→分析結(jié)果→得出結(jié)論”等科學(xué)探究實(shí)踐活動(dòng)，增強(qiáng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的意識(shí)，提高了解決問題的能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、科學(xué)探究能力與創(chuàng)新能力，有利于促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的提升。

［1］蔣桂林.基于高中生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的生物學(xué)科素養(yǎng)的思考［J］.中學(xué)生物學(xué).2015（10）.

［2］楊曉哲.數(shù)字化時(shí)代的STEM教育與創(chuàng)客教育［J］.開放教育研究.2015（5）.

［3］黃曉.論STEM教育的特點(diǎn)［J］.江蘇教育研究.2014（15）.

（責(zé)任編輯：陳欣）

本文系福建省教育科研“十二五”規(guī)劃2014立項(xiàng)課題“‘翻轉(zhuǎn)課堂’——高中生物‘慕課’實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)：FJJK14-404）研究成果。