張定軍

STEM 理念是提倡運用涵蓋科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四大領(lǐng)域的知識，開展跨學(xué)科教育，運用多維方式引導(dǎo)學(xué)生思考、實踐、解題的教學(xué)理念。實驗教學(xué)是以實踐活動為主，學(xué)生利用儀器設(shè)備，在教師引導(dǎo)下根據(jù)實驗現(xiàn)象進(jìn)行測定、分析，獲得知識與技能的教學(xué)方式。高中生物實驗教學(xué)，在STEM 理念下，開展跨學(xué)科實驗活動，升華了生物實驗教學(xué)，讓學(xué)生獲得良好的實驗機(jī)會，循序漸進(jìn)地提升學(xué)生的實踐能力，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)發(fā)展。

一、科學(xué)設(shè)計實驗?zāi)繕?biāo)，提高教學(xué)效率

科學(xué)的實驗?zāi)繕?biāo)能為學(xué)生的實驗活動提供指引，有助于提高實驗教學(xué)的效率。以STEM 理念為指導(dǎo)，教師根據(jù)實際教學(xué)需要，將生物實驗中的跨學(xué)科知識提煉出來，設(shè)計科學(xué)的實驗?zāi)繕?biāo)，輔助學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)與探究，切實提高生物實驗教學(xué)效率。

以高中生物《細(xì)胞器之間的分工合作》一課的教學(xué)為例。首先，教師向?qū)W生展示他們比較熟悉的C919飛機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，讓學(xué)生分析科學(xué)領(lǐng)域知識，講述航空工程建造領(lǐng)域的故事。以C919 飛機(jī)作類比，引出細(xì)胞中的分工合作，利用STEM 理念建構(gòu)實驗?zāi)繕?biāo)。然后，教師以本課實驗主題為參考，為學(xué)生設(shè)計以下實驗?zāi)繕?biāo)：（1）列舉自己了解的細(xì)胞器，結(jié)合細(xì)胞器功能，感受細(xì)胞器之間的協(xié)調(diào)配合；（2）根據(jù)細(xì)胞器之間的協(xié)調(diào)與配合，分析生物系統(tǒng)的組成以及功能；（3）根據(jù)實驗要求制作臨時裝片，嘗試用光學(xué)顯微鏡觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)，根據(jù)顯微鏡中的現(xiàn)象，分析葉綠體和細(xì)胞質(zhì)流動特點；（4）秉持系統(tǒng)性觀念，自行分析細(xì)胞中的部分與整體劃分情況，填寫實驗報告，探究細(xì)胞器結(jié)構(gòu)與功能之間存在的統(tǒng)一性。

實驗?zāi)繕?biāo)能為學(xué)生生物知識學(xué)習(xí)與實驗探究提供精確指引，有效避免學(xué)生在實驗中因為誤操作，影響實驗結(jié)果的真實性，進(jìn)而提高學(xué)生的實驗效率。教師可以在教學(xué)中講科學(xué)故事，滲透生物學(xué)家鍥而不舍的研究精神，讓學(xué)生進(jìn)一步體會生物知識在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用。最后，教師圍繞“差速離心法”在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用，指導(dǎo)學(xué)生用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)的流動情況，以科學(xué)的實驗?zāi)繕?biāo)為指引，提高學(xué)生的實驗操作效率，取得良好的教學(xué)成果。

二、視頻演示實驗步驟，降低操作難度

生物實驗現(xiàn)象具有抽象性特點，對學(xué)生的思維能力要求較高。教師利用視頻展示實驗的重要步驟，讓學(xué)生關(guān)注視頻中的實驗操作過程，能讓學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象和關(guān)鍵提示，明確實驗操作步驟，有效降低實驗操作難度。教師應(yīng)在新課導(dǎo)入環(huán)節(jié)播放視頻，演示跨學(xué)科實驗步驟，提煉重點難點生物知識，以STEM理念為指導(dǎo)，開展高效的生物實驗教學(xué)。

以高中生物《孟德爾的豌豆雜交實驗（一）》一課的教學(xué)為例。首先，教師以“遺傳現(xiàn)象”視頻為新課導(dǎo)入手段，讓學(xué)生通過觀看視頻分析融合遺傳的觀點，提示學(xué)生對遺傳實例進(jìn)行分析，激發(fā)學(xué)生對多個遺傳因子控制生物性狀的現(xiàn)象產(chǎn)生研究興趣。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生觀看“性狀分離比實驗”視頻，按照視頻提示做實驗：（1）在A、B 兩個紙箱中（不透明）放入兩種顏色（各10個）的乒乓球；（2）均勻搖動兩個紙箱，讓箱子內(nèi)的乒乓球充分混合；（3）隨機(jī)從兩個紙箱內(nèi)抽取一個乒乓球組合在一起，記錄顏色組合；（4）將抽到的乒乓球放回原來的紙箱內(nèi)，繼續(xù)搖勻；（5）重復(fù)“（3）”和“（4）”各30次以上，用表格記錄實驗結(jié)果。

通過對照視頻做實驗，學(xué)生能初步了解孟德爾的相對性狀雜交實驗及分離定律，通過建構(gòu)性狀分離比實驗?zāi)Ｐ停w驗生物學(xué)家在遺傳實驗研究中使用的科學(xué)方法。教師根據(jù)學(xué)生的實驗結(jié)果，聯(lián)系其他領(lǐng)域的“性狀分離比實驗”，緊密結(jié)合遺傳現(xiàn)象，運用分離定律進(jìn)行解釋，讓學(xué)生理解建立實驗?zāi)Ｐ?，是科學(xué)研究的一種有效方法，點燃學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。最后，教師鼓勵學(xué)生參考視頻演示中的實驗步驟，自行設(shè)計有關(guān)性狀分離比的實驗方案，有效降低操作難度，鼓勵學(xué)生體驗用數(shù)學(xué)方法統(tǒng)計實驗結(jié)果的科學(xué)性，深化學(xué)生生物知識的學(xué)習(xí)理解。

三、緊密聯(lián)系生活知識，拓寬實驗路徑

生物與學(xué)生的生活聯(lián)系密切，以STEM 理念為依據(jù)，構(gòu)筑生活化實驗教學(xué)新樣態(tài)，能拓寬教學(xué)路徑，滿足學(xué)生的多樣化知識學(xué)習(xí)需求。教師要選擇能引發(fā)學(xué)生共鳴的生活元素，開展生活化實驗教學(xué)，融合生物與其他領(lǐng)域的知識，緊密聯(lián)系生活講解生物原理，開展跨學(xué)科教育，拓寬生物實驗教學(xué)的路徑。

以高中生物《植物生長調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用》一課的教學(xué)為例。教師首先從葡萄種植、加工入手，引導(dǎo)學(xué)生分析施用人工合成的植物激素類果蔬的生長情況。然后，教師緊密聯(lián)系生活實際，引導(dǎo)學(xué)生分析植物生長調(diào)節(jié)劑在科學(xué)、技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用。鑒于生長素類調(diào)節(jié)劑處理插條的方法很多，教師可選擇一種比較簡單的方法——沾蘸法，指引學(xué)生按照以下步驟進(jìn)行實驗：（1）將插條基部在濃度較高的藥液中進(jìn)行沾蘸（約保持五秒左右），深度保持在液面以下1.5cm即可；（2）參考生活中常見植物體內(nèi)天然生長素的含量，查找資料，分析濃度梯度的設(shè)計依據(jù)（如不清楚，可以先設(shè)計一組梯度相對較大的預(yù)實驗，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行完善，讓實驗更加合理）；（3）分析不同濃度藥物的影響，控制無關(guān)變量，保持處理時間一致；（4）同組實驗所用植物材料，保持條件相同；（5）根據(jù)實驗結(jié)果分析可作為因變量的檢測指標(biāo)。

最后，教師總結(jié)生活中人工合成植物激素的應(yīng)用情況，緊扣學(xué)生的實驗結(jié)果，指導(dǎo)學(xué)生總結(jié)植物生長調(diào)劑節(jié)的優(yōu)點、類型，在STEM 理念為指導(dǎo)的生物實驗教學(xué)中，拓寬實驗路徑，讓學(xué)生進(jìn)一步討論和交流，生成合理合法使用植物生長調(diào)節(jié)劑的觀點。

四、鼓勵學(xué)生自主實驗，培養(yǎng)創(chuàng)新意識

高中生具有一定的自主學(xué)習(xí)能力，教師稍加引導(dǎo)，便能促進(jìn)學(xué)生攻克學(xué)習(xí)難點，使學(xué)生能獨立完成實驗任務(wù)，提升創(chuàng)新能力。教師要在STEM 理念的指導(dǎo)下，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生物知識在多領(lǐng)域中的應(yīng)用，提出自主實驗項目問題，鼓勵學(xué)生自行探究解決問題的方法，通過實驗驗證方法的可行性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

以高中生物《環(huán)境因素參與調(diào)節(jié)植物的生命活動》一課的教學(xué)為例。首先，教師列舉科學(xué)、工程、技術(shù)領(lǐng)域環(huán)境因素對實驗活動的影響，分類討論引出光對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)作用，運用STEM 理念設(shè)計生物實驗教學(xué)活動，引發(fā)學(xué)生對環(huán)境因素的關(guān)注，思考植物生命活動受環(huán)境因素的影響程度。然后，教師鼓勵學(xué)生分析問題植物根部能感受到重力并向地生長嗎？要求學(xué)生根據(jù)自己對問題的看法以及解決問題的思路，自主設(shè)計實驗驗證自己的想法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。具體可以提示學(xué)生從以下幾個方面入手實驗：（1）用剛剛萌發(fā)的玉米粒（種子）進(jìn)行實驗；（2）在培養(yǎng)皿中鋪上一層濕潤的棉花，將玉米粒置于其上進(jìn)行培養(yǎng)；（3）結(jié)合階段實驗成果，分析植物根冠感受重力的情況。

最后，教師根據(jù)學(xué)生設(shè)計實驗情況進(jìn)行點評，綜合分析實驗報告以及學(xué)生的結(jié)論，驗證植物根向地性部位在根冠，使學(xué)生能進(jìn)一步感受環(huán)境因素影響植物的生命活動。在此實驗的基礎(chǔ)上，教師可以引導(dǎo)學(xué)生分析重力等環(huán)境因素對植物生長發(fā)育的影響，延展生物實驗教學(xué)活動，啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思維，鼓勵學(xué)生在課后自主設(shè)計實驗驗證自己的想法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

STEM理念下的高中生物實驗教學(xué)，生成了具有生物學(xué)科特色的教學(xué)生態(tài)，對于學(xué)生的實踐素養(yǎng)發(fā)展和綜合素質(zhì)提升有積極影響。教師要緊密聯(lián)系生活知識，立足多學(xué)科教學(xué)活動，鼓勵學(xué)生自主設(shè)計生物實驗，拓寬實驗教學(xué)的路徑，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。此外，教師要關(guān)注學(xué)生對不同領(lǐng)域知識的接受程度，隨學(xué)生的反饋以及實驗結(jié)果，變更實驗活動結(jié)構(gòu)，確保STEM 理念下的實驗教學(xué)，符合學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，提升教學(xué)效果。