作者簡(jiǎn)介：熊麗娜（1986～），女，漢族，湖北黃岡人，廣州彭加木紀(jì)念中學(xué)，研究方向：高中生物。

摘 要：隨著STEM教育理念的興起，高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。文章探討STEM理念與高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的契合性，提出創(chuàng)新教學(xué)手段、更新教育理念、構(gòu)建實(shí)踐導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)課程體系及完善評(píng)價(jià)體系等策略，以優(yōu)化高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)。研究表明，這些措施有效提升了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，為高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與發(fā)展提供了新思路。

關(guān)鍵詞：STEM理念；高中生物；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；優(yōu)化策略；跨學(xué)科整合

中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-8918（2024）43-0124-03

一、 STEM教育理念與高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的契合性分析

（一）高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問題

高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為生物學(xué)科教學(xué)的重要組成部分，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、科學(xué)態(tài)度和探究精神具有重要意義。然而，當(dāng)前高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)踐中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。部分學(xué)校由于資源有限，實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料不足，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容受限，學(xué)生難以獲得充分的實(shí)踐機(jī)會(huì)。

（二）STEM理念與高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合優(yōu)勢(shì)

將STEM教育理念融入高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可充分發(fā)揮其跨學(xué)科整合和項(xiàng)目導(dǎo)向的優(yōu)勢(shì)，有效解決當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的問題。一方面，STEM教育強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科學(xué)習(xí)，有助于打破學(xué)科壁壘，促進(jìn)生物學(xué)與物理學(xué)、化學(xué)、信息技術(shù)等其他學(xué)科的交叉融合，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法。另一方面，STEM教育注重實(shí)踐性和探索性，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作和反思過程，能培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力和解決問題的能力。

二、 STEM理念下高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化策略

（一）創(chuàng)新教學(xué)手段，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

1. 引入多元化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

除傳統(tǒng)的教師演示和學(xué)生模仿的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法外，還可引入探究式學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂等新型教學(xué)模式。探究式學(xué)習(xí)鼓勵(lì)學(xué)生提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、收集數(shù)據(jù)并分析結(jié)果，能培養(yǎng)他們的自主探究能力。翻轉(zhuǎn)課堂則通過課前視頻學(xué)習(xí)、課堂討論和實(shí)驗(yàn)操作方式，將知識(shí)傳授和知識(shí)內(nèi)化過程分離，可以提高課堂教學(xué)的針對(duì)性和有效性。

2. 實(shí)施分層教學(xué)

針對(duì)不同層次的學(xué)生實(shí)施分層教學(xué)，可確保每個(gè)學(xué)生都能在適合自己的難度下進(jìn)行學(xué)習(xí)。對(duì)基礎(chǔ)較差的學(xué)生，可提供更多的指導(dǎo)和支持；對(duì)基礎(chǔ)較好的學(xué)生，則可設(shè)計(jì)更具挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)潛能。

3. 結(jié)合信息技術(shù)手段

教師可以利用多媒體技術(shù)、虛擬實(shí)驗(yàn)室等信息技術(shù)手段輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)。多媒體技術(shù)可直觀展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和過程，幫助學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)原理。虛擬實(shí)驗(yàn)室則可提供安全、便捷的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)分析。

以“光合色素的提取與分離”實(shí)驗(yàn)為例，教師可先通過多媒體展示光合作用的過程和光合色素的種類及性質(zhì)，然后引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并親自動(dòng)手操作。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師可利用虛擬實(shí)驗(yàn)室模擬不同條件下光合色素的提取效果，幫助學(xué)生深入理解實(shí)驗(yàn)原理和操作要點(diǎn)。

（二）更新教育理念，深入挖掘教材資源

1. 轉(zhuǎn)變教師角色

教師應(yīng)從知識(shí)的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和促進(jìn)者。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，鼓勵(lì)他們自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行探究。此外，教師還應(yīng)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)體驗(yàn)，及時(shí)給予反饋和指導(dǎo)。

2. 強(qiáng)化學(xué)生主體地位

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)充分尊重學(xué)生的主體地位和個(gè)性差異，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自己的興趣和特長(zhǎng)選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并進(jìn)行探究。在實(shí)驗(yàn)過程中，給予他們足夠的自由度和空間發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力。在實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)時(shí)，注重過程評(píng)價(jià)和多元評(píng)價(jià)相結(jié)合。

3. 融合信息技術(shù)手段

教師可以利用信息技術(shù)手段豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和形式。例如，通過網(wǎng)絡(luò)資源搜集最新的科研成果和實(shí)驗(yàn)案例；利用動(dòng)畫、視頻等多媒體形式展示實(shí)驗(yàn)原理和過程；利用在線平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集、分析和共享等。

（三）構(gòu)建實(shí)踐導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)課程體系

1. 設(shè)計(jì)跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

結(jié)合生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、信息技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)設(shè)計(jì)跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這些項(xiàng)目應(yīng)貼近現(xiàn)實(shí)生活和社會(huì)熱點(diǎn)問題，具有探究性和挑戰(zhàn)性，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望。例如，可設(shè)計(jì)“城市綠化帶對(duì)空氣質(zhì)量的影響研究”等跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行探究。

2. 實(shí)施項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式讓學(xué)生圍繞特定主題或問題展開探究性學(xué)習(xí)。在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，教師應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和溝通交流能力，引導(dǎo)他們分工合作，共同完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

3. 注重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與反思

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，讓他們學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵笤O(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案并選擇適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)方法和材料。同時(shí)，還應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)反思能力，讓他們?cè)趯?shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行全面反思，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，進(jìn)而為未來的學(xué)習(xí)和研究奠定基礎(chǔ)。

三、 STEM理念下高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施路徑

（一）項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在生物實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

1. 確定項(xiàng)目主題

根據(jù)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的特點(diǎn)和學(xué)生的認(rèn)知水平確定合適的項(xiàng)目主題，這些主題應(yīng)貼近現(xiàn)實(shí)生活和社會(huì)熱點(diǎn)問題，具有探究性和挑戰(zhàn)性，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望。例如，可圍繞“生態(tài)環(huán)境保護(hù)”“食品安全”等主題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行探究。

2. 組建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)

根據(jù)項(xiàng)目主題和學(xué)生興趣組建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)并明確團(tuán)隊(duì)成員的分工和職責(zé)。在項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)中，應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和溝通交流能力，引導(dǎo)他們分工合作共同完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。同時(shí)，還應(yīng)注重團(tuán)隊(duì)成員的個(gè)性差異，確保團(tuán)隊(duì)的整體實(shí)力和創(chuàng)新能力得到提高。

3. 制訂項(xiàng)目計(jì)劃

在項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的共同努力下，制訂詳細(xì)的項(xiàng)目計(jì)劃，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)方法和預(yù)期成果等內(nèi)容。在制訂項(xiàng)目計(jì)劃的過程中，應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和問題解決能力，引導(dǎo)他們根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)際情況設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案并選擇適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)方法和材料。

4. 實(shí)施項(xiàng)目探究

在項(xiàng)目計(jì)劃的指導(dǎo)下開展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行初步的數(shù)據(jù)分析。同時(shí)，還應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新思維和發(fā)散性思維，嘗試不同的實(shí)驗(yàn)方法和操作技巧，以發(fā)現(xiàn)新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和規(guī)律。

（二）評(píng)價(jià)體系構(gòu)建與反饋機(jī)制完善

1. 構(gòu)建多元化評(píng)價(jià)體系

針對(duì)STEM理念下高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)應(yīng)構(gòu)建多元化評(píng)價(jià)體系，該體系應(yīng)包括過程性評(píng)價(jià)、結(jié)果性評(píng)價(jià)、自我評(píng)價(jià)和同伴評(píng)價(jià)等多個(gè)維度，以確保評(píng)價(jià)的全面性和客觀性。在過程性評(píng)價(jià)中，應(yīng)注重評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)操作能力和實(shí)驗(yàn)反思能力；在結(jié)果性評(píng)價(jià)中，應(yīng)注重評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量；在自我評(píng)價(jià)和同伴評(píng)價(jià)中，應(yīng)注重評(píng)價(jià)學(xué)生的自我認(rèn)知能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等方面。

2. 注重實(shí)驗(yàn)過程評(píng)價(jià)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的評(píng)價(jià)過程中，應(yīng)注重對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程的評(píng)價(jià)。通過實(shí)驗(yàn)過程評(píng)價(jià)了解學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的表現(xiàn)和問題，并及時(shí)給予反饋和指導(dǎo)，幫助他們改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法和提高實(shí)驗(yàn)技能。

四、 STEM理念下高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)化效果評(píng)估

（一）學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能與創(chuàng)新能力提升評(píng)估

通過對(duì)比優(yōu)化前后的學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作視頻以及學(xué)生參加科技創(chuàng)新競(jìng)賽的成績(jī)等，評(píng)估學(xué)生在實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新能力方面的提升情況；設(shè)計(jì)問卷或訪談，調(diào)查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的滿意度和自我評(píng)價(jià)，了解他們的主觀感受和學(xué)習(xí)成效。對(duì)測(cè)試班級(jí)進(jìn)行能力評(píng)估后，得到學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能與創(chuàng)新能力提升的相關(guān)結(jié)果（表1）。

由表1可知，實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量評(píng)分、學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)滿意度、學(xué)生自我評(píng)價(jià)均基于5分制量表；科技創(chuàng)新競(jìng)賽獲獎(jiǎng)率基于參與學(xué)生中的獲獎(jiǎng)比例。

（二）教師教學(xué)效果與滿意度調(diào)查

通過收集教師的教學(xué)反思日志、同行評(píng)價(jià)以及學(xué)生對(duì)教師的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，評(píng)估教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的教學(xué)效果和滿意度。重點(diǎn)關(guān)注教師在跨學(xué)科整合、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)引導(dǎo)以及信息技術(shù)應(yīng)用等方面的表現(xiàn)，以及他們對(duì)STEM教育理念的認(rèn)同度和實(shí)施情況。表2是教師教學(xué)效果與滿意度調(diào)查結(jié)果，課件存在明顯的優(yōu)化效果。

（三）教學(xué)資源利用效率與實(shí)驗(yàn)基地建設(shè)成效

通過統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率、實(shí)驗(yàn)耗材的消耗量以及實(shí)驗(yàn)基地的開放時(shí)長(zhǎng)等指標(biāo)，評(píng)估教學(xué)資源的利用效率；通過實(shí)地考察和問卷調(diào)查等方式了解實(shí)驗(yàn)基地的建設(shè)成效和使用情況，包括實(shí)驗(yàn)室的布局合理性、設(shè)備完好率以及師生對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的滿意度等。

五、 結(jié)論

文章通過對(duì)STEM理念下高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)化的深入探究，提出了一系列切實(shí)可行的優(yōu)化策略，這些策略不僅豐富了高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)涵和外延，還提升了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

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