龔芬芳 涂藝聲

摘要選取兩個(gè)與中學(xué)生物學(xué)相關(guān)的美國STEM教育優(yōu)秀案例，介紹了課程實(shí)施的過程，并從學(xué)科內(nèi)容、課程亮點(diǎn)和教學(xué)設(shè)計(jì)三方面進(jìn)行了分析，有利于中學(xué)生物教師更好地開展STEM教育，為我國STEM教育在生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用提供實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞 美國 STEM教育 生物學(xué)教學(xué) 案例分析

中圖分類號(hào)G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科的英文首字母縮寫。STEM教育強(qiáng)調(diào)四門學(xué)科的有機(jī)整合，旨在培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科解決問題的能力。STEM教育源自美國，發(fā)展趨于成熟，而我國還處于探索階段。故選取兩個(gè)與中學(xué)生物學(xué)相關(guān)的美國STEM教育優(yōu)秀案例進(jìn)行分析，旨在為我國生物學(xué)教學(xué)提供可行性的意見。

1美國STEM生物教案分析

1.1冠狀動(dòng)脈無小事（初中生物）

該課程約用時(shí)3-5d。課程目標(biāo)：設(shè)計(jì)血液流動(dòng)路徑，嘗試將血管支架植入到阻塞的冠狀動(dòng)脈中。課程需要用到的材料：透明塑料管、糖霜、便利貼、繪畫紙、馬克筆、管道清潔器、金屬絲、長型氣球、氣球充氣泵、橡皮筋、吸管、攪拌棒等。課程安排見表1。

1.1.1學(xué)科內(nèi)容分析

該內(nèi)容的“科學(xué)”體現(xiàn)在回顧血液循環(huán)和呼吸系統(tǒng)等相關(guān)生物學(xué)知識(shí);“技術(shù)”體現(xiàn)于生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)或現(xiàn)代教育技術(shù)，即解剖心臟或利用iPad觀看視頻;“工程”運(yùn)用于設(shè)計(jì)血液流動(dòng)路徑和嘗試在堵塞的動(dòng)脈中植入血管支架;數(shù)學(xué)運(yùn)用于計(jì)算血液的流速。本案例以原有知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)為科學(xué)背景，創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣;利用工程技術(shù)解決動(dòng)脈堵塞的問題，并通過數(shù)據(jù)分析檢測成果的可行性。

1.1.2課程亮點(diǎn)分析

STEM課程的目標(biāo)是培養(yǎng)能夠運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問題的創(chuàng)新人才。在本案例中，學(xué)生通過嘗試解剖心臟或利用iPad觀看視頻直觀了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從理論延伸到實(shí)踐，使抽象復(fù)雜的知識(shí)形象具體;同時(shí)將生物學(xué)與醫(yī)學(xué)相結(jié)合，為學(xué)生未來選擇職業(yè)打下基礎(chǔ)。小組進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，激發(fā)思維碰撞。學(xué)生通過觀看TED演講與閱讀最新文章，可了解最新技術(shù)及其實(shí)踐應(yīng)用，并且能夠認(rèn)同科學(xué)與技術(shù)是不斷發(fā)展的，滲透了對(duì)于生物學(xué)情感、態(tài)度與價(jià)值觀的培養(yǎng)。

1.1.3教學(xué)設(shè)計(jì)分析

案例的整體設(shè)計(jì)思路是完善背景知識(shí)、提出工程任務(wù)和解決問題。以清理阻塞的動(dòng)脈并嘗試植入血管支架為任務(wù)，使學(xué)生親歷識(shí)別問題、建立原始模型、測試、數(shù)據(jù)反饋、模型修正、再測試以及評(píng)價(jià)交流的研究過程，使學(xué)生具備一定的工程思想，并站在醫(yī)生的視角解決問題。通過解剖和iPad等技術(shù)深入學(xué)習(xí)生物學(xué)概念。學(xué)生在撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)需要經(jīng)過思考、撰寫、比較和修改等步驟，進(jìn)一步提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

1.2 DNA建模：理解DNA的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)（高中生物）

該課程約2-3個(gè)課時(shí)。課程目標(biāo)：通過“我是一個(gè)脫氧核糖核苷酸“DNA身體建?；顒?dòng)和模型制作，了解DNA的結(jié)構(gòu)與功能。課程需要用到的材料：不同顏色的毛條玩具、水筆、香蕉等。課程安排見表2。

1.2.1學(xué)科內(nèi)容分析

本案例“科學(xué)”體現(xiàn)在DNA組成及其結(jié)構(gòu)等生物學(xué)知識(shí);“技術(shù)”體現(xiàn)在利用計(jì)算機(jī)搜索DNA結(jié)構(gòu)圖和提取香蕉的DNA;“工程”體現(xiàn)在制作DNA結(jié)構(gòu)模型;數(shù)學(xué)并未涉及。在STEM教育中，學(xué)科內(nèi)容可加可減，根據(jù)實(shí)際需要選擇學(xué)科進(jìn)行融合?！凹夹g(shù)”可指教育技術(shù)或信息技術(shù)，也可指“科學(xué)”中的具體技術(shù)的應(yīng)用，如PCR技術(shù)。“數(shù)學(xué)”可指數(shù)學(xué)模型也可指數(shù)學(xué)公式或數(shù)據(jù)分析。

1.2.2課程亮點(diǎn)分析

本案例通過活動(dòng)和模型教學(xué)為學(xué)生介紹DNA的組成及結(jié)構(gòu)。在實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)，學(xué)生通過提取香蕉中的DNA從宏觀上對(duì)DNA有一定的認(rèn)識(shí)，并培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手操作能力。通過建?；顒?dòng)讓學(xué)生親自扮演DNA，親歷構(gòu)建模型一比較分析一發(fā)現(xiàn)問題一再次構(gòu)建模型，分步實(shí)現(xiàn)了身體建?；顒?dòng)。在此過程中，學(xué)生不僅加深了對(duì)DNA結(jié)構(gòu)的理解，還可以體會(huì)到科學(xué)的艱辛，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。最后，學(xué)生利用毛條玩具親手制作DNA模型，進(jìn)一步加深對(duì)DNA組成及結(jié)構(gòu)的理解。

1.2.3教學(xué)設(shè)計(jì)分析

本案例應(yīng)用經(jīng)典的“5E教學(xué)法”。以生活中的故事為出發(fā)點(diǎn)吸引學(xué)生興趣，學(xué)生通過自主查閱DNA結(jié)構(gòu)圖學(xué)習(xí)科學(xué)概念，在實(shí)驗(yàn)探究過程中提高動(dòng)手操作能力，在熟悉基本結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)上扮演DNA各個(gè)單元，注重理論與實(shí)踐的結(jié)合。學(xué)生以小組討論的形式自主探究DNA的結(jié)構(gòu)，通過比較身體模型與DNA結(jié)構(gòu)圖表的差異，激起學(xué)生的認(rèn)知沖突，從而建構(gòu)新知識(shí)。學(xué)生通過紙筆測試和口頭測試反饋教學(xué)并內(nèi)化知識(shí)。

2對(duì)我國高中STEM生物學(xué)教學(xué)的建議

2.1圍繞課程目標(biāo)開展

課程目標(biāo)是指導(dǎo)整個(gè)課程編制過程最為關(guān)鍵的準(zhǔn)則。教師依據(jù)課程目標(biāo)選取并組織教學(xué)內(nèi)容，通過各個(gè)學(xué)科內(nèi)容的融合實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)。依據(jù)課程目標(biāo)，分析STEM學(xué)科內(nèi)容，并可融合藝術(shù)、語文、物理等學(xué)科知識(shí)豐富教學(xué)內(nèi)容。如案例2中DNA可決定人的外貌，在學(xué)習(xí)有關(guān)DNA的理論知識(shí)后，教師可選擇一首合適的歌曲，組織學(xué)生重新編寫歌詞，在新歌詞中嘗試加入描述DNA所有方面的內(nèi)容。

2.2選擇合適的教學(xué)模式

美國STEM教育模式大致有3種：5E教學(xué)模式、6E教學(xué)模式和PIRPOSAL教學(xué)模式。5E教學(xué)模式充分體現(xiàn)學(xué)生的主體性，學(xué)生通過自主探究來構(gòu)建、形成對(duì)科學(xué)概念的理解。如在學(xué)習(xí)“酶的特性”一節(jié)中，教師可采用此模式設(shè)計(jì)教學(xué)過程，學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究酶的高效性。6E教學(xué)模式是基于5E教學(xué)模式加入設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)生在設(shè)計(jì)時(shí)可以像工程師那樣進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造。如在“生活污水處理工程”教學(xué)中可以此模式設(shè)計(jì)教學(xué)。PIRPOSAL教學(xué)模式以問題為中心，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和批判性思維。如設(shè)計(jì)一個(gè)水過濾裝置，通過確認(rèn)問題、產(chǎn)生想法、探討可能性、最優(yōu)化、方案評(píng)估、修改和交流等過程實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)。因此在教學(xué)中，教師應(yīng)合理選擇適合本堂課的教學(xué)模式，突出教學(xué)目標(biāo)，合理安排教學(xué)內(nèi)容。

2.3制定多元的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

教學(xué)評(píng)價(jià)可衡量學(xué)生在STEM課程中能力是否提高。教學(xué)評(píng)價(jià)方式一般包括診斷性評(píng)價(jià)、形成性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)，具體可以分為：紙筆測驗(yàn)、學(xué)生手稿筆記、課堂觀察、作品集、訪談面試、任務(wù)成果展示、學(xué)生自我報(bào)告、組內(nèi)互評(píng)和反思日志等。案例1采用教師觀察及學(xué)生自我報(bào)告反饋教學(xué)成果，學(xué)生可反思自己的學(xué)習(xí)過程且相對(duì)客觀;案例2從紙筆測試進(jìn)行評(píng)價(jià)，可了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握但不能評(píng)價(jià)其對(duì)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。因此，教師需制定全面的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，不僅評(píng)估主體要多元化，評(píng)價(jià)方式也要多元化。