羅媛媛

[摘? ? ? ? ? ?要]? 在高中理科教育中，高中生物作為教學(xué)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，為了能夠有效提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，必須采用新型科學(xué)的教學(xué)模式。STEM項(xiàng)目活動作為一種綜合型教學(xué)方法，能夠有效提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)高中生物教學(xué)的最終目標(biāo)?；诖耍紫确治龊诵乃仞B(yǎng)和STEM項(xiàng)目活動的含義，進(jìn)而以相關(guān)生物項(xiàng)目為例，提出核心素養(yǎng)下開展高中生物STEM項(xiàng)目活動的方法。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 高中生物;核心素養(yǎng);STEM項(xiàng)目活動;方法

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）24-0276-02

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科英文首字母的縮寫，可以有效提升學(xué)生的問題解決能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新與創(chuàng)造能力，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。高中生物作為理科教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，為了有效提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)，必須充分發(fā)揮STEM項(xiàng)目活動的優(yōu)勢，讓學(xué)生以項(xiàng)目活動為基準(zhǔn)進(jìn)行學(xué)習(xí)、探究、合作，從而得到最終的項(xiàng)目結(jié)果，突出學(xué)生的主體性，推動學(xué)生全面發(fā)展。

一、STEM項(xiàng)目活動相關(guān)闡述

STEM項(xiàng)目活動是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科總稱，其中科學(xué)讓學(xué)習(xí)者認(rèn)識客觀世界，解釋自然客觀規(guī)律;技術(shù)與工程是在全面尊重自然規(guī)律基礎(chǔ)上對世界進(jìn)行改造、控制、利用、解決問題;數(shù)學(xué)是工程學(xué)科、技術(shù)領(lǐng)域中的重要工具。由此可見，人類社會中有很多的問題都無法采用單一學(xué)科解決，要科學(xué)利用多學(xué)科共同解決問題。

STEM項(xiàng)目活動重視開放教育動態(tài)課程，要求學(xué)生能夠充分利用現(xiàn)有知識解決實(shí)際問題，拓展學(xué)生的知識體系，讓知識體系變得更具生命力。同時(shí)STEM項(xiàng)目活動還強(qiáng)調(diào)各個學(xué)科的優(yōu)化整合，通過學(xué)科融合解決問題。關(guān)注實(shí)驗(yàn)探究與實(shí)踐過程，具有科學(xué)性特點(diǎn);強(qiáng)調(diào)社會共同參與，突出社會性特點(diǎn)。

二、核心素養(yǎng)理念

核心素養(yǎng)是指學(xué)生應(yīng)具備、能夠適應(yīng)終身發(fā)展、社會發(fā)展必要的能力與品格，是一種潛在的能力素養(yǎng)。通過不斷研究學(xué)生的核心素養(yǎng)，是實(shí)現(xiàn)立德樹人的重要舉措，也是我國教育與國際教育接軌、提升我國教育競爭力的迫切需求。

生物核心素養(yǎng)作為學(xué)科素養(yǎng)的重要組成部分，是指學(xué)生參與經(jīng)濟(jì)活動、社會活動、生產(chǎn)實(shí)踐、個人決策所具備的生物知識、生物探究能力以及相應(yīng)情感態(tài)度與價(jià)值觀等。生物核心素養(yǎng)能夠反映學(xué)生對生物領(lǐng)域知識、技能的掌握情況和應(yīng)用能力，并在已有的基礎(chǔ)上不斷提升科學(xué)素養(yǎng)能力。生物學(xué)素養(yǎng)作為生物核心素養(yǎng)形成的必備條件，提升每個高中學(xué)生生物素養(yǎng)是生物課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的重要任務(wù)。

三、核心素養(yǎng)下高中生物STEM項(xiàng)目活動開展策略

在STEM項(xiàng)目活動中，需要重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生共同參與的生物實(shí)驗(yàn)探究，筆者在多年教學(xué)中不斷總結(jié)，最終探索出發(fā)展學(xué)生生物核心素養(yǎng)的有效途徑。其主要表現(xiàn)在：

（一）掌控生命觀念，體現(xiàn)生命性

由于學(xué)生思維品質(zhì)、知識儲備、個性特點(diǎn)、經(jīng)驗(yàn)累積層面的差異，所以在STEM項(xiàng)目活動需要展開動態(tài)開發(fā)，推動學(xué)生個性發(fā)展，學(xué)習(xí)場所不僅僅局限在班級、學(xué)校，而是整個自然生態(tài)，這樣更有助于學(xué)生理解生命過程與現(xiàn)象。

如在“種群和群落”章節(jié)學(xué)習(xí)完成之后，筆者指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“探究土壤中動物類群豐富度”的研究試驗(yàn)。學(xué)生利用個人時(shí)間展開理論學(xué)習(xí)、實(shí)踐操作、校園內(nèi)外動物生境調(diào)查、研究成果交流、研究展示、拓展延伸等活動，走出課堂面向大自然，整個校園、實(shí)驗(yàn)室、校外場地都是學(xué)生可以進(jìn)行研究的場所，運(yùn)用學(xué)生所學(xué)知識，積極探索科研機(jī)構(gòu)提出的理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐，學(xué)習(xí)不同理化性質(zhì)對土壤動物群落的影響、大型土壤指示動物生態(tài)毒理試驗(yàn)、土壤動物監(jiān)測等，主動探究生命活動的相關(guān)信息。在整個探究性活動當(dāng)中，由于是開放的學(xué)習(xí)內(nèi)容、動態(tài)的活動過程，從而實(shí)現(xiàn)課堂知識拓展與延伸。在活動探究當(dāng)中，學(xué)生會自主用生命眼光看待客觀世界、解讀生命現(xiàn)象，從而不斷提升學(xué)生的生物認(rèn)知力、問題解決能力，彰顯出STEM項(xiàng)目活動的生命性。

（二）提升理性思維，彰顯融合性

STEM項(xiàng)目活動鼓勵科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的多樣化學(xué)科整合，在學(xué)生解決實(shí)際問題當(dāng)中不斷培養(yǎng)學(xué)生的理性思維。

在學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握了微生物知識內(nèi)容后，結(jié)合DNA水平的研究方法開展“當(dāng)?shù)厮h(huán)境微生物群落組成和多樣性研究活動”，采用科學(xué)的學(xué)習(xí)流程，通過“查詢相關(guān)資料—準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料—采集實(shí)驗(yàn)樣本—展開實(shí)驗(yàn)—細(xì)菌多樣性分析—檢測并分析水質(zhì)情況—分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果”學(xué)習(xí)體系，靈活采用文獻(xiàn)法、樣品采集與分析法、實(shí)驗(yàn)檢測法，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對16SrDNA測序以及PCR克隆技術(shù)，結(jié)合所學(xué)的數(shù)學(xué)知識繪制出水體微生物的J型、S型曲線，建設(shè)數(shù)學(xué)模型，采用概括、歸納、推理、演繹的方法，自主構(gòu)建水體分離細(xì)菌系統(tǒng)的模型樹，找出水體當(dāng)中自己不認(rèn)識的細(xì)菌，為后續(xù)研究新型微生物資源開發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。由于當(dāng)今城市周圍水體污染較為嚴(yán)重，學(xué)生在自主研究當(dāng)中也會發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)厮w缺乏安全性，不適合與人體直接接觸，需要進(jìn)一步加強(qiáng)水體管理，特別是城市周邊的生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)廢水等，必須從源頭上加強(qiáng)水環(huán)境的保護(hù)。通過整個實(shí)驗(yàn)流程論證出水體安全的生物學(xué)社會議題，讓學(xué)生以理性思維看待當(dāng)今環(huán)境的水環(huán)境。

在整個STEM項(xiàng)目活動流程中，學(xué)生會充分利用生物知識、數(shù)學(xué)知識、物理知識等，實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科的整合應(yīng)用，為提升學(xué)生的問題解決能力、思維能力奠定了基礎(chǔ)。

（三）展開科學(xué)探究，突出科學(xué)性

STEM項(xiàng)目活動是以學(xué)生作為活動主體，需要學(xué)生全身心地投入動手實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，在整個實(shí)驗(yàn)流程中，探究、掌握新知識，認(rèn)識到生物科目的真諦與本質(zhì)。在核心素養(yǎng)背景下，高中生物教學(xué)倡導(dǎo)科學(xué)探究，這與STEM項(xiàng)目活動理念相吻合，能夠有效提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

例如在“對比H2O2在不同條件下的分解”活動中，筆者決定采用“先思考、后實(shí)踐”的方法，在多媒體上播放一段本節(jié)課主題的視頻內(nèi)容，學(xué)生在觀看實(shí)驗(yàn)視頻過程中即可發(fā)現(xiàn)其中的科學(xué)性問題：（1）分別向試管中添加氯化鐵和肝臟研磨粉，可能不利于對比氣泡的產(chǎn)生量;（2）在兩個試管中分別插入帶火星的木條，無法實(shí)現(xiàn)帶火星木條同步插入，效果對比不同步;（3）帶火星木條容易觸碰到試管壁直接熄滅;（4）如果采用兩個帶火星木條無法滿足對照實(shí)驗(yàn)中單一變量原則。學(xué)生發(fā)現(xiàn)這些問題后，可能會直接影響最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精度、可靠性。部分學(xué)生還提出在對比試管中氧氣濃度等實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)也存在這種情況。

筆者在課堂上引導(dǎo)學(xué)生考慮“是否能夠設(shè)計(jì)出同時(shí)對兩支試管化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體定性同步對比實(shí)驗(yàn)裝置？”“怎樣保證實(shí)驗(yàn)過程的科學(xué)性、合理性？”之后將學(xué)生分為若干小組，共同研究以上問題的方案。學(xué)生通過查詢資料、小組分析等方法，對實(shí)驗(yàn)要求、對比實(shí)驗(yàn)單一變量進(jìn)行深度認(rèn)識和了解，可以有效激發(fā)學(xué)生對生物知識的學(xué)習(xí)興趣，每個小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法。在活動完畢后筆者將學(xué)生小組眾多方案進(jìn)行整合，有一個小組的方案最有創(chuàng)意，該方案通過多次修改，最終可以實(shí)現(xiàn)兩支試管化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生氣體濃度定性對比分析，同步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作演示。本次開展的“對比H2O2在不同條件下分解”實(shí)驗(yàn)活動，學(xué)生可以全面分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并從中找出問題，嘗試用生物、物理知識解決實(shí)際問題，提升學(xué)生間的探究能力、合作能力、創(chuàng)造能力。

（四）強(qiáng)化社會責(zé)任，體現(xiàn)社會性

STEM項(xiàng)目活動關(guān)注社會熱點(diǎn)、難點(diǎn)話題展開實(shí)驗(yàn)研究，而對社會熱點(diǎn)話題，學(xué)生通過開展STEM項(xiàng)目活動也能夠感受到更深層次的含義，從而提升學(xué)生的社會責(zé)任，體現(xiàn)STEM項(xiàng)目活動開展的社會性。

如在“花生根莖水煮液對小鼠血糖的影響”項(xiàng)目活動當(dāng)中，學(xué)生針對項(xiàng)目主題內(nèi)容提出個人的看法和觀點(diǎn)，提出相關(guān)問題。教師引導(dǎo)學(xué)生查詢資料，對問題展開深度研究并憑借他人觀點(diǎn)，分析課題背景因素。在STEM項(xiàng)目活動當(dāng)中結(jié)合之前所確定的主題，結(jié)合西藥在降血糖、降血壓方面存在的副作用，提出各項(xiàng)項(xiàng)目，如“玉米須降血糖”“翻白草泡水降血糖和血壓”“蔥須配紅酒降血壓”等。教師引導(dǎo)學(xué)生掌握每個課題的核心話題，包括：“如何減少藥物毒性和不良反應(yīng)”“如何采用更加常見、便捷的方法降血糖、降血壓”等。很多學(xué)生針對“花生根莖水煮液對小鼠血糖的影響”項(xiàng)目進(jìn)行資料查詢，提出閩南有農(nóng)民采用新鮮的花生地下根莖服用治療糖尿病，但是網(wǎng)上搜索的信息不夠完善或不夠詳細(xì)，缺乏科學(xué)依據(jù)。閩南地區(qū)盛產(chǎn)花生，每年農(nóng)民在花生收完之后，花生根莖直接歸田用作肥料。因此，可以通過本實(shí)驗(yàn)證明花生根莖水可以起到降血糖的作用，這樣既可以開發(fā)出新型降血糖的措施，讓花生根莖變廢為寶，也能夠解決農(nóng)民就地用藥問題，降低花生種植開支，一舉多得。通過該項(xiàng)活動可以讓學(xué)生認(rèn)識到生物知識的作用，能夠有效服務(wù)于社會和個人，從而強(qiáng)化學(xué)生的社會責(zé)任。

綜上所述，科學(xué)展開STEM項(xiàng)目設(shè)計(jì)活動，加強(qiáng)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)整合，讓學(xué)生從實(shí)際出發(fā)，通過個人實(shí)踐掌握知識的形成過程，創(chuàng)造性地提出客觀問題的解決方案，這樣才能有效提升學(xué)生的生物知識應(yīng)用能力。在STEM項(xiàng)目活動開展當(dāng)中，教師要以學(xué)生展開實(shí)驗(yàn)探究為主，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力、綜合能力，這樣才能夠滿足提升學(xué)生生物核心素養(yǎng)的要求。

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◎編輯 馬燕萍