李婧云

STEM教育包含科學、技術(shù)、工程、數(shù)學四門學科，是多個學科之間相互滲透融合的一種教育模式，在初中生物課程無土栽培這個實踐活動中運用STEM教育，可以使學生對于生物知識理解的更加深刻，鍛煉學生的動手操作能力，使學生對生物學科產(chǎn)生更加濃厚的興趣，對學生日后學生生物學相關(guān)的學科打下良好基礎，有利于學生的終身發(fā)展。

1 STEM教育

STEM教育是指將科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學（Mathematics）進行有機結(jié)合，即教育不單單是某個學科、某一個領域知識的學習，而是結(jié)合多個學科的特點相互滲透、相互融合，進行多個學科領域的綜合學習。學生在接受相關(guān)科學知識的基礎上，動手實踐操作將技術(shù)與工程進行結(jié)合，運用數(shù)學知識分析和思考的一種教學模式，倡導的是探究式的學習過程，在這個過程中學生學習了相關(guān)科學知識，鍛煉了實踐操作能力。

STEM教育將四門學科跨學科地整合起來進行綜合性教育，因此要求學生具有多學科學習的能力素養(yǎng)以及能夠打破學科的界線，打破固有的思想將不同學科相互融會貫通去思考問題，來解決自己看到以及面臨的問題。 STEM教育所涉及地大多是學生在日常生活中可以見到觀察到的現(xiàn)象，教育環(huán)境也就不僅限于課堂，還包括課外實踐活動、媒體的傳播內(nèi)容等，這豐富了學生的生活，拓寬了獲得教育的途徑，加強了與現(xiàn)實生活的聯(lián)系，為學生日后用科學的思維去思考問題打下基礎。

2 STEM教育在初中生物學中的實施——無土栽培

2.1 教學過程

問題提出：學生之前學習過了植株的萌發(fā)過程以及條件，知道種子萌發(fā)需要土壤，教師在這里提出問題：植物生長一定要在土里進行嗎？引發(fā)學生思考，植株的生長是否一定需要土壤？教師引導學生理解土壤的作用是給植株提供水與無機鹽，并起到固著的作用，如果給植株提供所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，并將植株固定住，注意通氣，那么植株也能夠存活，教師這里提出無土栽培這個概念。

前期準備：學生初步了解無土栽培的可行性，接下來將學生分為四人一組，讓學生以小組合作的形式查找有關(guān)無土栽培的相關(guān)資料，學生自行選擇一種植株，為了植株更好的生長，在栽培之前就要對植株的特點、喜好、習性等進行充分的了解以及深入的分析，并購買適合這種植株的營養(yǎng)液。

操作實驗：小組成員認真閱讀說明書，配置營養(yǎng)液，在配置時注意營養(yǎng)液的PH值要符合植物的生長標準，避免發(fā)生毒害作用。準備一個容器，把配置好的營養(yǎng)液倒入容器中，把幼苗放入培養(yǎng)液中，注意的是植株的根部與容器保持一定的距離，大概10cm左右，將植株放到溫暖有陽光的地方，注意對植株通氣，定期觀察植株的生長狀況，運用曲線、柱狀圖等圖表工具記錄實驗數(shù)據(jù)情況，并且注意適時地更換營養(yǎng)液。

交流討論：以小組為單位，匯報分享實驗過程以及結(jié)果，展示實驗照片或視頻，小組之間進行討論評價，并分析個別失敗的原因。

2.2 學科要素分析

在本案例中“科學”體現(xiàn)在學生對于植株生長發(fā)育過程、條件以及所需營養(yǎng)物質(zhì)相關(guān)知識的學習，為本次實驗的實施打下知識的基礎?！凹夹g(shù)”體現(xiàn)在安排學生四人一組提前兩天查閱相關(guān)無土栽培所需要的資料以及材料，進行理解、準備工作，小組結(jié)合所搜集的材料進行討論分析，同時也培養(yǎng)了學生的合作能力;“工程”體現(xiàn)在學生小組合作制作無土栽培裝置，親自進行實踐操作，培養(yǎng)了學生的動手能力以及解決問題的能力;“數(shù)學”體現(xiàn)在學生定期記錄植株生長狀況，如生長高度、健康程度等，對數(shù)據(jù)進行處理和分析。在分析綜合、合作質(zhì)疑的過程中，體現(xiàn)生命的物質(zhì)觀與能量觀。STEM教育并不一定要求4個學科一定面面俱到，對于“技術(shù)”可以是信息技術(shù)或者教育相關(guān)的技術(shù)，也可以是具體的與科學知識有關(guān)的比如植物組培技術(shù)、發(fā)酵技術(shù)、基因工程等。在”數(shù)學”上也并不一定是運用了數(shù)學公式等進行了計算，只要運用可數(shù)學思維都可以認為是“數(shù)學”學科的應用。

當學生運用自己所學的知識成功地培育出自己栽培出來的植株時，就會有一種愉悅感和成功感，對于知識的記憶更加深刻，并且對于這個課題有了更深的理解，增添了興趣，對于日后相關(guān)領域的進一步學習有很大的幫助。

2.3 評價標準

以學生實驗操作的過程以及結(jié)果為標準將本次實驗評分項目分為五個方面，分別為“科學性”“有效性”“合作性”“可靠性”和“反思性”。每個評分項目又分為三個等級，分別設置得分為“0分”“3分”“5分”。

1）科學性：合理運用相關(guān)生物學知識，其中合理運用得5分，未運用得0分;

2）有效性：是否有效完成無土栽培的實驗，其中植株長勢喜人得5分，植株發(fā)育良好得3分，植株發(fā)育不良得0分;

3）合作性：分工明確、配合默契，其中所有成員共同完成得5分，部分成員完成得3分，1人獨立完成得0分;

4）可靠性：充足樣本數(shù)量，采用圖標統(tǒng)計數(shù)據(jù)，其中進行多顆植株培育，有對照植株，運用圖標統(tǒng)計清晰得5分，進行單個植株培育，有對照植株得3分，進行單顆植株培育，無對照植株得0分;

5）反思性：能發(fā)現(xiàn)實驗漏洞并提出改進措施，其中>=2/處得5分，1處得3分，沒有就是0分。

“科學性”：考察了學生對于生物學知識的掌握及運用情況，學生在閱讀營養(yǎng)液配方時，可基本了解到植物對于各種營養(yǎng)元素的相對需求，根據(jù)所獲取到的信息進行配置營養(yǎng)液，將植物生長時所需要的營養(yǎng)元素及配比等相關(guān)生物學知識進行了學習并親自動手操作;“有效性”：考察學生栽培的植株長勢狀況是否能夠達到無土栽培的目的，根據(jù)植株的長勢來判斷無土栽培實驗的完成效果;“合作性”：實驗的操作以小組合作的形式進行的，這里考察學生的小組合作能力以及協(xié)調(diào)能力，鍛煉學生的團隊合作能力以及溝通能力;“可靠性”：一個實驗是否能夠有說服力，就要多次進行實驗，有多個樣本植株防止誤差，因此設置此項目考察實驗的可靠性;“反思性”：在實驗結(jié)束后對于出現(xiàn)的問題學生通過他人的操作與經(jīng)驗能夠進行交流討論，結(jié)合集體的智慧找出問題所在，并反思自己出現(xiàn)的錯誤，提出改進的地方。學生能夠根據(jù)他人的成果與經(jīng)驗找出自己的問題所在，鍛煉了學生的批判性思維以及反思總結(jié)的能力。

在小組之間完成匯報分享實驗過程以及結(jié)果之后，不同小組成員之間進行討論，與對方小組交流操作時的步驟以及存在問題的部分，對失敗的原因進行討論，依據(jù)評分標準對對方小組進行互評，能夠鍛煉學生的思維能力，在評價的過程中進一步回顧無土栽培的實驗過程及注意事項，加深了對于知識的理解以及運用，一個小組對四個不同的小組進行評分，每個小組的成績?nèi)∷拇纬煽兊钠骄底鳛楸敬螣o土栽培實踐活動的成績。

3 小結(jié)

由于人口眾多，土地資源越來越少，而土地可承受栽種的能力也是有限的，無土栽培是日后解決糧食問題的重要突破口，該技術(shù)用基質(zhì)代替天然土壤，在種植時用營養(yǎng)液進行澆灌，該方法不僅有利于降低栽培成本，也能夠與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展相適應，有利于提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量。在初中生物中利用STEM教育有利于提升學生理解生物學知識，將STEM教育融入初中課堂中，可以將書面化的知識具體化，化理性知識為感性知識，學生的體會會更加深刻。同時STEM的教育理念也與新課改的理念相一致，注重學生科學思維以及科學探究能力的培養(yǎng)，教師在教學的過程中可能常常會忽略學生的動手操作能力以及創(chuàng)新的能力，教師有意識地運用STEM教育有利于提高學生解決問題的能力、動手操作能力以及創(chuàng)新能力，參與程度增加會提高學生學習興趣，使學生更加積極地思考問題，尋找解決問題的方法，同時注重與現(xiàn)實生活相聯(lián)系，能夠利用工程學在農(nóng)業(yè)中進行生產(chǎn)實施，學會將所學到的知識運用的生產(chǎn)生活中，將知識生產(chǎn)化、生活化，用來解決實際問題，對于現(xiàn)在社會面臨的一些生產(chǎn)生活以及環(huán)境等方面存在的問題，有意識利用學過的知識去思考探究解決問題，有利于增強學生的社會責任感，為學生的終身發(fā)展打下基礎。

（作者單位：哈爾濱師范大學）