摘?要：文章結(jié)合高中生物課程中的核心概念“細胞呼吸”，創(chuàng)設探究“酵母菌細胞呼吸方式”的科學實驗情境，結(jié)合參與、探索、解釋、工程、深化和評價六環(huán)節(jié)進行具體的教學設計和研究。研究發(fā)現(xiàn)，6E學習模式有助于學生提升分析問題、解決問題的能力，養(yǎng)成科學思維的習慣，形成積極的科學態(tài)度，發(fā)展核心素養(yǎng)，為培育具創(chuàng)新素養(yǎng)和高新技能的復合型人才奠定基礎。

關(guān)鍵詞：STEM課程;6E學習模式;核心素養(yǎng);課例研究

一、?引言

教育部印發(fā)的《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）中明確指出，要加強提升和培養(yǎng)學生的生物學學科核心素養(yǎng)，更加注重提高學生綜合運用知識解決實際問題的能力。新課標的目標和要求與STEM教育理念不謀而合，STEM教學是科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學（Mathematics）的簡稱，首發(fā)于美國，其核心理念是引導學生整合多學科知識與技能解決真實情境中的問題。在高中生物課堂教學中，深入結(jié)合各學科基礎知識，充分挖掘?qū)W生解決問題的能力，設計并開展STEM教學案例實踐，讓學生在親自獲取有效信息、尋找證據(jù)、假設演繹、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過程中塑造正確的生命觀念、積極的科學態(tài)度、良好的科學思維習慣以及終身學習探究的創(chuàng)新實踐能力，最終培養(yǎng)兼具學問與社會責任的知識型、創(chuàng)新型、應用型人才。

二、?STEM教學

STEM教學由來已久，旨在通過運用多學科中多元的知識與技能解決真實情境中的問題，培養(yǎng)和鍛煉學生的科技理工素養(yǎng)和創(chuàng)新精神。各種STEM教學模式不僅促進了知識的交疊與融合，而且誘發(fā)了知識的擴展和創(chuàng)新，越來越多的國家意識到在基礎教育階段滲透STEM教育的重要性。

三、?6E學習模式

為落實STEM教學模式，2014年美國國際技術(shù)和工程教育學會提出了“6E學習模式”，學生通過親歷“參與、探索、解釋、工程、深化和評價”六個環(huán)節(jié)，在問題意識導向的“科學探究”中培養(yǎng)科學思維能力，在實踐活動導引的“工程設計”中提升問題解決能力。作為實踐模式的“6E學習模式”進一步明確和細化了知識吸收與內(nèi)化的基本環(huán)節(jié)，運用多學科交疊與跨學科融合的方法進行綜合性的知識學習和整合性的知識遞送。

四、?基于6E學習模式的“探究酵母菌細胞呼吸的方式”STEM課程設計

“探究酵母菌細胞呼吸的方式”是人教版高中生物必修一“細胞呼吸”中的重要實驗之一。在學習過程中，學生對酵母菌的細胞呼吸方式產(chǎn)生極大的興趣，希望做更深入的探究，為此通過STEM課程的6E學習模式引導學生開展課題研究。

（一）STEM課程的活動目標

STEM課程中目標的預設可結(jié)合新課標中對生物學學科核心素養(yǎng)的要求從科學、技術(shù)、工程和數(shù)學四個角度來闡述，在本課例中對活動目標的分解見表1。

（二）STEM課程的活動過程

1.?參與（Engage）

創(chuàng)設情境，確定STEM學習項目。在參與階段教師需結(jié)合教學內(nèi)容導入課題，創(chuàng)設真實的問題情境激發(fā)學生的興趣。依據(jù)學生的學情提出學習任務，確定學習目標，初步了解學習項目。

教師將事先準備的已發(fā)好的面團、面包、釀制的葡萄酒等展示，并對此提問面團發(fā)酵、面包松軟的原因是什么？與哪種微生物有關(guān)？葡萄酒為何如此醇香？如何釀制葡萄酒？學生回答與酵母菌的呼吸作用有關(guān)。教師遞進式提問酵母菌的呼吸作用如何進行的？需要提供怎樣的條件？產(chǎn)物有哪些？怎樣鑒定產(chǎn)物？以問題串的形式設疑，鞏固之前講授的核心概念，同時極大激發(fā)學生的探究欲。教師進一步展示關(guān)于酵母菌簡介的小視頻，小組成員了解酵母菌的生活習性并記錄。高二學生已具備基本實驗素養(yǎng)和科學探究能力，在小組再次商討后明確學習目標：設置適合酵母菌呼吸作用的裝置，探究酵母菌在不同條件下的呼吸方式。

2.?探索（Explore）

多維支持，設計初步項目方案。探索階段的目的是為了引導學生積極思考，做出必要的假設并發(fā)散思維預期結(jié)果。在探索階段教師可提供必要的學習支架和指導，以學生為主體組織知識構(gòu)建，設計方案并建模。

教師組織學生根據(jù)STEM項目分析和討論探究的目的、步驟和方案，明確學習的任務、活動和過程。熟悉實驗室已有的設備、材料和儀器，分析和探討可利用的資源。學生在參考課本、網(wǎng)絡資源和實驗室條件后設計實驗方案，畫出裝置草圖，書寫實施實驗的一般流程。各小組成員充分交流和探討，改進實驗方案，使實驗操作更便捷更高效。教師巡視記錄各組典型的解決方案，如學生在對比課本方案后提出課本中發(fā)酵8～10h時間過長，討論后改用酵母粉代替食用酵母菌。

3.?解釋（Explain）

知識構(gòu)建，改進設計方案。在解釋階段學生分組解釋探索的過程和結(jié)果，分析可行性和可實施性。各組成員詢問、質(zhì)疑、評價、完善方案并改進。

組織各組學生根據(jù)“科學探究”一般步驟詳述實驗設計方案、實驗步驟和可達成的目的，其他組成員認真聆聽后提問、交流和反饋，整合設計方案后改進實驗裝置，如可用多種方案制備氧氣以此避免泵入空氣時除雜的煩瑣步驟。可采用植物油密封法創(chuàng)造無氧環(huán)境。發(fā)酵溫度采用溫度傳感器實時監(jiān)測。可用酒精傳感器采集酒精數(shù)據(jù)的相對值。

4.?工程（Engineer）

制作工程，實施STEM方案。在工程階段各組成員需利用實驗器材完成實驗裝置，并通過測試初步體驗工程的效果，分享和交流經(jīng)驗，再次完善設計方案。

在組裝過程中，各小組同學再次熟悉設計方案，梳理實驗流程，搭建實驗裝置，可結(jié)合實驗室已有器材自行調(diào)整優(yōu)化實驗裝置，教師巡視后可對存在困難的小組提供思路以推進實驗裝置的組裝。在實踐過程中，學生分別在有氧和無氧條件的發(fā)酵瓶中加入

0.2g酵母粉，溶解于10mL?5%的葡萄糖溶液，打開有氧呼吸管的閥門，觀察兩組發(fā)酵瓶中的呼吸情況，并對產(chǎn)物進行鑒定。各小組對結(jié)果進行闡述，整理和歸納得出的結(jié)果和結(jié)論，對未得到預期結(jié)果的現(xiàn)象質(zhì)疑原因，補充和完善，在交流互動中提升學習效率。

5.?深化（Enrich）

技術(shù)比較，優(yōu)化STEM方案。深化階段的目的是在探索中生成新問題，根據(jù)新要求提出新方案并開展探究討論。通過對原項目的拓展和深化，對實驗再深入研究深化理解。

教師在巡視過程中發(fā)現(xiàn)，很多成員對有氧呼吸和無氧呼吸時二氧化碳的釋放量感興趣，因此教師引導學生利用數(shù)學化實驗室的設備再調(diào)整方案進行探究。通過學生展開熱烈的頭腦風暴，提出改進方案：稱取酵母粉溶于5%葡萄糖混合均勻后由注射器注入發(fā)酵裝置中，將其置于適宜溫度下（由溫度傳感器監(jiān)測環(huán)境溫度），通過二通管連接朗威二氧化碳傳感器，打開電腦顯示器選擇通用軟件，添加“二氧化碳—時間”圖線后可讀取酵母菌呼吸產(chǎn)生二氧化碳含量的變化曲線。較為理想的兩種實驗裝置如圖1所示。通過對軟件采集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)學方法表征，觀察二氧化碳的動態(tài)變化，并對變化嘗試做出解釋。教師組織學生再深化探究，對氧氣、酒精含量的變化檢測。

6.?評價（Evaluate）

作品表征，匯總項目結(jié)果。評價階段可根據(jù)評價標準對學生開展科學探究的過程和結(jié)果進行形成性評價、總結(jié)性評價等。

通過以上五環(huán)節(jié)科學探究的過程，同學們整理匯總STEM學習的過程、目標和結(jié)果。在各個學習環(huán)節(jié)中首先由教師記錄在巡視過程中各組開展科學探究的過程并對其進行發(fā)展性評價，然后由教師發(fā)放有針對性的STEM評價量表進行自我評價，最后請各組成員總結(jié)表述該STEM項目，并且由所有成員和教師共同選出最佳STEM方案，也可用手機設備記錄完整過程，可在各班進行演示。

五、?結(jié)語

在此次生物學課程中開發(fā)STEM課例，采用6E學習模式探究“酵母菌細胞呼吸的方式”，學生不僅加深了對“細胞呼吸”核心概念的理解，同時基于情境開展詳細的“科學探究”過程，利用“工程設計”實踐結(jié)果。利用數(shù)字化實驗室的技術(shù)融合思維，運用多學科知識解決真實情境的問題，可見STEM課程學生活動的開展以“發(fā)展學生科學思維”為中心，能夠有效調(diào)動學生積極性，有效引導學生開展科學探究的過程，有助于培養(yǎng)學生科學思維和創(chuàng)新意識，提升學生融合多學科知識解決問題的能力，這也正是高中生物課程中生物學學科核心素養(yǎng)強調(diào)的必備品格和關(guān)鍵能力。

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作者簡介：陳媛媛，甘肅省蘭州市，甘肅省蘭州市蘭州西北中學。