林拱標(biāo)

摘 要：近幾年，STEM教育在我國(guó)中小學(xué)得到迅速發(fā)展，成為基礎(chǔ)教育課程改革發(fā)展的一個(gè)重要方向。文章結(jié)合初中生物學(xué)課程內(nèi)容，結(jié)合教學(xué)實(shí)例，提出課堂教學(xué)融合STEM教育的策略：一是合理延伸教材，使靜態(tài)知識(shí)變?yōu)閯?dòng)態(tài)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)教學(xué)做合一;二是優(yōu)化內(nèi)容選擇，融合STEM設(shè)計(jì)，使概念教學(xué)符合學(xué)生認(rèn)知需要;三是調(diào)整課堂結(jié)構(gòu)，通過(guò)優(yōu)化學(xué)生課堂上的學(xué)與做，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。可見(jiàn)初中生物學(xué)課程有豐富的STEM教育素材，合理設(shè)計(jì)就能很好地發(fā)展學(xué)生的綜合思維。

關(guān)鍵詞：STEM教育;教學(xué)微例;初中生物學(xué)

基金項(xiàng)目：本文系廣州市教育科研規(guī)劃2019年課題“初中生物學(xué)教學(xué)融合STEM教育的案例研究”（課題編號(hào)201911980）研究成果之一。

STEM教育綜合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域知識(shí)，其關(guān)鍵體現(xiàn)在跨學(xué)科綜合式學(xué)習(xí)，與課程改革提倡的綜合化教學(xué)理念吻合。現(xiàn)代生物學(xué)發(fā)展離不開(kāi)數(shù)學(xué)、物理等多學(xué)科基礎(chǔ)，跨學(xué)科和綜合性特點(diǎn)明顯，在融合STEM教育方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。初中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)多層面、多角度地強(qiáng)調(diào)學(xué)科的綜合性，這與STEM教育理念相一致。本文從教材內(nèi)容、課堂結(jié)構(gòu)等角度，結(jié)合實(shí)例探討生物學(xué)教學(xué)融合 STEM教育的策略。

一、合理延伸教材

我國(guó)各地的生物及生態(tài)存在差異，教材提供的是典型的范例，因此學(xué)生對(duì)范例的了解程度存在差異。人教版八年級(jí)上冊(cè)中，“人類對(duì)細(xì)菌和真菌的利用”一節(jié)，“想一想，議一議”欄目提供了這樣的問(wèn)題場(chǎng)景：生產(chǎn)沼氣的原料是人類的尿、禽畜糞尿和農(nóng)作物秸稈，為什么它們?cè)谡託獬刂心軌虍a(chǎn)生沼氣？從STEM教育角度，沼氣池是很好的教學(xué)實(shí)例，合理利用沼氣符合可持續(xù)發(fā)展理念，科學(xué)方面涉及生物學(xué)、物理和化學(xué)等內(nèi)容，沼氣池設(shè)計(jì)、建設(shè)及沼氣生產(chǎn)，與數(shù)學(xué)、工程學(xué)、技術(shù)等應(yīng)用密切相關(guān)。沼氣池在我國(guó)分布受限，其分布既有南北差異，也有城鄉(xiāng)差異。根據(jù)皮亞杰的學(xué)習(xí)理論，圖式的發(fā)展和豐富是通過(guò)同化和順應(yīng)兩種機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，新情境是刺激同化或順應(yīng)的重要條件。沼氣的生產(chǎn)原理是相同的，如果把情境換成城市，沒(méi)有農(nóng)作物秸稈，極少有禽畜糞尿，但每天產(chǎn)生的生活污水中含有大量有機(jī)物，直接排入江河湖泊會(huì)造成污染。有分析認(rèn)為，我國(guó)生活污水沼氣潛力為15.76億m3/年，以廣東最高，年生活廢水的沼氣潛力為2.28億m3。上述材料可成為一個(gè)新的情境，由學(xué)生規(guī)劃設(shè)計(jì)適合城鎮(zhèn)的沼氣池。情境雖與教材不同，原理仍然是微生物發(fā)酵，城市和農(nóng)村建設(shè)沼氣池，由于原料不同，所采用技術(shù)和工藝也會(huì)不同，生物的多樣性等生命觀念也會(huì)自然生成。

二、優(yōu)化內(nèi)容選擇

（一）服務(wù)于概念的教學(xué)

新世紀(jì)初的課程改革開(kāi)始，生物學(xué)課程就非常重視跨學(xué)科的內(nèi)容，人教版教材還專門(mén)設(shè)置STS欄目。教學(xué)既要落實(shí)好課程標(biāo)準(zhǔn)的重要概念，也要結(jié)合地方特點(diǎn)和學(xué)生實(shí)際，因此教學(xué)中的跨學(xué)科不應(yīng)脫離課程標(biāo)準(zhǔn)。

貼近生活是生物學(xué)課程的重要特征?！吧飳?duì)環(huán)境的適應(yīng)”是生物學(xué)的重要概念，很多內(nèi)容都可以成為跨學(xué)科融合的實(shí)例，例如探究“鳥(niǎo)類適于飛行的形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)”，這是一個(gè)多角度融合STEM理念的例子。飛機(jī)是人類對(duì)空中飛行動(dòng)物研究后的發(fā)明，學(xué)生多少有些了解，利用逆向思維，與動(dòng)物飛行相比較，①飛行的動(dòng)力來(lái)源和如何高效供能;②如何減輕飛行中的阻力及取得平衡;③如何合理減輕自身重量。學(xué)生已知飛機(jī)動(dòng)力依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)和燃油供能，比較可知鳥(niǎo)類的動(dòng)力源于雙翼的扇動(dòng)，消化、循環(huán)、呼吸等系統(tǒng)為鳥(niǎo)類飛行時(shí)的能量供應(yīng)提供重要支持。教學(xué)上可以設(shè)計(jì)很多相關(guān)的探究活動(dòng)，促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的融合。例如鳥(niǎo)類前肢變成翼且著生羽毛，該特點(diǎn)符合空氣動(dòng)力學(xué)原理。機(jī)翼的設(shè)計(jì)制造除了科學(xué)原理，還涉及材料選擇、制造工藝、結(jié)構(gòu)安裝等，密切聯(lián)系了數(shù)學(xué)、工程學(xué)和技術(shù)。學(xué)生觀察羽毛，發(fā)現(xiàn)其重量輕、表面光滑，這種特點(diǎn)能減輕重量也能減少阻力，同時(shí)還體現(xiàn)工程學(xué)的應(yīng)用。有的老師組織學(xué)生利用向紙條一側(cè)吹氣的方法，看到紙條飄起來(lái)，認(rèn)為這是體驗(yàn)伯努利定律，實(shí)際這并不科學(xué)。還不如讓學(xué)生折紙飛機(jī)，通過(guò)紙飛機(jī)的材質(zhì)、造型、演示的力度和角度等，直接體驗(yàn)紙飛機(jī)不同情況下的“飛行”差異，更有利于學(xué)生理解鳥(niǎo)類的相關(guān)結(jié)構(gòu)與飛行的關(guān)系。

（二）符合學(xué)生認(rèn)知需要

初中生的邏輯抽象思維處于快速發(fā)展期，也仍需依賴于直觀思維?？v觀各版本的初中生物學(xué)教材，都配有大量插圖，包括很多實(shí)拍圖片。以七年級(jí)教材為例，蘇教版插圖為544幅，人教版為452幅，北師大版為442幅，達(dá)到了圖文并茂、以圖代文、簡(jiǎn)明直觀的目的，便于培養(yǎng)學(xué)生的興趣和審美情趣。

插圖在一定程度上可彌補(bǔ)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的不足，降低學(xué)習(xí)難度。例如人教版教材中“外界物體在視網(wǎng)膜上成像示意圖”（七年級(jí)下冊(cè)P80），凸透鏡成像原理則是八年級(jí)物理學(xué)科的內(nèi)容，教材上的圖示清楚表達(dá)出物體在視網(wǎng)膜上的成像過(guò)程，降低了學(xué)習(xí)的難度。小學(xué)科學(xué)已介紹凸透鏡的聚光特點(diǎn)，學(xué)生知道光線經(jīng)過(guò)凸透鏡會(huì)發(fā)生折射。學(xué)生在練習(xí)使用顯微鏡時(shí)，了解顯微鏡成像的特點(diǎn)，因此教材中的圖示契合學(xué)生的認(rèn)知起點(diǎn)，雖然其中涉及光學(xué)、數(shù)學(xué)等知識(shí)，但并不影響學(xué)生對(duì)視網(wǎng)膜上成像原理的理解。學(xué)生分析教材中的圖示，實(shí)際是一個(gè)“假設(shè)”的過(guò)程，即學(xué)生根據(jù)前述的已有認(rèn)知，來(lái)假設(shè)物體在視網(wǎng)膜的成像過(guò)程。如果此時(shí)借助凸透鏡成像演示實(shí)驗(yàn)，完成一個(gè)從假設(shè)到證明的探索歷程，更有利于學(xué)生科學(xué)思維的鞏固。

外界物體在視網(wǎng)膜上成像示意圖（自人教社七年級(jí)生物學(xué)上冊(cè)）

從教學(xué)資源的角度，教材在編寫(xiě)時(shí)已經(jīng)充分考慮到學(xué)生的認(rèn)知水平，選用插圖經(jīng)過(guò)縝密的推敲論證，教師在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)除全面研讀課程標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)教材也要進(jìn)行“深度”閱讀，才能更好地用教材教。

（三）重組課堂結(jié)構(gòu)

學(xué)生在課堂上能否發(fā)生深度學(xué)習(xí)，與教師的教學(xué)意識(shí)和能力密切相關(guān)。譬如“翻轉(zhuǎn)課堂”，就是通過(guò)變革課堂結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生先學(xué)，再重點(diǎn)解決學(xué)生學(xué)習(xí)中遇到的困難，達(dá)到學(xué)生再學(xué)習(xí)的目的。

以“花的結(jié)構(gòu)”為例，人教版教材設(shè)計(jì)了“觀察與思考”，組織學(xué)生解剖桃花來(lái)認(rèn)識(shí)花的相關(guān)結(jié)構(gòu)。按課時(shí)計(jì)劃，這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)時(shí)間是在秋末冬初，因此教師多會(huì)選用當(dāng)?shù)禺?dāng)季的其他花卉來(lái)代替桃花。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的難度不大，學(xué)習(xí)目標(biāo)定位在概述花的結(jié)構(gòu)，學(xué)生很快可以完成解剖和標(biāo)記。那么學(xué)生對(duì)花的結(jié)構(gòu)是否有完整的認(rèn)知？教學(xué)上常用圖例來(lái)設(shè)計(jì)提問(wèn)，以便及時(shí)反饋和鞏固所學(xué)，這樣的教學(xué)過(guò)程中規(guī)中矩。我們可以融合STEM教育，在解剖花的結(jié)構(gòu)后，設(shè)計(jì)一個(gè)制作“桃花的結(jié)構(gòu)模型”或“絹花”的環(huán)節(jié)，以建模的形式代替圖例鞏固所學(xué)，學(xué)生從“解”到“建”，在做中學(xué)，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。模型的材質(zhì)、比例、形狀及結(jié)構(gòu)搭配等，離不開(kāi)數(shù)學(xué)、工程學(xué)、材料學(xué)和美學(xué)等知識(shí)應(yīng)用，學(xué)生制作模型的過(guò)程，綜合能力也得到相應(yīng)培養(yǎng)。

教學(xué)有法，教無(wú)定法。在STEM視角下的初中生物學(xué)課程及教學(xué)，有很多可以充分挖掘的經(jīng)典案例，其教學(xué)價(jià)值不僅在學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)，更在于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神和科學(xué)思維。教師則在與學(xué)生的互動(dòng)過(guò)程中，改進(jìn)自己的教學(xué)。

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