摘 要：隨著科技的不斷發(fā)展，STEM教育（科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)）已經(jīng)成為全球教育改革的重要方向。在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)用STEM教育理念和方法，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，獲得大量實(shí)踐操作的機(jī)會(huì)。高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用STEM教育理念，通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析數(shù)據(jù)、解決問題等方式，使學(xué)生創(chuàng)新思維得到培養(yǎng)，不斷提高實(shí)踐能力。本研究旨在探討STEM教育在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用策略，以期為提高生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，提供參考。

關(guān)鍵詞：STEM教育；高中生物；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

生物學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于學(xué)生獲得實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì)，為學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)創(chuàng)造了條件。然而以往生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段往往過于關(guān)注理論知識(shí)講解，沒有將學(xué)生實(shí)踐操作能力的培養(yǎng)放在重要位置，學(xué)生很難形成創(chuàng)新思維。而STEM教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生通過動(dòng)手操作、實(shí)踐探究來(lái)學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，這有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。教師還可以通過開展生物科技活動(dòng)、參加科技創(chuàng)新競(jìng)賽等方式，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。因此如何將高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)與STEM教育理念相結(jié)合，成為當(dāng)前教育改革的重要課題。

一、STEM教育概述

STEM教育是一種綜合性的教育模式，將科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）這四個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)和技能融合在一起，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、解決問題的能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。STEM教育強(qiáng)調(diào)實(shí)踐操作和實(shí)際應(yīng)用，通過項(xiàng)目制學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)探究等方式，讓學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐中掌握知識(shí)，培養(yǎng)綜合素質(zhì)。

第一，科學(xué)（Science）：科學(xué)是探索自然現(xiàn)象、揭示事物本質(zhì)和規(guī)律的學(xué)科。在STEM教育中，科學(xué)教育主要包括生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、地球科學(xué)等領(lǐng)域的知識(shí)。通過科學(xué)教育，學(xué)生可以培養(yǎng)觀察能力、分析能力和批判性思維，為解決實(shí)際問題打下基礎(chǔ)。

第二，技術(shù)（Technology）：技術(shù)是人類運(yùn)用科學(xué)原理和方法，創(chuàng)造和改進(jìn)工具、設(shè)備和系統(tǒng)的過程。在STEM教育中，技術(shù)教育主要包括計(jì)算機(jī)編程、信息技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、3D打印等領(lǐng)域的技能。通過技術(shù)教育，學(xué)生可以掌握現(xiàn)代科技手段，提升信息素養(yǎng)，為職業(yè)生涯發(fā)展產(chǎn)生促進(jìn)作用。

第三，工程（Engineering）：工程是將科學(xué)和技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際問題的解決過程。在STEM教育中，工程教育主要包括工程設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試和維護(hù)等方面的技能。通過工程教育，學(xué)生可以培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

第四，數(shù)學(xué)（Mathematics）：數(shù)學(xué)學(xué)科主要內(nèi)容包括數(shù)量、結(jié)構(gòu)、變化和空間等概念。在STEM教育中，數(shù)學(xué)教育主要包括代數(shù)、幾何、概率論、統(tǒng)計(jì)學(xué)等領(lǐng)域的知識(shí)。通過數(shù)學(xué)教育，學(xué)生將在邏輯思維、抽象思維方能獲得發(fā)展，為解決復(fù)雜問題提供有力支持。

二、STEM教育在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用

（一）提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力

STEM教育強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科的整合與實(shí)踐，將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)融入生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。通過開展豐富多樣的生物實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，學(xué)生可以在實(shí)踐中掌握生物學(xué)的基本概念、原理和方法，提高自己的實(shí)踐操作能力。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)還能培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析、解決問題的能力，為學(xué)生未來(lái)學(xué)習(xí)與工作創(chuàng)造更好條件。在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)地考察、實(shí)驗(yàn)操作等活動(dòng)，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

（二）激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新精神

STEM教育注重將提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力為重點(diǎn)，將生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)際生活、社會(huì)問題相結(jié)合，讓學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題[1]。通過這種教學(xué)方法，將促使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極性，使學(xué)生更加主動(dòng)地投入生物實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

（三）培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力

STEM教育強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中相互合作、共同探討。在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以組織學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在團(tuán)隊(duì)中分工合作，共同完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。通過這種方式，學(xué)生可以學(xué)會(huì)與他人溝通、協(xié)作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

（四）培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)

STEM教育旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，包括科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等。在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以通過設(shè)計(jì)多樣化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生將掌握的知識(shí)用到實(shí)際問題中，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)還可以幫助學(xué)生端正科學(xué)觀念，形成科學(xué)精神與態(tài)度。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生可以直觀地觀察生物現(xiàn)象，培養(yǎng)他們的觀察力、思考力和判斷力，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

三、STEM教育在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用策略

（一）整合課程資源

為了將STEM教育理念融入高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師需要充分利用現(xiàn)有的課程資源，如教材、實(shí)驗(yàn)器材、網(wǎng)絡(luò)資源等。通過對(duì)這些資源的整合，為學(xué)生提供一個(gè)跨學(xué)科的學(xué)習(xí)環(huán)境，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)[2]。

第一，對(duì)教材的深入理解和分析，將STEM教育理念與生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合。例如，在教授“細(xì)胞結(jié)構(gòu)”相關(guān)知識(shí)時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行顯微鏡操作，觀察不同類型的細(xì)胞器，并讓學(xué)生通過數(shù)據(jù)分析和討論，探究細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和功能。這樣的教學(xué)方法不僅能夠提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和問題解決能力。

第二，利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)一系列有趣且具有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。例如，在學(xué)習(xí)《遺傳學(xué)》時(shí)，可以讓學(xué)生進(jìn)行基因型分析實(shí)驗(yàn)，通過PCR技術(shù)擴(kuò)增DNA片段，然后使用電泳分離不同基因型。這樣的實(shí)驗(yàn)不僅能夠幫助學(xué)生理解遺傳學(xué)的基本原理，還能夠培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

第三，組織學(xué)生參加科學(xué)競(jìng)賽或創(chuàng)新活動(dòng)中，學(xué)生可以將自身才華與創(chuàng)造力充分展示出來(lái)?？梢怨膭?lì)學(xué)生參加生物學(xué)奧林匹克競(jìng)賽或科技創(chuàng)新大賽，在團(tuán)隊(duì)合作中發(fā)展創(chuàng)新思維，解決實(shí)際問題并展示自己的研究成果[3]。這樣的活動(dòng)可以讓學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，也能增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，還能夠提供團(tuán)隊(duì)合作能力。

（二）設(shè)計(jì)跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以設(shè)計(jì)一些跨學(xué)科的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中，運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)以及其他學(xué)科知識(shí)。這樣的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容不僅能夠讓學(xué)生綜合素質(zhì)獲得提升，還能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，促使學(xué)生創(chuàng)新思維獲得發(fā)展[4]。

例如，教師可以設(shè)計(jì)一個(gè)關(guān)于植物光合作用的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在這個(gè)項(xiàng)目中，學(xué)生需要了解生物學(xué)中的光合作用原理，掌握化學(xué)中的能量轉(zhuǎn)化和物理學(xué)中的光學(xué)原理。首先，學(xué)生需要通過觀察植物葉片的結(jié)構(gòu)，了解葉綠素的作用和分布情況。然后，學(xué)生可以通過搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的光合作用實(shí)驗(yàn)裝置，模擬植物在各種光照條件下光合作用情況。在這個(gè)過程中，學(xué)生需要運(yùn)用化學(xué)知識(shí)，了解光合作用中能量是如何轉(zhuǎn)化的，包括光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能等。同時(shí)，學(xué)生還需要運(yùn)用物理學(xué)知識(shí)，了解光的傳播和反射原理，以及如何利用這些原理來(lái)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置。教師要指導(dǎo)學(xué)生將掌握的生物學(xué)知識(shí)應(yīng)用到其他學(xué)科領(lǐng)域。

例如，在學(xué)習(xí)《遺傳學(xué)》時(shí)，學(xué)生可以通過設(shè)計(jì)一個(gè)關(guān)于基因突變的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，探究基因突變對(duì)生物體的影響。在這個(gè)項(xiàng)目中，學(xué)生需要運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)，了解基因突變的原理和類型。同時(shí)，學(xué)生還需要運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)，探討基因突變對(duì)生物體數(shù)量變化的影響。通過這樣的跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生不僅能夠?qū)ι飳W(xué)知識(shí)有更深的理解，還能夠培養(yǎng)自己的綜合運(yùn)用能力。

（三）引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)

在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題。通過這種方式，學(xué)生可以更好地理解生物學(xué)知識(shí)，提高創(chuàng)新能力，更好地參與到團(tuán)隊(duì)協(xié)作中[5]。探究式學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。在這種教學(xué)模式下，教師不再是知識(shí)的傳授者，而是學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和協(xié)助者。教師的主要任務(wù)是創(chuàng)設(shè)一個(gè)有利于學(xué)生探究的環(huán)境，提供必要的資源和支持，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題。

例如，在《細(xì)胞中的無(wú)機(jī)物》教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，可以通過提出一些具有挑戰(zhàn)性的問題，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。教師可以問：“你們知道細(xì)胞中有哪些無(wú)機(jī)物嗎？在細(xì)胞中起什么作用？”這樣的問題可以引導(dǎo)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。接下來(lái)，教師要鼓勵(lì)學(xué)生在小組中交流，讓學(xué)生分享自己的想法和觀點(diǎn)。在這個(gè)過程中，學(xué)生不僅可以聽到別人的觀點(diǎn)，也可以通過交流和討論，深化自己的理解。然后，教師可以設(shè)計(jì)一些實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生參與動(dòng)手過程，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，獲取第一手的科學(xué)數(shù)據(jù)。教師要指導(dǎo)學(xué)生使用顯微鏡對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，或者通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證某些無(wú)機(jī)物的性質(zhì)。最后，教師需要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思和總結(jié)，讓學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)內(nèi)化。教師可以讓學(xué)生寫一篇關(guān)于細(xì)胞中無(wú)機(jī)物的研究報(bào)告，或者進(jìn)行一次課堂報(bào)告，分享自己的學(xué)習(xí)成果。

（四）創(chuàng)造情境式教學(xué)環(huán)境

為了讓學(xué)生更好地體驗(yàn)STEM教育理念，教師可以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中創(chuàng)造情境式教學(xué)環(huán)境。通過模擬生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在實(shí)際操作中了解生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制，增強(qiáng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)，承擔(dān)起環(huán)保的責(zé)任[6]。在情境式教學(xué)環(huán)境中，教師可以設(shè)計(jì)一系列與生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，如模擬森林、濕地、河流等生態(tài)環(huán)境。學(xué)生可以通過觀察、測(cè)量和分析數(shù)據(jù)，了解不同生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)和相互關(guān)系。同時(shí)，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生思考如何保護(hù)和維護(hù)這些生態(tài)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。教師還可以利用現(xiàn)代科技手段，如虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)等，讓學(xué)生有更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)生可以身臨其境地參觀自然保護(hù)區(qū)、海洋生態(tài)系統(tǒng)等地方，深入了解不同生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和脆弱性。在情境式教學(xué)環(huán)境中，教師還可以組織學(xué)生進(jìn)行小組合作學(xué)習(xí)。每個(gè)小組可以負(fù)責(zé)一個(gè)特定的生態(tài)系統(tǒng)項(xiàng)目，通過收集數(shù)據(jù)、分析問題、提出解決方案等方式，達(dá)到提升團(tuán)隊(duì)合作能力與解決問題能力的目的。同時(shí)，教師還可以邀請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域的專家或志愿者來(lái)校舉辦講座或指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)，拓寬學(xué)生的知識(shí)視野和豐富學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

（五）加強(qiáng)評(píng)價(jià)與反饋

在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師的角色不僅僅是傳授知識(shí)，更重要的是引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)的方法和技能。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，教師應(yīng)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和團(tuán)隊(duì)合作等方面的評(píng)價(jià)與反饋。第一，實(shí)驗(yàn)操作評(píng)價(jià)與反饋。教師應(yīng)在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的過程中，密切關(guān)注學(xué)生的操作步驟、實(shí)驗(yàn)技巧和安全意識(shí)。對(duì)于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題，教師應(yīng)及時(shí)指出并給予指導(dǎo)。教師還可以通過設(shè)置實(shí)驗(yàn)操作考核，讓學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，以檢驗(yàn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能水平。第二，實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)價(jià)與反饋。實(shí)驗(yàn)報(bào)告是學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果的總結(jié)和反思。教師應(yīng)認(rèn)真批改學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析和結(jié)論等方面給予評(píng)價(jià)。同時(shí)，教師還應(yīng)針對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中出現(xiàn)的問題，提出具體的修改建議，幫助學(xué)生提高實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量。第三，團(tuán)隊(duì)合作評(píng)價(jià)與反饋。生物實(shí)驗(yàn)往往需要學(xué)生分工合作，共同完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作中的表現(xiàn)，如溝通能力、協(xié)作精神和責(zé)任心等。對(duì)于表現(xiàn)優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)，教師可以給予表?yè)P(yáng)和鼓勵(lì)；對(duì)于存在問題的團(tuán)隊(duì)，教師應(yīng)及時(shí)提出改進(jìn)意見，幫助學(xué)生提高團(tuán)隊(duì)合作能力。第四，及時(shí)指導(dǎo)與鼓勵(lì)。教師在評(píng)價(jià)與反饋過程中，應(yīng)注重與學(xué)生的溝通與交流，了解學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中遇到的困難和問題。針對(duì)學(xué)生的實(shí)際情況，教師應(yīng)給予個(gè)性化的指導(dǎo)和建議，幫助學(xué)生不斷提高自己的實(shí)驗(yàn)技能和綜合素質(zhì)。

結(jié)束語(yǔ)

總之，將STEM教育理念融入生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有助于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新思維。在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力，鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。因此教師要重視開展跨學(xué)科的STEM項(xiàng)目，可以拓寬學(xué)生的知識(shí)面，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

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本文系福建省教育科學(xué)規(guī)劃課題“基于STEAM理念的中學(xué)生物一體融通式實(shí)驗(yàn)體系構(gòu)建及深度學(xué)習(xí)策略研究”（課題編號(hào)：FJJKZX23-516）。