基于STEM教育的高中生物学教学探索——以“人类遗传病”教学为例

谢雪锦

（厦门市松柏中学，福建 厦门 361012）

2015年9月国家教育部发布的《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见》明确提出探索STEM教育、创客教育等新的教育模式，促进学生具有较强的信息意识与创新意识。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（下文简称课程标准）也明确提出“将科学、技术、工程学和数学（STEM）整合到实践活动中，以适应对超越学科本身知识和能力的要求，以及社会发展对人才培养的需要。”为此，有必要在高中生物学教学中开展STEM教育的应用研究。

一、基于STEM教育的高中生物学教学概述

STEM最初是由美国政府提出的，它是指科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）以跨学科的形式在教学中整体呈现。［1］STEM教育突出探究和解决问题，充分体现对能力和素养的培养，具有情境性、融合性、综合性、创新性等主要特点。STEM教育强调对学生的科学素质、技术素质、工程素质和数学素质的早期综合培养，引领未来教育的发展方向，越来越受到教师的关注。

基于STEM教育理念的高中生物学教学强调以学生为中心，创设真实问题情境，引导学生应用STEM的综合知识、以小组为单位设计解决方案，开展科学探究活动，习得生物学知识，提高探究能力、实践能力与创新能力。本文以人教版《高中生物·必修2·遗传与进化》中“人类遗传病”教学为例，阐述根据STEM教育理念的高中生物学教学实践与研究（如图1）。

二、基于STEM教育的高中生物学教学实践

1.创设情境，激发探究兴趣

“人类遗传病”的教学内容是以遗传病的病理、诊断和预防为主线，以遗传与优生为核心，阐述人类遗传病的常识性知识。根据课程标准对“人类遗传病”教学的要求是列出包括单基因病、多基因病和染色体病等人类遗传病的类型，探讨人类遗传病的监测和预防。拟定本节教学目标是:①举例说出人类单基因病、多基因病和染色体病等三类遗传病及其病例；②说出人类遗传病的危害；③通过医学专著、报刊杂志及Inter网搜集有关人类常见的遗传病、基因诊断等方面的资料，学会鉴别、选择、运用和分享信息；④尝试分析遗传病的危害、阐明与遗传病相关社会现象；⑤探讨人类遗传病的监测和预防。

图1基于STEM教育的高中生物学教学过程

本节教学伊始，以生活中的真实问题创设学习情境，应用微视频动画展示“一对青年经过马拉松式的爱情长跑，终于要步入婚姻殿堂。由于大龄，这对夫妇向医生进行遗传咨询”。以生活中的真实问题创设学习情境，引起学生的关注，调动学生的探究兴趣与积极性。

2.设计问题，指导探究性学习

根据教学目标，教师创设难度适中的探究问题：①遗传病的种类是什么？有何特点与规律？遗传病有哪些危害？②请为这对夫妇解答如何生一个不患遗传病的宝宝？指导学生基于课前调查周围熟悉的50个家庭中白化病、红绿色盲、高度近视的发病情况，画出患病家庭的遗传系谱图，运用数学统计方法计算其后代可能的发病率，依据有关遗传病的知识进行人类三大基本遗传病的分类与分析，根据已学习过的有关基因突变和染色体畸变等知识开展小组讨论，总结人类遗传病的危害，了解遗传病的监测和预防方法，理解相关遗传病的治疗方法与技术以及婚姻法禁止近亲结婚的原因，促进学生学会搜集、分析资料，综合应用所学的生物学、数学及相关科学技术等知识，分析、解决现实生活中的真实问题，提高探究能力和实践能力，提升社会责任意识，充分体现了STEM的数学、科学与技术的融合性。

3.解决问题，构建概念体系

在上述探究性学习的基础上，组织学生深入阅读教科书相关内容以及遗传病危害等资料，应用有关遗传病种类、特点、规律等基本知识，以及优生优育技术和对遗传病患病概率的分析方法，为这对夫妇如何生一个健康的宝宝提出建议：①进行遗传咨询检查，若患有严重的显性遗传病，如视网膜母细胞瘤、强直性肌营养不良、遗传性痉挛性共济失调、结节性硬化、软骨发育不全等，或男女双方都患有的隐性遗传病，如肝豆状核变性、苯丙酮尿症等，或较严重的多基因遗传病，如精神分裂症、躁狂抑郁性精神病、先天性心脏病、唇裂与腭裂等，则不宜生育。②进行产前诊断，避免一些遗传病儿和畸形儿出生。同时创新性地提出解决不同类型遗传病发病率等问题的方法，如不仅要从阻断遗传的获得入手，还要思考获得遗传后如何防止发病，通过遗传携带者的检出、遗传咨询、婚姻指导及选择性流产，开展基因矫正和基因治疗及遗传病高危家庭监护等主动遗传预防，注意环境保护等全面预防遗传病。在解决问题过程中学生获取的知识就比较系统化和多元化，使得逻辑思维、创新思维、探究能力得到进一步的提升，体现了STEM的创新性。

同时，学生在任务驱动下主动学习并建构遗传病的类型、遗传病的监测及预防的知识概念体系（如图2），通过基因突变与染色体变异的知识与遗传病的病理知识相互融合，生物学知识与数学的计算方法相融合，分析推导优生的原则，突出知识的内在联系性，综合运用所掌握的知识，解决优生措施这个系统工程性问题，将解决问题的方法与工程框架建设相联系，体现STEM教育的工程性和综合性。

图2遗传病类型监测及防治概念体系

4.融合沟通，交流分享

仍以“如果这对夫妇正常，但他们的曾祖母有白化病，他们的后代患白化病的概率为多少？”指导学生开展小组讨论，综合本节所学的知识解决问题。有的小组提出解决这一问题的思路是：可以将这对夫妇的生殖细胞进行体外基因筛查，再将健康的受精卵移植回妻子的体内妊娠。各组进行沟通和交流，分享研究结果，思维相互碰撞，在思想上达到共鸣。这样的教学与STEM教育以学生为中心的教育理念相吻合，让学生能够给遗传病患者更多的关爱，以一颗平常心待之；更好地体验和理解科学、技术、工程和数学之间的紧密关系。

参考文献：

［1］石进德.STEM教育在发展高中生物学核心素养中的应用［J］.福建基础教育研究，2016（8）.

［2］余胜泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式［J］.开放教育研究，2015（4）.

［3］张启军.浅谈具于STEM教育特色的通用技术课堂教学［J］.教育研究与评论，2014（3）.