基于STEM教育理念的高中生物教学研究

史金灵

【摘 要】在高中生物学科的教学过程中积极开展运用STEM教育理论，将学生的学习场景不再局限于学校，使学生们能够积极运用生命理念去感知生命世界，并探析生命现象背后的原理，加强学生们的逻辑思维，使他们能够在面临问题时运用所学到的生物、物理、化学等多学科的知识进行综合运用解决，在学生们进行相关实验和实践活动中，积极学习相关科普知识，提高学生们的社会责任意识，加强他们提出问题、分析问题以及解决问题的创新能力，使得学生们的生物学核心素养得到全面发展。

【关键词】STEM教育理念;生物教学;教学研究;核心素养

对于学科的核心素养来说，就是学生们对于这一学科理论知识的掌握程度、自主思考能力和相关实验探索研究等综合素质。对于某一学科的学习，学生们应当积极思考并付诸于相应的实践，同时和其他学科知识结合形成融会贯通的知识体系，所以应当积极运用STEM教育理念，加强复合型人才的培养，特别是对于生物学科的科学思维方式来说，要和其他物理、化学等其他学科进行结合，将学生自身的生物学科核心素养得到更好的提升。

一、STEM教育模式的核心概念和理论基础

STEM教育理念最早是由美国学者经过研究提出来的，该理念主要是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四个英文首字母的缩写组成的，主要是希望通过开展开放和动态的教育课程模式，使得学生们通过目前所掌握的知识去分析和解决问题，使得其知识体系能够不断得到完善。这种教育理念的关键是以跨学科的教育模式开展的，特别强调不同学科知识之间的融会贯通，形成完善全面的知识体系，具有融合性的特点。其次将教学实验和社会实践活动进行有效结合，加强其科学性，最后STEM理念还具有社会性的特点，希望能够得到社会各方的参与。笔者通过在高中生物学科的教学知识传授过程中尝试运用STEM教育理论，不断提高学生们生物学科的核心素养。

二、STEM教育在发展高中生物学核心素养中的应用

（一）践行生命观念，体现生命性

对于学生们来说，他们都是独立的个体，因此他们的思维能力、个性以及知识水平等都具有较大的不同，而STEM教育理念认为学生们在相关能力方面的发展是一个动态的开放过程，不应当将其限制在教室中，应当采用开放式的学习方式来提高学生们掌握生命知识的能力。例如，老师在进行人教版《高中生物·必修3·稳态与环境》“种群和群落”这一章节的知识教学过程中，可以让学生们进行开放性的探究学习活动，去研究土壤中动物的种类。学生们通过理论知识的学习、具体的实验操作和课外实践调查，同时积极和其他同学进行成果交流等多种方式，让学生们走出课堂，让学生们真正进入到和大自然接触的学习环境中，帮助他们在大自然环境中积极借助科学知识帮助去分析解决问题，学校实验室等作为学生们开展实验的场所，积极借助所学的知识去分析，另外可以寻找相关领域的专家学者帮助，在他们的指导下去学习土壤微生物、动物的监测等相关生态学知识，激发学生们的学习热情，让他们能够积极主动地去研究和分析生命活动。

上述“研究土壤中动物的种类”的学习活动过程就会变成一个开放式的动态过程，也是对传统课堂教学模式的一种新型拓展和延伸，通过这样一个动态的学习活动，让学生们能够积极运用生命理念去认识了解世界的生命现象，加强自主思考能力和解决问题的水平，充分展现了STEM教育理念的生命性。

（二）提高逻辑思维，体现融合性

通过STEM教育理念可以使得工程、技术、科学等相关不同的学科之间进行结合，从而帮助学生们能够提高他们的逻辑思维能力。例如，老师们在进行高中DNA知识相关的生物教学课程中，当进行“微生物群落的构成及多样性分析”的课题时，可以让学生们按照收集文献资料、准备相关实验素材、，开展微生物分析试验、一直到最后得出实验数据结果，并进行相应的分析这样一个全过程进行，让学生们能够了解到如何利用文献法、实验法、16SrDNA测序等开展实验分析，然后绘制出水体的水体中所含微生物的相关S、J型曲线，并建立相应的分析模型，通过不断的总结和归纳去分析水体中所含有的未知生物和细菌，不断提高学生们解决问题的能力。通过相应的研究，可以发现所研究的水体水质较差，无法被人类直接使用，因此应当加强当地的环境整治，减少水体污染，特别是要禁止生活垃圾以及相关工业废水等随意排入到水体，从源头上采取措施进行保护，从而证明了水体的安全性这一具有社会意义的问题，为我国的环境保护事业和人们的高品质生活做出了相应的贡献。通过这样的类似教学活动，让学生们所学到的高中生物知识和物理、化学、数学等其他学科的知识得到融会贯通，提高学生们在解决现实问题的自我思考和思维能力。

（三）开展科学探究，体现科学性

STEM教育理念强调要加强学生们的動手操作能力，通过实验和相关的实践活动，让学生们能够认识到知识的本质，加强他们对知识的理解能力，这也与高中生物所提倡的科学研究理念相匹配。例如，当老师们在进行生物高中教学时，让学生们观看“不同环境条件下的H2O2分解效果对比”视频，在观看结束后，有学生提出了一些疑问，比如在视频的实验过程中，滴加氯化铁和肝脏研磨液不是同时进行的，这样就使得反应所产生的气泡比较效果受到了很大影响。另外还有学生提出视频中将带火星的木条放入到试管中的时间也是不一致的，这样对带火星木条所产生的试验效果也是不同的，也有一些学生提出了使用两根带火星的木条就违背了实验中单一变量的要求，这些质疑使得该实验存在着科学准确方面的问题。此时，老师可以根据学生们的问题，积极引导他们进行深层次的思考，比如能否设计一种能够同时对两支试管中化学反应进行效果比较的实验装置，如何更加合理地设计实验方案，让实验效果具有科学性等等，老师可以和学生们针对以上问题一同思考并进行解决，比如通过收集和查阅相关文献资料，加强学生们对实验单一变量等要求的理解，提高学生们进行实验研究的热情，不断改进实验方案，加强学生们科学分析问题的能力，提高他们实践和创新的水平。

（四）增强社会责任，体现社会性

STEM教育理念倡导应当围绕社会中与人们生活息息相关的热点问题进行分析研究，比如以我国的传统文化为背景，开展关于“古法酿酱技术体验”的社会实践活动，让学生们深度参与到该活动中，认识到知识来源于生活，同时也应当为生活服务。利用该实践活动，让学生们去辨别酱油的质量，分辨出哪些酱油是优质的，哪些酱油是劣质的，让他们了解酿酱技术的同时，也帮助他们建立健康饮食的思想，同时深刻地体会酿酱是一项非常辛苦的体力活，体会到生活“粒粒皆辛苦”的来之不易，使学生们能够从中学会感恩。通过这些和学生们生活相关的社会活动开展，让学生们深度参与到这些活动中，让学生们不仅能够通过这些实践活动获取相关科学知识，同时还能够提高他们的社会责任感，体现出了STEM教育理念中的社会属性。

通过STEM教学活动开展，越来越多的研究表明该教育理念可以帮助学校进行具有多学科知识的复合型人才的培养，增强学生们的独立思考和动手解决问题的能力，加强了他们综合素质的提高，显示了STEM教育对学生们在高中时期的生物学科核心素养的养成具有非常关键的作用。在高中时期，通过运用STEM教育理念使得学生们的生物学科综合素质得到全面提升，培养出符合我国社会所需要的全面复合型人才，推动我国生物学科不断发展。

参考文献：

[1]蔡苏，王沛文.美国STEM教育中社会组织的作用及对我国的启示[J].中国电化教育，2016（10）：74～78.

[2]杨晓哲.数字化时代的STEM教育与创客教育[J].开放教育研究，2015（5）.

[3]谢雪锦.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[J].福建基础教育研究，2018（04）.

[4]蒋学琴.基于STEM教育理念的高中生物学教学设计与实践研究[D].漳州：闽南师范大学，2018.

[5]杨梦姝.基于STEM教育理念的高中生物学实验教学策略研究[D].兰州：西北师范大学，2018.

[6]李卉.基于STEM教育在高中生物学教学中的尝试分析[J].新课程（下），2017（06）.