基于STEM教育理念的高中生物学课程设计和实践研究

何菊梅 何小彪

摘 要：根据高中生物教学资源，运用项目教学管理思路，在科学、技术与工程教学中为学生提供教学实践的机会。通过对学校教学环境分析，结合当前学生的实际学习需要，探索在当前高中生物教学中的课程适宜资源，开启课上课下相衔接的方式，对学生的学习成果进行综合性评价。文章基于当前多元的教学理念要求，分析在当前教学活动中如何有效地运用STEM教育，以便更好地培养出符合时代发展需求的新型人才。

关键词：STEM教育;高中生物;课程设计

一、 引言

在当前高中生物教学中实施STEM教育能够促使学生将所学习到的知识内容与技术工程相结合，实现学以致用，从而有效地激发学生的学习兴趣。在当前教育中将STEM教育与高中生物教学进行融合，通过一系列的工序流程将实验结果应用于生活，从而使学生在体验项目策划与实施过程中感受到设计产品带来的快乐，将最新的科学技术与生产实践相结合，对学生的学习成长有着一定的作用。

STEM是科学（science）、技术（technilogy）、工程（engineering）、數学（mathematics）的合称，STEM教育可以将理论、图画和教学基础有效融合起来，创新课堂教学方式，在当前我国的高中素质教育中尚处于发展阶段。基于其自身教学发展的特性，结合我国未来教育发展方向，其在教育过程中的重要价值不言而喻，在高中生物教学中越早实施就能够越早地提升学生的科学信息素养，使其在未来科学发展中有着一定的作用。在当前的教育过程中如何有效地在高中生物教学中开展STEM教育？由于正处于发展阶段，缺少相应的参考，其整个实验的过程必须在实践探索中确定讲课步骤、教学内容，并结合学生学习实际设计教学模式及方式，作为该项目中必不可少的环节。当教师在组织教学中，还会出现其他意想不到的问题，教师可以让学生利用自己的能力解决这些问题，促使学生在解决问题中训练科学思维，提高学生的综合性科学素养。因其在探索阶段时间较短且缺乏重复性，STEM教育在教学中还将处于持续性深入研究阶段。文章仅对当前呈现的初步实践过程进行阐述。

二、 确定研究对象

在高中的生物学教材中，其中绝大多数教学知识点较难，尤其在讲解细胞生理变化、适应遗传等知识点中，这些教学知识点在必修和选修课程中都有涉及。虽然这些生物知识点较难，但是学生在探索学习中可以将其与现实生活结合起来进行理解，在实践中明确适合自己的学习目标。

例如学生在对高中5本生物学教学进行翻阅时，可以将其中重难点知识点挑选出来，建设完善的思维导图，并结合自身在生活中碰到的具体案例进行深入分析，了解细胞与食品生产之间的关系。

在实践中，学生还可以结合日常的生活习惯，考虑到家庭生活中有着制作酸菜的实践经历，学生可以在梳理生物知识点中，学习酸菜的制作方法。为了制作出味道正宗并且对人们身体无危害的酸菜，学生可以在确定研究课题中以“哪种制作酸菜方式最为健康”为对象，在学校实验室进行探索实践。可以通过在市场上进行蔬菜的选购，在实验道具上面更容易获得，针对腌制实践并不会特别长，课堂性的研究实践花费时间较少，学生在制定好酸菜研究对象后，可以将酸菜制作步骤作为自变量，并根据酸菜中亚硝酸盐含量确定因变量，利用分光光度计进行测量，提高生物实验的合理性。通过查阅相关资料可以发现，通常情况下，酸菜中的亚硝酸盐含量非常低，并不会对学生造成影响，在实验中针对各种实验试剂经过实验室设备技术的有效控制，使其具有安全性，且该课题在内容上受到完结环境影响较小，这样研究课题便宣告成功。

三、 梳理课题内容

（一）确定研究目的

通过上一个环节确定研究课题之后，针对此项教学实验其主要阐明的目的是什么，运用实验能够总结研究结果，完成实验研究任务，并结合实验研究课题中存在的问题，寻找解决办法。

例如在上述的实验研究中，研究的课题主要是分析哪种腌制方式中的酸菜亚硝酸盐含量比较少，从而挑选出适合腌制酸菜的方式，从而达到课题研究目的。

（二）确定实验步骤

在确定实验步骤中，必须结合实验研究目的，选择合理的实验材料，结合相关生物知识点进行实验研究，并确定好实验过程中的自变量和因变量。在选择实验材料时，需要时刻秉承平行重复原则，结合单因子变量规律，确保测量实验数据的可行性与准确性。在实验中通过选取等量的蔬菜，且在实验中泡菜的外在影响因素和制作步骤保持平衡。在测量每种酸菜亚硝酸盐含量时，需要对同种制作酸菜方式进行至少三次测量，并将每次测量结果记录下来，取平均值，具体测量步骤可以结合课本中提供的方式进行参考。通过实验获取到一定的数据，在对数据的处理中要具备一定的方法，引导学生使用哪种软件使得数据在呈现中更加直观。这时运用数学知识能够为学生的实验提供较大的帮助。在处理数据时可以运用各种推理方法，从而使得学生对相关教学知识点进行全面掌握。同样在实验中不可避免地会出现各种误差，为使实验数据更加接近真实，在一般情况下，实验数据处理中经常会用到曲线图方法。

（三）制定产品包装设计及销售工作

当教师在高中生物教学中使用STEM时，应将学生作为教学主体，让学生通过自己的学习方式研究实验课题，这样学生在动手操作的同时，可以根据自身的实验结果分析生产效果，激发学生自主投入实践探索的积极性。同时，通过让学生参与到后期产品的包装及销售，能够培养锻炼学生的市场营销能力。

四、 安排教学时间

基于现实情况下，学生日常休息时间比较短，需要教师在组织教学中规划好学生的实验时间，合理安排学生实验，可以在教学中为学生设置相关的选修课程，让学生在选修课上进行实验操作。与此同时，运用平时的研究学习时间，将研究课程与STEM教学相结合，在对课题的研究中进行相关实验的研究。为保障实验教学的有效性，可以将此两者的有效时间进行融合，给学生留出更加充分的实验研究时间。

五、 实验教学过程及方法

（一）课题研究前准备

当教师在进行实验教学时，需要谨慎选择课题研究方向，分析其在实验过程中可能会用到的实验器材，并与学校积极沟通，完善实验器材，如果学校现有的实验室器材无法满足学生实验要求，教师可以将全体学生划分成多个小组，要求学生以合作学习的方式进行实验，确保学生能够在操作中培养自身的动手能力，加强学生对相关知识点的了解。在实验开始阶段为学生创建出良好的环境。针对实验材料短缺，可以由实验组织者进行购买，或是学生自行购买。

（二）课题研究的实施

当教师在高中生物课程中开始课题实验研究时，首先应向学生系统展示相关实验仪器的使用方式，告诉学生在实验中应注意哪些问题，确保学生人身安全，促使学生在开展自主实验中，能够按照教师讲解的使用步骤进行操作，教师在此过程中应帮助学生解决在实验中可能会出現的问题。通过在实验前期明确了解实验目标和针对数据的处理方法，学生在实验中可以利用已有知识储备进行实验探索。然而在现实操作中，学生或多或少会遇到难以处理的问题，比如在实验材料处理中、实验设备操作中都会出现无法克服的问题，从而影响实验结果的准确性。因此，学生在实验遇到问题时，应及时向教师及同学进行请教，共同探究，也可以查找相关资料，探寻问题的解决措施，从而有效锻炼学生自主学习的能力。

（三）撰写课题研究论文

完成实验研究之后将所得到的实验结果，利用论文的方式进行讲述，论文内容必须包含引言、材料、方法、分析和结论等。教师可以辅助学生试着进行论文写作练习，告诉学生如何利用实验数据阐明生物反应现象。当学生将论文撰写好之后，教师应收集学生所写的论文，做好详细查阅的准备工作，将学生在论文中存在的问题挑选出来，及时与学生进行互动交流，与学生通过共同探索的方式，帮助学生修改论文内容，这样能够为以后的论文撰写做好准备。

（四）限制STEM教育在高中生物教学中应用的因素

当然在实施研究计划的过程当中，发现目前STEM教育的实施还是存在很多限制性因素。

首先，STEM教育对学生的自主学习和独立思考要求很高，对于学生来讲，自主进行探究，独立思考的能力有待提高。

其次，就是受应试教育的影响，学生还是更偏向于识记知识点这种速成的学习方法，而不愿意花费较长时间去观察探究问题。

最后，就是某些微观方面的生物学知识，由于设备落后等原因无法真正地让学生有直观的认识。

当然某些微观方面的内容的学习是可以克服设备条件的，例如在学习细胞器这一节内容之前，我们让学生通过预习，根据自己的兴趣自愿尝试去制作细胞器模型，结果发现做了模型的学生与没做模型的学生相比，对于细胞器这一块儿的内容掌握起来更容易。

（五）课题研究产品的生成与销售

当学生通过实验研究得出某个结论时，应要求学生将实验步骤、实验反应全面记录下来，在之后可以通过生产步骤进行批量加工。但是在进行生产之前，应系统考虑相关实验能够批量生产，并且深入研究在简化生产步骤的前提下降低成本，力求最大限度提高产品生产价值。另外，还应进行必要的研究与实验，最终在产品的包装及销售过程中，教师可以组织学生自主查阅相关书籍，解决产品批量化生产中存在的问题，并在设计产品包装实验中有效开启学生的想象力，模仿学习一些流行性的产品设计出自己的品牌。在销售策略中必须结合当前的市场经济规律，通过对市场环境的了解，保障在销售中有一定的竞争地位，制定出合理的销售方法，让学生在销售中学会基本的理财知识，从而珍惜劳动成果。

六、 结语

总体来讲，学生在实践中收获的不仅仅是科学知识，更多体会到了“团队的协作、分享和交流、怎样将已学的知识应用到实际生活中”等。这些收获对于学生解决问题的能力、自主学习能力的培养都有很大帮助。生物教学结合STEM教育对学生的学习素养及学习能力有着明显的帮助。在实验中要注重引导学生的学习兴趣，如何在教学中发挥出实验教学的教学价值，教师的教学引导方法显得尤为重要。与此同时，教学过程中出现的问题也引发了笔者进一步的思考。如，如何处理学生活跃而发散的思维对教师来说就是个很大的考验，教师既要整合学生遇到的众多问题，并且要在问题中想出可以进一步激发学生思考的方法，也不能因干预过多而限制了学生创造性思维，这就对教者的教学策略提出了更高的要求。

参考文献：

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[2]唐瑶.多元智能理论在高中物理教学设计中的应用研究[D].重庆：重庆师范大学，2017.

[3]董泽华.试论我国中小学实施STEM课程的困境与对策[J].全球教育展望，2017，45（12）：36-42，62.

作者简介：

何菊梅，何小彪，甘肃省定西市，甘肃省岷县第一中学。