“STEM”视野下的生物实践活动研究

部先艳

摘要为了适应时代的发展，满足学生综合各学科知识解决问题的课程需求，我校开展了STEM课程的项目研究。以此为契机，在继承我国生物科学教育优势的基础上，结合生物课程标准强调的要更加注重学生的发展和社会的需求，更关注学生已有的生活经验，更强调学生的主动学习，帮助学生在探究能力、学习能力和解决问题能力方面得到更好的发展。我们开展了“STEM”视野下的生物实践活动研究，以更好的完善校本课程体系。

关键词 “STEM”视野 生物实践活动

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.28.051

ResearchonBiologicalPracticeActivitiesfromthePerspectiveof"STEM"

BU Xianyan

（Jinan Yuxiu Middle School， Jinan， Shandong 250003）

AbstractIn order to adapt to the development of the times and meet the curriculum needs of students to integrate the knowledge of various disciplines to solve problems，our university has carried out the project research of stem curriculum.Taking this opportunity，on the basis of inheriting the advantages of China’s bioscience education， combined with the biology curriculum standard，it emphasizes that we should pay more attention to students’ development and social needs， pay more attention to students’ existing life experience， and emphasize students’ active learning， so as to help students get better development in their inquiry ability， learning ability and problem-solving ability. We have carried out the research on biological practice activities from the perspective of "STEM" in order to better improve the school-based curriculum system.

Keywordsthe perspective of "STEM"； biological practice

1研究背景

“STEM”，即科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）的首字母。STEM教育是一种教育理念，注重学科知识与现实世界的联系，在学科之间相互支撑、相互补充、共同发展，在相互碰撞中培养各方面技能和认知，强调孩子的主动探索精神。近些年来，国内出现了一些研究STEM的平台，如“STEM云中心”，为我们国家的教育创新爱好者提供了一个优秀的论坛。目前对STEM的研究是依托于发达国家，主要是美国的STEM教育理念，进行的解读和分析，同时提出整合意见和积极探索的建议。[1]

2研究依据

生物科学从20世纪中叶以来发展极为迅速，取得了重大突破。生物科学研究成果更加迅速的转化为社会生产力，显示出巨大的社会效益和经济效益。生物科学和生物技术在解决人口问题、资源危机、生态环境恶化和生物多样性面临威胁等诸多问题方面发挥的作用越来越大。随着与物理学、化学、数学以及其他各学科之间不断交叉、渗透和融合，生物科学已经日益呈现出主导学科的地位。

2017年秋季开始实行的《义务教育小学科学课程标准》中，新增了技术（T）和工程（E）的内容，STEM雏形的框架开始出现。科学的能力具体为科学探究的能力，突出强调了探究式学习方法。让学生增加动手的机会，体会过程中的成功和乐趣，养成主动解决问题的好习惯，同时还要关注技术的发展，以及科技对个人，对社会发展的影响。[2]这是中国版的STEM。STEM素养是融合了科学、技术、工程和数学多个学科素养而成，他们相互促进相互补充从而达到最优的成效。结合中国的国情，我们要清醒认识学生素养的现状，把对学生素养的要求渗透入科学、技术、工程和数学四大領域的学科素养培养上，深入探究中国式的STEM教学模式。

新版《生物学课程标准》在继承我国生物科学教育优势的基础上，力求更注重学生的发展和社会的需求，更多反应生物科学和生物技术的最新进展，更关注学生已有的生活经验，更强调学生的主动学习，能够在探究能力、学习能力和解决问题能力方面有更好的发展；能够在责任感、科学精神、创新意识和环境意识等方面得到提高。

3研究目的

我国STEM教育起步晚，无论是理论研究还是实践经验都在摸索阶段，研究STEM的教师还比较少，对STEM教育理念的理解还不算全面和透彻，从而使得项目式研究开展很缓慢。所以我们要深入研究STEM，根据STEM的教育特点，培养学生的综合素养，并以此为依据，将STEM教育融合到初中生物教学中，从而为初中生物STEM课程提供优秀的案例。对STEM教育课程的研究，可以为教育工作者开发、设计STEM课程提供指导，从而进一步提高学生素养，激发学生对理工学科的兴趣，提高学生综合思考问题的能力，培养出更多创新型高科技人才。

4授课模式

STEM教育有别于传统教学模式，STEM教育的宗旨是培养学生真实问题解决能力和设计与创造能力。在教育教学活动中，教师和学生都是活动的参与者，是一种平等的关系，学生和教师都要深入参与到活动的设计、实施、交流讨论、评价和活动改进中去。由于知识层面的差别，教师在教学活动中以引导为主，适时总结归纳，学生为学习实践的主体。

4.1教师的任务

情境：教师创造与生活联系密切的真实问题情境。与生活联系密切的真实情境具备复杂性和不确定性，学生在这种复杂性和不确定的问题情境中才能锻炼结合多学科知识进行综合运用的能力。

关键问题：教师要根据实际情况，分析解决问题的关键，以问题为导火索，设计与学生生活联系密切的教学情境，一是充分激发学生的学习知识、探索问题的兴趣；二是为学生提供探究的方向，并给予合适的引导。

设计方案：制定适合我校学生实际情况的教学计划，设计方案时，要充分考虑到方案的具体性、详细性、可修改性、可行性。

4.2学生的任务

实施、改进方案：学生掌握知识不是一蹴而就的事情，它需要经历一个提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论和表达交流的过程。实验方案也是需要多次修改才能达到最佳效果。

产品交流展示：学生通过以上的学习和实践过程，会形成一个最终的成果。这个成果或产品可以是一个具有可操作性、并能推广的活动方案，也可以是一个根据活动方案制作形成的产品。通过产品或方案的展示和交流，学生能够综合他人的意见和建议，不断反思，对产品或方案进行不断改进，直到达到最满意的效果。

在整个教学过程中教师和学生并不是孤立的，他们不仅有互动、还会有任务的交叉。比如学生可以参与到关键问题的解决、方案的设计和修改。学生在不断地参与中，发现问题、解决问题、学习能力、探究能力及团队合作能力方面有更好的发展。学生在实施、改进方案或制作产品时，老师可以给予方向性的引导，使其方案、产品趋于合理和完善。[4]

5研究成效

将STEM课程模式应用到生物实践活动，不但引发了学生探究的兴趣，建立了学生学习知识和生活实践的联结，真正提升了学生生物学科的科学素养。同时，运用STEM课程设计思维，结合我校举办的生物模型大赛、科技节、拓展课等活动，拓宽了我校生物教学的维度，有力地推动了新课程改革。

5.1改变了学生的思维方式

随着STEM课程模式在我校的推行和实践应用，学生自主发现问题、提出问题的意识增强，使得课堂更加活跃。同时，学校提供的各种有利资源，使得学生的学习行为开始由接受型慢慢转变为学生发现问题、提出问题，主动动脑、动手解决问题的学习过程，使得学习的效率提升，成果丰富。不但生成了以生活情境为背景，以提出问题——解决问题——表达交流为课程环节的课程模式。并且，在教、学、研的氛围下，学生研究的《寻找观察植物气孔的最佳实验材料和探究影响气孔开闭的因素》在生物学科实验创新大赛中获得一等奖。

在这个实验中学生的部分思考过程如下：

这组实验源起于七年级上册第二单元《绿色植物的蒸腾作用》中的一个分组实验《观察叶片的结构》。材料用具：新鲜的植物叶片，老师给我们提供了新鲜的菠菜叶和韭菜叶作为实验材料。撕取表皮，制作临时装片，观察表皮细胞，发现气孔大多处于关闭状态，经过多次实验，气孔依旧处于关闭状态，我们讨论的最终结果是，蔬菜不够新鲜，保卫细胞处于失水状态。所以我们去菜店挑选最新鲜的芹菜和小油菜重复试验，请看我们显微镜下观察到的保卫细胞，芹菜叶表皮的气孔非常清晰漂亮。同样的实验，下午拓展课时再做，发现芹菜叶表皮气孔又大多处于了关闭状态，这样就影响后面的探究实验“影响气孔开闭的因素”。我们就继续寻找合适的植物，最后锁定了老师办公室里种植的盆栽天竺葵，为了保证实验材料新鲜，我们现场摘下叶片，撕取表皮，制作临时装片，显微镜观察，效果很好，就选它了。

选材选好了，接下来我们就开始设计试验。在课本相关链接中提到保卫细胞的细胞壁厚度不均，靠近气孔腔的一侧壁厚，不易伸展，远离气孔腔的一侧壁薄，容易伸展，保卫细胞吸水膨胀时，气孔就张开，反之，气孔就关闭。我们就想，在前面观察洋葱细胞时，老师讲过可以通过质壁分离来观察细胞膜，同样的原理，我们也可以通过滴加葡萄糖溶液，来达到让保卫细胞失水收缩，气孔关闭呢？我们就进行了第一个实验——观察气孔关闭过程。

材料设备：盆栽天竺葵，浓度为0.3g/ml的蔗糖溶液，数码显微镜等。

同学们认真地做了实验，我们通过数码显微镜录像气孔关闭的过程。

在实验过程中我们发现了一个问题，在上午大课间做实验时，我们观察到的气孔大多数处于开发状态；但是到了下午拓展课实验时间，再來观察同一株天竺葵上的叶表皮气孔，发现这时的气孔都接近关闭状态，与上午的差别非常明显。[5]那么是什么原因会让相同环境，不同时间下的天竺葵气孔开放程度不同呢？同学们经过讨论，一致认为光照是一个影响气孔开闭的重要原因。我们查阅课本，发现课本上这样说道：“蒸腾作用的强弱还受光照强度，环境温度，空气湿度，空气流动状态等环境因素的影响。”我们决定对光照强度和环境温度因素进行探究实验。

5.2增加了教师的研究动力

通过尝试STEM模式的生物教学研究，拓宽了教师的教学维度，增加了课堂教学的深度，提升了教师整合教学资源的能力。教师不但尝试整合了本学科的教学体系，生成独立的项目体系，而且综合各个学科的相关知识进行了生物相关项目的研究和知识拓展，提升了教师的教学研究水平。两年来，生物组成员4人次撰写的论文在校刊发表，有5人次获得创新实验大赛一等奖，2人次获得德育优质课评比一等奖，2人次获得教学素质比赛一等奖。

5.3生成了有序的STEM项目校本活动

通过实践，目前生成了以校本活动为依托的三类STEM项目的生物课题的学生活动：生物模型制作大赛（目前已举办二届，每年一届）、拓展课、科技节（已举办三届，每年一届）。学生参与的积极性非常高，不但拓宽了学生的视野，同时也帮助学生形成了多学科解决问题的思维模式。

5.4完成了校本STEM项目课程的专题教材撰写

以葡萄酒的酿制为例，在生物组所有成员共同参与下，以葡萄酒的起源、发酵的原理、葡萄酒酿制过程中的各种影响因素为内容，汇编成项目式学习的教材《葡萄酒的酿制》。本课程丛书围绕着葡萄酒的酿制这一主题，实现了各学科资源的整合，帮助学生解决了葡萄酒的起源问题，通过学习发酵原理学生尝试酿制了葡萄酒，并且通过实验研究了葡萄酒风味的影响因素和不同品种葡萄对葡萄酒风味的影响。课程以STEM项目设计为理念指导，使学生对葡萄酒的酿制有了充分而成体系的认识，实现了学生从知识、能力到情感态度价值观的三维培养目标。

6研究成果的分析和讨论

关于“STEM”视野下的生物实践活动研究只有短短的两年，我校STEM课程的实践模式已基本确立，受益良多，STEM课程的应用实施不但改变了学生的思维方式，也增加了教师的研究动力并生成了有序的学生STEM项目校本活动。希望以此为契机，STEM课程实践模式下的生物实践活动越来越丰富。

在课程开发层面，通过不断的实践和研究，最终生成了以生活情境为背景，以提出问题——解决问题——表达交流为课程环节的课程模式。同时，将这一课程模式以葡萄酒的酿制为例，以葡萄酒的起源到發酵的原理，再到葡萄酒酿制过程中的各种影响因素为内容，整合为项目式学习的系列校本课程丛书——葡萄酒的酿制。课程开发的过程不但帮助学生更好的理解了课程内容，同时也提升了教师整合资源和课程研究的能力，生成了《初中生物STEM课的设计与实施——以“制作植物标本”为例》《STEM理论下的生物拓展课堂》两篇校本论文。

在课程资源建设层面，主要依赖于学校的校本活动来展开STEM模式的生物实践活动研究，以此生成了生物模型制作大赛、科技节生物园区、植物的秘密、显微镜下的微观世界等拓展课系列。

在学习空间创设层面，借助学校生物实验室的硬件条件，组建学生学习空间站，在学生解决问题的过程中予以指导，在教、学、研的氛围下，指导学生在生物学科实验创新大赛中获得一等奖。

7结论

在资源建设方面可以继续拓宽资源渠道，以校本资源为基础，继续拓宽生物课程和社区和社会资源的联结。

继续加强教师的科研能力培训，提升教师研究能力，来更好的指导学生创新、创造。

参考文献

[1]王安妃.初中生物综合实践活动课程的案例分析[J].教育科学论坛，2021（23）：67-70.

[2]刘红.基于5E教学模式的初中生物活动课教学的实践研究[D].牡丹江师范学院，2021.

[3]黄耐明.在动手实践中培养生物科学素养——以家庭绿化活动促绿色植物教学为例[J].教育教学论坛，2020（36）：249-250.

[4]朱虹.STEM理念在初中生物实践活动中应用的探索——以“厨余垃圾的变废为宝”为例.

[5]孙继红，吴晓燕.活动视域下的初中生物学教学设计与实践——以“生物与环境组成生态系统”为例[J].中学生物教学，2019（16）：56-57.