STEM视域下的高中科学体验课程开发<br/>——以“奇妙的苔藓世界”为例

STEM视域下的高中科学体验课程开发
——以“奇妙的苔藓世界”为例

2021-06-04詹琪芳

教学月刊（中学版） 2021年13期

□詹琪芳

（上海市卢湾高级中学，上海200023）

高中生物选修课程采取何种形式、如何开展、怎么评价才能“促进学生全面而有个性的发展，为学生的终身发展奠定基础”是目前课程建设中迫切需要解决的问题。STEM重视在科学、技术、工程和数学之间建立合理逻辑，在重新诠释理科本质的基础上，使其与相关的技术和工程教育有机结合，启发学生不断挖掘科学和数学在实际社会生产中的应用价值[1]。生物学重视实验，但操作的简单重复无益于学生自主能力、创新能力及核心素养的提升，融合STEM理念的高中科学体验课程为实现学生各种能力的提升提供了可能。

一、课程的设计框架

融合STEM理念的高中科学体验课程关注学生的共同基础和多元发展需求，融合STEM理念设置通用型、拓展型和资优型3类课程，并逐级进阶，以项目化学习的方式贯穿始终，使每一位学生成为学习的主导者。通用型课程是基础课程，旨在落实全体高中学生生物学科核心素养，其关键词是“发现——发现学习中的问题”；拓展型课程有助于拓展生物科学与技术视野，提高实践和探究的能力，其关键词是“探究——探究问题如何解决”；资优型课程是为学有余力的学生设计的课程，旨在满足学生多样化的兴趣和发展，为培养“专家型学习者”奠定基础，其关键词是“体验——体验像科学家一样做研究”。我校是上海市科技教育特色示范学校，学生的有关苔藓的研究项目和课题先后得到中科院上海植物研究所专家的悉心指导和帮助，相关研究成果曾获得全国青少年科技创新大赛优秀项目一等奖。在此基础上，经过多年的筹划和实践，以探究苔藓世界为内容的STEM系列科学体验课程应运而生。

二、课程的培养目标与组织方式

（一）培育“专家型学习者”

学习者的兴趣、爱好和认知的差异导致了诉求的多样化和独特化，个体的“有所长”和“有所不长”很难适应传统教育中“一刀切”“齐步走”的教育模式。STEM视域下的探究活动尊重学习者的独特性，为其提供多样、弹性的选择，培养其“专长”，使其如专家般从事科学探究活动，积极地投入学习、调用知能、应用策略、反思过程等，成为学习的“自治”者[2]。

（二）组建“学习共同体”

以学习小组为单位开展活动可以发挥团队的智慧，小组成员分工明确。课程的实施采用的是组建灵活的“学习共同体”的方式，即没有固定的小组和组长，所有组合随机组成，每个学生在每次活动中扮演的角色和承担的任务“不尽相同”。这让每一个成员都积极参与，增强主观能动性，学会高效多维度思考，培养团队协作精神和领导力、执行力。

（三）关联“正式学习”与“非正式学习”

校外的公共教育资源作为校内教育的补充可以拓宽学习者的认知渠道。课程在实施过程中以馆校联合等“非正式环境中的科学学习”来弥补“正式环境”课堂内的教学缺憾，形成社会大课堂，使教学活动从“同质化”向“个性化”方向转变，也为学生的进一步深造学习、面向社会、获得职业技能等奠定基础[3]。

三、课程实施案例

“奇妙的苔藓世界”覆盖3类课程，细化为10个主题，每个主题既相互联系，又各自独立。活动流程如图1所示。

（一）通用型课程

学生在进行实验时发现：《探究植物细胞外界溶液浓度与质壁分离的关系》实验中的洋葱鳞叶表皮细胞过大，不易撕取；《探究酶的高效性》实验中选用新鲜的猪肝匀浆作为过氧化氢酶的提取液，取材麻烦，不易保存；《叶绿体中色素的提取和分离》实验所需的新鲜菠菜采购于市场，受限于季节……“有没有更好的实验材料解决上述问题”成为大家思考的焦点，苔藓具有明显的优势——“奇妙的苔藓世界”由此展开。学生认识到需要具备一定的专业知识，他们主动联系上海植物园参观每年定期举办的苔藓创意展，通过观看、欣赏苔藓制成的各种作品，获得直观认识，激发探究欲望，再以“聆听科学、亲近大师”为主题邀请苔藓学家进行科普讲座，透过科学家的视角学习苔藓的基础知识。

图1 “奇妙的苔藓世界”流程图

（二）拓展型课程

问题如何解决乃至更好地解决，是学生在这一课程的学习中探讨的主题。教师提出问题：实验还可以怎样改进和拓展？有些学生提出可以借助相关仪器测定实验改进前后的差异，用科学数据论证改进的效果。教师鼓励学生全方位获取信息，培养学生对信息的检索、综合及判断能力。有学生提出利用传感器连接TI数学图形器，绘制出过氧化氢酶催化释放氧气随时间变化的曲线；有学生提出利用分光光度计测定苔藓在不同季节的色素含量，绘制其随温度变化的曲线；还有学生提出用仪器测量原生质层面积的改变（不仅仅是长度的改变）来衡量质壁分离的大小……学生提出方案、展开实验、分析结果、讨论反思，再对实验方案进行调整，形成迭代思维。随着研究的深入，新的问题出现：苔藓在生态系统中扮演什么角色？模拟它的生存环境在室内养殖需要哪些条件？……这一课程的实施过程体现了以学生为主体的探究过程，注重学生严谨求实的科学态度和创造性思维的培养。

（三）资优型课程

资优型课程的内容就是创设平台，体验科学家的工作日常，学会像科学家一样开展研究活动，并在遇到困难时努力攻克继续前行。首先，学生参观华东师范大学苔藓标本馆，跟随苔藓专家观察、辨认苔藓，了解专业的苔藓知识，体会科研工作的持之以恒。然后，在真实、复杂的情境（校园、公园）中，运用所学开展实境考察，深化对基础知识的理解，了解苔藓学家科研工作的一般过程。在此基础上，学生开动脑筋，动手设计充满创意的苔藓植物图鉴，拍摄小视频，通过网络宣传苔藓微知识。对知识了解得越多，学生的问题也越多，如：有些苔藓为什么生活在石头上？化工厂周边的苔藓种类为何偏少？苔藓为何喜欢阴湿环境，它与水土保持有何关系？苔藓失水后不易腐烂，它有没有防腐功能？……问题如何转变成课题，需要教师运用专业知识对学生进行引导，启发他们发散思维，像科学家一样开展研究。这是此次活动的关键。最后，学生在校内、社区、街道、超市等公共场所，设立“流动宣传站”陈列精美的苔藓景观生态瓶并义卖，所得钱款捐献给贫困山区的失学儿童，或向公众分发自制的上海公园的苔藓图鉴，宣传苔藓在保护城市生态方面的意义，提升公众对苔藓的认知程度，维护人与自然的和谐与统一，并在这一过程中增强自己的社会交际能力。

四、课程评价的原则及量表

评价是教师了解教学过程、调控教学行为、提高教学效果的重要手段。STEM视域下高中科学体验课程采用多元评价的方式，以学生发展为本，注重发现和发展学生的潜能，促进教学相长。

（一）过程评价

教师建立评价活动手册，学生把每一次参加活动的情况记录在手册上。评价采用自评、组评、师评相结合的方式，其中，小组评价由组内成员讨论确定。评价表如表1。

（二）成果评价

活动成果存在多种形式，师生从创新性、科学性和艺术性3个方面对作品进行评价，评选出最佳苔藓图鉴奖、最佳生态瓶制作奖、最佳课题创意奖、最佳视频表现奖等。评价表见表2。

（三）总体评价

在以团队为单位进行的活动中，学生集思广益，保证了活动的顺利开展。总体评价以“团结互助”“成果数量”“作品质量”为评判标准，由师生共同组成评价小组进行打分，评选出优秀组织奖，以激发学生热爱自然、科学和集体的情感。评价表如表3。

表1 活动评价表

【填表说明】①本评价表在每次活动结束时完成。②本评价表主要针对学生的活动表现情况。③定量评价部分总分为70分，A对应10分，B对应8分，C对应6分，D对应4分。最后总分取值为教师评、小组评和自评分数按平均值计算。④定性评价部分分为“我这样评价自己”“同伴这样评价我”和“教师的话”，都是针对被评者作概括性描述和建议，以帮助被评者改进与提高。