我国中学生物学STEM 教育研究现状与趋势——基于2016-2021 年STEM 教育文献分析

张 璐 陈 欣

（1.福建师范大学生命科学学院，福建 福州 350108；2.福建教育学院理科研修部，福建 福州 350025）

STEM 教育强调多学科的交叉融合，旨在培养学生的科学探究能力、跨学科实践能力及解决问题能力。随着基础教育课程改革的深入推进，虽然受升学压力、课时、设备条件等因素限制，中学尚未系统地、规模化地开展STEM 教育活动，但是基于STEM 教育理念的教学实践与研究正逐步丰富与完善，相关研究文献逐年增加。笔者根据2016-2021 年发表于《生物学教学》《中学生物教学》《生物学通报》及《中学生物学》等4 份中学生物学教育期刊（下文简称生物学期刊）上有关STEM 教育文献，分析中学生物学STEM 教育特点、现状及发展趋势。

一、中学生物学STEM 教育文献来源与统计方法

通过中国知网（CNKI）、万方数据库、维普等平台，以“STEM”为主题（包括文章题目、摘要及关键词均含有“STEM”一词），检索2016-2021 年生物学期刊，经过手动筛选后，一共获得有关中学生物学STEM 教育文献84 篇。［1］利用Excel 软件统计分析这些文献年度发文数量、研究内容及STEM 教育方式等，并利用Word软件制作表格进行总结。

二、中学生物学STEM 教育文献统计与分析

（一）文献数量统计与分析

利用Excel 软件绘制2016-2021 年发表在生物学期刊上有关STEM 教育研究论文（如图1），发现近6 年论文数量总体呈上升趋势，其中2017-2018 年的上升幅度最大，这可能与2017 年我国教育科学研究院发布《中国STEM 教育白皮书》，并建议将STEM 教育纳入国家战略发展政策密切相关。此外，《中国教育STEM2029 创新行动计划》提出在新中国成立一百年时建成世界创新型国家，《普通高中生物课程标准（2017 年版）》提出“教学过程重实践”等课程基本理念，［2］进一步推动STEM 教育的发展，促使中学生物学教师及有关教育研究者重视开展基于STEM 教育理念的中学生物教学实践与研究。2022 年4 月，我国发布的《义务教育生物学课程标准（2022 年版）》明确提出跨学科实践主题，要求学生应达到“初步具有科学探究和跨学科实践能力”的课程目标，［3］这将促进STEM教育教学与研究跨越式发展。

图1 2016-2021 年生物学期刊上有关STEM 教育研究文献数量

通过统计与分析2016-2021 年生物学期刊上有关STEM 教育研究论文发表数量，有助于了解中学生物学中STEM 教育发展现状，把握其发展的总体趋势。

（二）STEM 教育文献研究内容统计与分析

统计与分析2016-2021 年生物学期刊上有关STEM 教育研究论文内容，发现有关高中生物学STEM教育实践与研究占总发文量的55.95%，其次是初中生物学STEM 教育研究，占总发文量的34.52%。此外，有关国外生物学STEM 教育案例研究占8.23%，中等职业教育生物学实验创新设计研究占1.18%。

通过对文章研究内容统计分析，可以了解我国中学生物学STEM 教育研究成果、存在的问题以及发展趋势。

1.高中生物学STEM 教育研究内容统计与分析

统计与分析STEM 教育文献研究内容涉及的人民教育出版社2019 年版普通高中教科书《生物学》（下文简称高中教科书）相关章节及教学内容（如表1）。发现STEM 教育文献研究内容涉及29 个（相同研究主题的文献计为1 个）高中生物学科学探究活动，且主要集中在必修1、选择性必修1 及选择性必修3 等3 本教科书。高中教科书大约有100 多个不同类型的探究实验与实践活动，可见，其蕴含丰富的STEM 教育资源，值得深入开发与利用。以此引导学生开展科学探究与实践，习得生物学知识及跨学科知识，发展批判性思维与创造性思维。

表1 高中生物学STEM 教育文献研究内容分析

2.初中生物学STEM 教育研究内容统计与分析

统计与分析STEM 教育文献研究内容所涉及人民教育出版社2012 年版义务教育教科书《生物学》（下文简称初中教科书）的相关章节及教学内容（如表2）。发现初中生物学STEM 教育实践主题活动主要包括观察探究实验、模型的制作、发酵食品制作及方案设计等四类。目前研究内容多分布在初中教科书的七年级下册与八年级上册。初中教科书大约有50 多个不同类型的探究实验与实践活动，可见，有必要深入开展初中生物学STEM 教育实践与研究，以此激发初中学生科学探究与实践兴趣，提高科学思维能力与科学实践能力。

表2 初中生物学STEM 教育文献研究内容分析

3.STEM 教育方式统计与分析

统计与分析2016-2021 年STEM 教育文献研究内容，发现中学生物学STEM 教育方式多是应用项目式学习、6E 教学模式、主题式教学、建模教学及深度学习等理念与模式。例如黄耐明、徐建分别以“血流的管道——血管”“加酶洗衣粉的洗涤效果”等教学为例，探索6E 教学模式在初高中生物学STEM 教育中的应用。沈艺提出STEM 课程培养学生高阶思维能力的路径。杨守菊以“绿色植物参与生物圈的水循环”为例提出初中生物学STEM 主题式教学策略。杨建新以“影响酶活性的条件”为例探究STEM 理念在高中生物学建模教学中的应用。张莹以“分解纤维素的微生物的分离”为例，探讨STEM 理念下高中生物学项目式实验教学。侯松涛以“模拟生物体维持pH 的稳定”为例，提出基于深度学习的高中生物学STEM 项目设计。

应用项目式学习、6E 教学模式、主题式教学、建模教学及深度学习等理念与模式开展中学生物学STEM教育，有利于学生全面理解STEM 教育理念，深刻理解与应用生命观念，发展学生工程思维能力、批判性思维能力、创新意识及综合运用多学科知识与技能解决实际问题的能力。

三、中学生物学STEM 教育思考

教师要深入挖掘与利用初高中教科书中的跨学科知识及STEM 教育资源，开发STEM 校本课程，如基于STEM 教育理念改进教科书实验，帮助学生深刻理解科学本质，提高科学探究实验技能，培养科学探究能力与科学思维能力。此外，密切联系学生现实生活，收集与利用STEM 教育资源，开设富有特色的STEM 校本课程，以真实情境作为载体，引导学生依据STEM 要素分析、制订与实施解决问题的方案。同时，基于STEM 教育理念与深度学习理念，根据具体课程内容及学生学情，综合应用项目式学习、6E 教学模式、主题式教学及建模教学等教学方法，践行初高中生物学课程基本理念，促进学生主动参与科学实践活动，发展核心素养。

STEM 课程改革是教育改革的重要组成部分，工程与技术在创新、实践等方面极大地丰富STEM 课程的内涵与育人价值。［4］未来基于STEM 教育的中学生物学研究应该针对STEM 课程教学体系展开全方位的研究。