STEM理念在高中地理教学中的应用研究

吴健康　施纯林

地理是高中课程教学的重要组成部分，因课程内容理论、抽象知识偏多，需要学生去死记硬背，削弱了学生学习的兴趣和积极性。而STEM教育理念的应用，可以调动学生学习的兴趣，拓展学生的知识面，促使学生进行深入思考、探究，提升学生学习能力。为此，本文对STEM理念在高中地理教学中的应用进行了探讨，以供参考。

随着新课改的逐步深入与核心素养的提出，传统地理教学已不能适应时代发展需求。教学过程程式化，合作实践过程不足，使得学生参与学习的热情不高，地理课程的作用得不到有效发挥。STEM理念冲破了传统学科界限，具备情境真实性、体验合作性等特征。该理念与新课改要求相符，将其应用到地理学科教学中，是新课改下地理教学改革的必经之路。

一、STEM理念概述

STEM理念是科学、技术、工程及数学几门学科英文首字母缩写，重视跨学科融合，构建学科间的联系，冲破学科界限，形成多层次的学科知识体系，以培养出更多社会所需的专业人才。其中，科学即正确认识自然界规律，完善知识体系。技术、工程是基于自然规律下解决社会发展中面临的难题。技术作为STEM理念的核心，随着社会的发展而不断地更新、升级。数学则是解决问题的工具。《普通高中地理课程标准》明确指出高中地理教学的四大核心素养，即人地协调观、综合思维、区域认知、地理实践能力，这就针对高中地理教学目标给出了更加具体的要求，也提出了教学的新发展方向。当前我国高中地理教学中，地理教育越来越倾向培养学生的能力与素养，课程标准中已明确要求学生必须通过教师引导教育形成正确的价值观、思想观，拥有端正的人格和品格，掌握关键的技能。高中地理课程标准要求与STEM理念的科学、技术、工程、数学跨界融合思想是不谋而合的，两者之间相辅相成。因此，教师必须在STEM理念指导下，培养学生综合素养，探索出一条关于STEM全面的教育模式。

从教育高中地理型课程标准要求和教育教学目标上看，实施STEM教育的目标是提升学生的STEM素养，也就是科学素养、技术素养、工程素养及数学素养，学生可以利用各学科知识，提升解决实际问题的能力。

从课程模式上看，实施STEM教育可以有效地解决传统课堂教学模式存在的不足，通过跨学科整合模式来教学。如，在对自然地理知识学习之前，学生可能要掌握相关的物理知识，在对人文地理知识加以学习前，学生需要掌握相关的历史知识等。这就需要地理教师要加强与这些学科教师的互动交流，做好课程优化，这样更利于学生对课堂知识的理解和掌握。

STEM理念教育具有如下特征：一是综合性。STEM教育本身就是学科知识的综合，重视利用各学科知识解决现实问题。同时，STEM教育是理论、实践的融合，重视提升学生的实践能力。STEM教育还可以说是实践应用、创新的融合。社会的进步、国家的发展都离不开创新，离不開人才，STEM教育正是通过设计现实情境问题，通过技术、工程等学科技术解决问题，帮助学生理解和掌握学科知识。二是生活性。知识的学习与生活是密切联系起来的，适应学生认知规律、与其生活有关的问题最能引起学生学习的兴趣，因此要将与生活相关的、具有挑战性的问题融入具体的项目中，让学生在解决问题中得到锻炼，达到社会性成长。

二、STEM理念在高中地理教学中的应用现状

在调查中了解到大部分教师在授课时都是通过观看视频、小组探究学习或者讲授手段来实现知识的传输。很少有教师会带着学生开展地理外出实践学习，或者带着学生开展地理实验活动，并且应用现代地理信息技术进行授课。这和新课标所倡导的强化学生地理实践能力，重视现代信息技术的应用不相符。学生在学习地理知识时，更倾向于外出实践。在调查中也能够发现有些教师的教学方式并不符合新课标要求，缺少对学生实践探究能力的培养。同时，大部分学生基本不知道STEM教育，对于将STEM理念应用到地理教学中的作用也不了解。虽然有些教师知道STEM理念，但是并不清楚具体内涵，在教学中不能很好地应用。部分教师认为，将STEM理念应用到教学中虽然能够提升教学质量，但是作用并不是很大，即便是要将其应用到地理教学中，也存在一定的难度。

三、STEM理念在高中地理教学中的应用

（一）应用原则

1.关联原则。

将STEM理念应用到高中地理教学中要坚持关联性原则。STEM理念重视各学科间的关联性，要求地理教育人员全面去挖掘地理教学内容与各学科间的关系，帮助学生从总体上去把握各知识点间的联系，获取知识与技能。另外，要注重理论、实践的关联性。在地理课堂教学中，要将理论、实践融合，还要注重学生间的关联性，鼓励学生思想交流，互帮互助，做好知识的建构。

2.创新性原则。

将STEM理念应用到地理教学中要坚持创新性原则。创新是学生核心素养的要素之一。要突出学生的主体地位，全面激发学生学习的自主性、创新性。同时，教师也要将自身的主导作用发挥出来，引导学生实践操作，开展创造实践活动，在创造实践活动中提升创造技能，开拓创新精神。

3.开放性原则。

将STEM理念应用到地理教学中要坚持开放性原则。在课堂上探究的问题要具有开放性或者是教学的形式具备开放性特征。比如说，实验、比赛等等，用一种或几种方式优化组合，提升学生学习兴趣。同时，在实践探究问题中，学生的看法、想法是开放的，教师要肯定学生的看法、想法，鼓励学生大胆发言和想象。

（二）具体应用

1.借助信息技术。

STEM理念就是基于主学科，通过对知识的整合、拓展，将其应用到具体项目中。所以，在高中地理教学过程中，可利用现代化信息技术达到灵活应用的效果。首先，地理教师要积极加入培训深造中，加强对现代信息技术、各学科知识的学习，提升自身的综合素养，为STEM理念的运用奠定基础。其次，可利用多媒体技术和微课等，基于地理教学目标，并综合学生学习需求，做好优质课件制作。再传输、分享至交流群中，促使学生自主预习、小组探究，掌握丰富的知识技能。最后，可利用在线课堂，实现师生间、学生间的互动交流。教师要密切关注学生的学习动态，学生也可表达自己的意见与看法，与教师共同探讨，巩固学生所学知识。比如，在“交通运输方式和布局”这一教学活动中，教师可利用多媒体设备，为学生展示古代、现代各个时期的交通运输方式的图片，并将其时代背景告知学生，引导学生依据自身的经验进行深入探究。

2.创建教学情境。

教学情境就是先为学生创建真实的学习环境，再指导学生交流、探究、分析、总结、反思，发现地理各知识点之间的关系与规律。首先，教师要堅持从简单到复杂的原则，创建实验问题情境。针对比较抽象的理论知识，教师可按照要求设计实验情境，将知识点直观展现在学生面前，指导学生去观看、思考，再利用所掌握的知识解决问题。其次，创建生活化问题情境。地理知识本身就源自实际生活，且用于解决实际生活问题。像工业、农业等都和现实生活息息相关。这时，地理教师就可经过生活化问题情境的创建，吸引学生的注意，激发学生的情感。最后，创建趣味问题情境。只有对知识进行加工，保证教学的趣味性，才能使学生保持积极的心态参与学习。比如说，在“水资源的合理利用”这一活动中，教师就可经过案例引入进行情境创建。先用多媒体设备为学生展示浪费水资源的视频，例如工业废水随意排放等等。再提问学生：“大家经过观看视频都了解到了什么？浪费水资源带来的影响是什么？生活中还存在哪些浪费水资源的问题，应该怎样去做？”通过问题启发学生思考，让学生对知识的理解更加深入。

3.进行实践探究。

高中生对一部分地理理论知识了解已十分充足，但还是有些内容了解得不透彻，比如说，地形图。因此，可以通过实践探究活动，提升学生学习能力。在实际教学中，教师可引导学生依据自身所掌握的知识来绘制地形图。可查找资料、询问他人、小组探究，并依据实际生活进行地形图绘制，保证完成精准解读，这样就能够调动学生知识学习兴趣。同时，教师可将地形图要素或核心内容告诉学生，再给学生准备所需的模具、素材，引导学生进行地形图的绘制。在此过程中，教师要适当地加以引导，并依据学生的表现进行针对性的评价。这样，就能够更好地实现理论与实践的融合，提升学生地理知识学习能力。

又如，“近地面大气受热过程”的实验探究活动。活动开始前，教师先将学生分组，一组学生将温度计准备好，在晴朗天气连续两天中午对距离地面不同高度的气温进行测量，半小时观察结果。表1为一组学生测量结果。

测量结束后，教师让学生去思考：测量到的数据中气温与海拔有怎样的关系？从气温的变化测量，近地面大气受热的直接热源是什么？

学生经过交流分析，了解到海拔越高，气温会降低，所以，直接热源为地面。

二组学生将烧杯水、温度计等工具准备好。烧杯中分别装上水、沙子，在中午将装有沙子、水的烧杯分别放到同一个高度，对温度加以测量，半小时观察结果。表2为二组学生气温测量结果。

测量结束后，教师让学生思考：哪个烧杯中温度最高？为什么升温最高？

学生经过分析、讨论，得出了装水的烧杯升温慢，装沙子的烧杯升温快。因为沙子、水的比热容不一样，所以，升温快慢也不同。

二组学生经过探究实验进行观察、记录、探究、总结，层层深入，便于学生掌握本节课需掌握的核心知识，即近地面大气直接热源为地面。经过实验，学生还可以更深入地理解有关原理知识，比如说，随着海拔的升高，温度会降低；大气具有保温、削弱作用等。通过实验探究，学生的求知欲大大提升，这时，教师适当启发，共同探究知识，更利于提高学生学习效率。

四、结语

STEM教育理念在高中地理教学中的运用，有利于推动高中地理教学方式的改革，提供全新的教学思路。从传统只注重学生知识获取的教学模式转变为重视学生素质能力提升的教学模式。为此，在高中地理教学中，广大教师要对STEM理念有一个全面的认识，将其有效应用到课堂教学活动中，实现课堂教学目标。

注：本文系福建省教育科学“十四五”规划2021年度课题“基于STEM-PBL教学模式下高中地理教学案例开发与实践策略研究”（项目编号：FJJKZX21-498）阶段性研究成果。