STEM教育理念在高中生物实验教学中的应用策略

汤禹平

(江苏省南通田家炳中学,江苏 南通 226000)

STEM教育理念的核心就是强调学生跨学科知识的整合运用能力,通过科学、技术、工程、数学等学科知识的跨学科应用来发展学生解决问题能力与实践应用能力,且能够达到提高学生知识获取与应用效能的目的[1].因此,高中生物教师在实验教学时,也应有机地引入STEM教育理念,这既与生物新课标要求相符,也能够促使学生在生物实验学习与实践中形成良好的跨学科学习与应用意识,对培养与发展学生生物核心素养具有重要的现实意义.本文以“探究生长素类似物促进玫瑰花插条生根的最适浓度”实验教学为例,就STEM教学理念的应用策略进行阐述.

1 基于STEM教学理念,明确生物实验教学流程

教师在运用STEM教育理念开展生物实验教学之前,要让学生了解更多的STEM教育理念的内涵与流程,并适时、适当地结合实验教学内容来培养、增强学生跨学科知识应用意识、生物实验自主设计能力以及科学精神等,进而才能促使生物实验教学与实践活动的顺利开展,为发展学生生物素养提供保障[2].

教师在开展“探究生长素类似物促进玫瑰花插条生根的最适浓度”实验教学前,必须要设计好如下相关的生物实验流程.

流程一:情境整合.教师在“探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度”实验教学前,必须要为学生创设一个跨学科知识应用情境,以此来激发、调动学生利用既有知识的探究欲与实践热情.如教师可以利用学生喜欢各种鲜花(以玫瑰花为例)的特点,引出鲜花的培育话题,引发学生自主思考、探究的热情,为开展“探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度”实验教学奠定基础.

流程二:提出问题.教师要基于教学导入,适时提出问题:“我们欲大量培育玫瑰花时,会采用什么样的方法?”“哪种培育方法更适用于大量玫瑰花的培育需求?”“如何提高玫瑰花培育的效率?”

流程三:研究、讨论问题.教师可以采用小组合作形式或是学生独立完成形式,引导学生利用既往学习到的生物学知识、其他学科知识就上述问题展开思考.同时,教师还要鼓励学生在研究、思考与讨论的基础上形成一个初步的“探究生长素类似物促进玫瑰花插条生根的最适浓度”实验设计方案.

流程四:核心学科知识的构建.教师在学生完成相关的研究、讨论活动之后,还要引导学生基于本次生物实验的目的,运用既有知识(多学科知识,如科学知识、生物知识、美术知识、数学知识、技术工程知识等)以及生活中现有材料去完成“探究生长素类似物促进玫瑰花插条生根的最适浓度”的实验设计工作.

流程五:整合、优化实验方案.当学生完成“探究生长素类似物促进玫瑰花插条生根的最适浓度”实验方案的设计、材料选择等工作之后,可以鼓励学生开展相应的“探究生长素类似物促进玫瑰花插条生根的最适浓度”实践活动.同时,教师还要指导学生如何利用既有工具进行生长素(萘乙酸)的浓度调节,以保障该实验的精准度与实验效果.

流程六:实验成果展示、讨论、交流与评价.当学生完成“探究生长素类似物促进玫瑰花插条生根的最适浓度”实验后,还要为学生创设一个实验成果展示(分享)、讨论与交流的平台.在学生展示实验成果的过程中,教师要就学生的实验成果、知识迁移情况、实验过程等进行教学评价,同时,教师也要就STEM教育理念在本次生物实验教学中应用效果进行教学总结与反思.

2 基于STEM实验应用目标,培养学生实验设计与验证能力

由于“探究生长素类似物促进玫瑰花插条生根的最适浓度”实验活动的时间相对较长,且流程四、流程五是本次生物实验的核心环节.因此,教师要为学生设计一个STEM教育理念下的跨学科生物实验活动表(见表1).在培养学生跨学科知识应用能力的过程中,还可以促使学生在该生物实验设计与实践活动中不断进行实验方案、方法等的优化与改进,使之在“发现问题→提出假设→实验设计→科学实践与求证→实验结果→得出结论→反思、交流与分享”过程中不断提升自身的生物实验设计能力、实验结果验证能力、实验操作能力以及跨学科知识能力,为发展学生生物素养奠定坚实的基础[3].

表1 STEM教学理念下生物实验活动表

学生在具体的“探究生长素类似物促进玫瑰花插条生根的最适浓度”实验方案设计、实验方案优化、实验操作等环节中,随时将自己在实验过程中发现的问题、获取的知识以及跨学科知识应用情况等进行总结、记录与反思;同时,他们也能够就自己的实验成果(尤其是阶段性的实验成果)及时地进行总结与反思,使之能够在实验过程中及时发现自身在实验设计、实验操作等环节中出现的问题,并加以调整或修正.学生在不断的总结与反思过程中,既会增强其生物实验的设计与实践能力,还会逐步形成良好的跨学科知识应用意识与能力,这对培养学生工程意识、科学思维、探究能力、科学精神、验证能力等均具有良好的促进作用[4].学生可以通过“生物实验活动表”的记录情况不断进行该生物实验设计、实践操作活动的总结、优化以及验证活动,从中掌握更多的生物实验设计方法、科学验证技巧等.同时,学生在调整或优化实验方法、纠正实验错误等环节中还会不断完善自己的生物知识、生物实验设计能力,如实验方案的合理性与科学性等.另外,学生在实验实践环节中也会感受到跨学科模式下生物实验学习与实践的乐趣,在发挥STEAM理念教学价值的同时,也达到了发展学生科学思维、探索精神以及生物学科核心素养的目的.

3 创设STEM生物实验“研学”情境,发展学生生物学科素养

教师运用STEM教育理论开展生物实验教学时,还要为学生创设更为丰富的“研学”情境.使之能够在“研学”过程中体验、感受到更多的生物实验学习与实践乐趣,不断丰富自身生物知识、提升生物实验能力.为提高STEM教育理念在生物实验教学中的应用效能、发展学生生物学科素养以及跨学科知识应用能力奠定基础.

由于“探究生长素类似物促进玫瑰花插条生根的最适浓度”实验时间较长,教师可以结合学生实验开展情况适时地创设相应的“研学”情境.如在实验设计过程中,教师可以为学生创设一个“实验方案设计”的“研学”情境,鼓励学生就该生物实验方案设计的方法进行广泛的交流活动,以提高学生生物实验方案设计能力.如有的学生在实验方案设计“研学”中,就玫瑰花的生长环境、扦插温度等进行了广泛的研究;也有的学生就玫瑰花扦插实验时可能出现的各种影响因素进行了讨论,如萘乙酸的浓度、扦插温度等.在实验中期时,教师也要为学生创设一个实验中期成果的“研学”情境,并引导学生就自己在“探究生长素类似物促进玫瑰花插条生根的最适浓度”实验设计及中期实验结果等进行交流与讨论,或是实验设计方案的优化及优化原因、跨学科知识的应用情况等.如有学生在“探究生长素类似物促进玫瑰花插条生根的最适浓度”的生物实验中期“研学”活动中听取了同学的意见,并结合自己搜集到的相关知识,及时将原有的萘乙酸浓度配制范围进行了合理的调整,将原有的萘乙酸浓度配制方案(原浓度配制方案为0.1～1.0 mg/mL)及时调整为0.6～1.0 mg/mL,以此来提升实验设计方案的科学性,且减少了其实验设计的不合理性.另外,学生在相关的“研学”情境中,既可以了解、学习其他同学的实验设计方法与技巧,还可以不断丰富自身的实践操作技巧以及跨学科知识的应用技巧等,这对丰富学生知识视野和生物学科知识、发展学生学科素养等均具有良好的促进作用.

4 基于生物实验各环节,开展多元化教学评价

首先,基于生物实验实施环节,开展多元化教学评价.由于“探究生长素类似物促进玫瑰花插条生根的最适浓度”实验过程较长,教师需定期就学生在该生物实验中的阶段性成果、具体实施情况、跨学科知识运用情况等开展多元化教学评价(如过程性教学评价、赏识性教学评价、激励性教学评价等),帮助学生及时发现、了解自身在该生物实验设计、实践操作等环节中存在的问题或是闪光点,使学生能够在教师的评价中不断就自身的生物实验设计或操作过程加以完善或优化,为提高学生实验质量与效果提供保障.其次,基于生物实验成果展示,实施发展性教学评价.过程性教学评价是以多元智能理论、成功智力理论以及建构主义理论为基础的一种教学评价模式,其更加侧重学生的个体发展情况,能够有效地发现、发展学生的潜能,这对促进学生个性化发展具有重要意义.因此,教师可以基于学生在该生物实验活动中的实验设计、参与情感、科学精神、跨学科知识应用能力、探究精神等开展相应的评价,以达到促进学生个性化学习、跨学科知识应用能力等目的奠定基础.