STEM理念下的高中生物实验教学优化探究

作者简介：熊丽娜（1986～），女，汉族，湖北黄冈人，广州彭加木纪念中学，研究方向：高中生物。

摘 要：随着STEM教育理念的兴起，高中生物实验教学面临新的挑战与机遇。文章探讨STEM理念与高中生物实验教学的契合性，提出创新教学手段、更新教育理念、构建实践导向的实验课程体系及完善评价体系等策略，以优化高中生物实验教学。研究表明，这些措施有效提升了学生的实验技能、创新能力和综合素质，为高中生物实验教学的改革与发展提供了新思路。

关键词：STEM理念；高中生物；实验教学；优化策略；跨学科整合

中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：1673-8918（2024）43-0124-03

一、 STEM教育理念与高中生物实验教学的契合性分析

（一）高中生物实验教学的问题

高中生物实验教学作为生物学科教学的重要组成部分，对培养学生的实验技能、科学态度和探究精神具有重要意义。然而，当前高中生物实验教学在实践中仍面临诸多挑战。部分学校由于资源有限，实验设备和材料不足，导致实验教学内容受限，学生难以获得充分的实践机会。

（二）STEM理念与高中生物实验教学的融合优势

将STEM教育理念融入高中生物实验教学，可充分发挥其跨学科整合和项目导向的优势，有效解决当前实验教学面临的问题。一方面，STEM教育强调跨学科学习，有助于打破学科壁垒，促进生物学与物理学、化学、信息技术等其他学科的交叉融合，丰富实验教学内容和方法。另一方面，STEM教育注重实践性和探索性，鼓励学生主动参与实验设计、操作和反思过程，能培养他们的创新能力和解决问题的能力。

二、 STEM理念下高中生物实验教学的优化策略

（一）创新教学手段，丰富实验教学模式

1. 引入多元化实验教学方法

除传统的教师演示和学生模仿的实验教学方法外，还可引入探究式学习、翻转课堂等新型教学模式。探究式学习鼓励学生提出问题、设计实验方案、收集数据并分析结果，能培养他们的自主探究能力。翻转课堂则通过课前视频学习、课堂讨论和实验操作方式，将知识传授和知识内化过程分离，可以提高课堂教学的针对性和有效性。

2. 实施分层教学

针对不同层次的学生实施分层教学，可确保每个学生都能在适合自己的难度下进行学习。对基础较差的学生，可提供更多的指导和支持；对基础较好的学生，则可设计更具挑战性的实验项目，激发他们的学习潜能。

3. 结合信息技术手段

教师可以利用多媒体技术、虚拟实验室等信息技术手段辅助实验教学。多媒体技术可直观展示实验现象和过程，帮助学生更好地理解实验原理。虚拟实验室则可提供安全、便捷的实验环境，让学生随时随地进行实验操作和数据分析。

以“光合色素的提取与分离”实验为例，教师可先通过多媒体展示光合作用的过程和光合色素的种类及性质，然后引导学生设计实验方案并亲自动手操作。在实验过程中，教师可利用虚拟实验室模拟不同条件下光合色素的提取效果，帮助学生深入理解实验原理和操作要点。

（二）更新教育理念，深入挖掘教材资源

1. 转变教师角色

教师应从知识的传授者转变为学习的引导者和促进者。在实验教学中，教师应注重激发学生的学习兴趣和主动性，鼓励他们自主设计实验方案并进行探究。此外，教师还应关注学生的学习过程和学习体验，及时给予反馈和指导。

2. 强化学生主体地位

在实验教学中应充分尊重学生的主体地位和个性差异，鼓励学生根据自己的兴趣和特长选择实验项目并进行探究。在实验过程中，给予他们足够的自由度和空间发挥想象力和创造力。在实验结果评价时，注重过程评价和多元评价相结合。

3. 融合信息技术手段

教师可以利用信息技术手段丰富实验教学内容和形式。例如，通过网络资源搜集最新的科研成果和实验案例；利用动画、视频等多媒体形式展示实验原理和过程；利用在线平台进行实验数据的收集、分析和共享等。

（三）构建实践导向的实验课程体系

1. 设计跨学科实验项目

结合生物学、物理学、化学、信息技术等多学科知识设计跨学科实验项目，这些项目应贴近现实生活和社会热点问题，具有探究性和挑战性，能够激发学生的学习兴趣和探究欲望。例如，可设计“城市绿化带对空气质量的影响研究”等跨学科实验项目，让学生综合运用所学知识进行探究。

2. 实施项目式学习

在实验教学中可以采用项目式学习方式让学生围绕特定主题或问题展开探究性学习。在项目式学习中，教师应注重培养学生的团队合作能力和沟通交流能力，引导他们分工合作，共同完成实验项目。

3. 注重实验设计与反思

在实验教学中，应注重培养学生的实验设计能力，让他们学会根据实验目的和要求设计合理的实验方案并选择适当的实验方法和材料。同时，还应注重培养学生的实验反思能力，让他们在实验结束后对实验过程、实验结果和实验方法进行全面反思，总结经验和教训，进而为未来的学习和研究奠定基础。

三、 STEM理念下高中生物实验教学的实施路径

（一）项目式学习在生物实验中的应用

1. 确定项目主题

根据项目式学习的特点和学生的认知水平确定合适的项目主题，这些主题应贴近现实生活和社会热点问题，具有探究性和挑战性，能够激发学生的学习兴趣和探究欲望。例如，可围绕“生态环境保护”“食品安全”等主题设计实验项目，让学生综合运用所学知识进行探究。

2. 组建项目团队

根据项目主题和学生兴趣组建项目团队并明确团队成员的分工和职责。在项目团队中，应注重培养学生的团队合作能力和沟通交流能力，引导他们分工合作共同完成实验项目。同时，还应注重团队成员的个性差异，确保团队的整体实力和创新能力得到提高。

3. 制订项目计划

在项目团队的共同努力下，制订详细的项目计划，明确实验目的、实验步骤、实验方法和预期成果等内容。在制订项目计划的过程中，应注重培养学生的实验设计能力和问题解决能力，引导他们根据实验要求和实际情况设计合理的实验方案并选择适当的实验方法和材料。

4. 实施项目探究

在项目计划的指导下开展实验探究活动。在实验过程中，教师应注重引导学生观察实验现象、记录实验数据并进行初步的数据分析。同时，还应鼓励学生进行创新思维和发散性思维，尝试不同的实验方法和操作技巧，以发现新的实验现象和规律。

（二）评价体系构建与反馈机制完善

1. 构建多元化评价体系

针对STEM理念下高中生物实验教学的特点应构建多元化评价体系，该体系应包括过程性评价、结果性评价、自我评价和同伴评价等多个维度，以确保评价的全面性和客观性。在过程性评价中，应注重评价学生的实验设计能力、实验操作能力和实验反思能力；在结果性评价中，应注重评价学生的实验成果和实验报告的质量；在自我评价和同伴评价中，应注重评价学生的自我认知能力和团队协作能力等方面。

2. 注重实验过程评价

在实验教学的评价过程中，应注重对学生实验过程的评价。通过实验过程评价了解学生在实验过程中的表现和问题，并及时给予反馈和指导，帮助他们改进实验方法和提高实验技能。

四、 STEM理念下高中生物实验教学优化效果评估

（一）学生实验技能与创新能力提升评估

通过对比优化前后的学生实验报告、实验操作视频以及学生参加科技创新竞赛的成绩等，评估学生在实验技能和创新能力方面的提升情况；设计问卷或访谈，调查学生对实验教学的满意度和自我评价，了解他们的主观感受和学习成效。对测试班级进行能力评估后，得到学生实验技能与创新能力提升的相关结果（表1）。

由表1可知，实验报告质量评分、学生对实验教学满意度、学生自我评价均基于5分制量表；科技创新竞赛获奖率基于参与学生中的获奖比例。

（二）教师教学效果与满意度调查

通过收集教师的教学反思日志、同行评价以及学生对教师的评价数据，评估教师在实验教学中的教学效果和满意度。重点关注教师在跨学科整合、项目式学习引导以及信息技术应用等方面的表现，以及他们对STEM教育理念的认同度和实施情况。表2是教师教学效果与满意度调查结果，课件存在明显的优化效果。

（三）教学资源利用效率与实验基地建设成效

通过统计实验设备的利用率、实验耗材的消耗量以及实验基地的开放时长等指标，评估教学资源的利用效率；通过实地考察和问卷调查等方式了解实验基地的建设成效和使用情况，包括实验室的布局合理性、设备完好率以及师生对实验环境的满意度等。

五、 结论

文章通过对STEM理念下高中生物实验教学优化的深入探究，提出了一系列切实可行的优化策略，这些策略不仅丰富了高中生物实验教学的内涵和外延，还提升了学生的实验技能、创新能力和综合素质。

参考文献：

［1］王磊.STEM理念下的高中生物实验教学［J］.天津教育，2024（9）：113-115.

［2］郑艳.STEM理念下高中生物实验教学优化路径分析［J］.高考，2023（33）：54-56.

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