STEM教育理念下高中生物活动课教学案例初探——以“微生物的培养与应用”的拓展实验为例

陈 宜

（武汉市第十四中学 湖北武汉 430061）

1 问题背景与意义

随着国家发展学生核心素养体系的发布，重视和深化发展学生核心素养成为基础教育改革的热点和方向，落实立德树人是课程改革的核心和根本任务，发展学生的核心素养是育人的重要目标。生物学学科核心素养由生命观念、科学思维、科学探究、社会责任4个要素组成。这四个要素是一个统一的整体。现在的学生普遍表现在理论知识及问题分析能力较强，但创新能力、动手设计和解决实际问题的能力较弱。教师需要在生物学教学中提高学生的合作探究、实验设计、动手实践、表达交流等方面的能力，培养学生的生物学学科核心素养。

STEM教育理念源自美国，它是科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），数学（Mathemat⁃ics）四门学科融合的简称，重在培养学生的四种素养，包含了科学素养、技术素养、工程素养、数学素养。这与生物学学科核心素养的生命观念、科学思维、科学探究、社会责任4个维度上的体现是一致的。

2 STEM教育理念下高中生物活动课教学模式建构

与传统教育相比，STEM教育能为学生提供多样的学习方式，使其从不同角度认识和改造世界，更注重学生在动手创作中能提出的创意和灵活运用所学知识，更注重过程性评价。在课程教学过程中，教师不仅仅是传道授课解惑者，更是课程项目的设计者、活动的组织者和知识探究的引导者。因此，多元化的教育形式将会极大地提升学生的学科素养和综合应用实践能力。

在高中生物学教学中，教师可以根据学校的实际条件，优化传统教学课堂的教学结构，创建具有本校特色的STEM活动课课程，并在实施中不断努力培养学生的各种素养，让他们在开放与交流，沟通与分享的氛围下，接触新的技术手段，激发创造欲望。教师在高中生物活动课程中实施STEM教育，促使学生在真实任务情境中发现和探究问题，并尝试综合运用多种知识和技能来解决问题，从而发展学生的生物学学科核心素养。

具体设计流程如图1所示。

图1 STEM生物活动课程设计流程图

2.1 构建学生实验小组，制定活动方案

学生分组，选出组长。教师指导各组学生学习STEM教育理念和相关的理论知识，制定研究活动的方案，分析项目式活动的可行性。

2.2 创设具体的情境，提升学生的学科核心素养

课上，教师使学生带着真实的任务在探索中学习，融会贯通、学以致用，从而达到培养学生的高阶思维，提升核心素养的目标。例如，组成细胞的有机物质的化学鉴定和生物学鉴定、探究生物催化剂与无机催化剂的异同等，这些都是学生可以实施的项目。各组选取可行的项目进行实验设计，分小组汇报展示、分析预期结果。

2.3 利用本校的资源，完成活动项目设计

教师实施学生走出教室、回归自然的体验式教学。例如。在“校园绿化调查与设计”中，学生以小组为单位对校园植物资源进行分类，查阅植物分类学资料，厘清名称、形态特征、分类等，最终完成校园植物调查统计表，对校园植物进行挂牌活动。

2.4 实现评价的主体多元化和方式的多元化

教师设置自评、小组评、教师评等多种评价方式，通过优化学生的经验，促进学生获得成就感和价值感，在潜移默化中培养学生的勇于探究、理性思维、解决方法等核心素养。

在课程实施时，教师可以按照“明确问题—理论探讨—策略分析—课例实施”的思路，引导学生探究。在确定STEM项目式探究方向后，教师根据本校资源和学生情况制定具体实施方案，并不断在实施的过程中进行方向调整，最后形成具有本校特色的高中生物STEM课程活动方案。

3 STEM课程设计应用实例

以高中生物教材选修“微生物的培养与应用”的拓展实验教学为例，对如何在高中生物活动课教学中应用STEM模式来进行探讨。

3.1 创设情境，引出探究主题

在学生学习了微生物的培养与应用的相关基础知识后，教师激发学生进一步探究微生物的兴趣，激发学生思维的积极性，并点燃学生认识生命世界、解释生命现象的热情，培养学生的生命观念。

3.2 设计实验，鼓励拓展实验

教师引导学生从教科书所学出发，提出自己感兴趣的问题，并选择其中最有探究价值的问题作为小组或全班共同探讨的命题。

师生一起将学生已提出的问题进行分类，如基础性的问题、方法性问题，或是能力拓展性的问题。教师按不同学科方向将学生分组：基础性的问题可以通过学生自己看书、查资料来解决；解决方法性问题需要在教师适当指导下，运用正确的方法；能力拓展性问题则需要学生运用创造性思维去解决。

在制定实验项目的过程中，教师要注意激发学生探究的欲望，鼓励学生运用科学的思维方式和实验方法在课后持续性地进行自主探究，真正做到学以致用，能运用所学的知识去尝试解决生产生活中的生物学问题，从而体现科学思维学科核心素养的要求。

学生们查阅各方资料，请教各专业教师，还咨询了华中农业大学iGEM团队的学长学姐们，最后确定了表1中的3个实验项目。

表1 学生分组实验项目设计

3.3 实验操作，数据跟踪记录

将小组各成员任务具体化、项目化，以小组为单位进行实验操作。

3.4 反馈交流，研讨总结

一周后，各小组成员代表展示本组的实验结果与实验分析（表2），并提出实验中的困惑：①实验中采取了哪些相应方法手段，现象与结论是什么？②实验成功最关键的思路是什么，为什么要这样设计？③有什么新问题有待解决?跨学科的探究是否成功？……师生共同思考这些问题，教师引导学生分析总结实验中的优点和不足，增强学生的自信心和小组集体荣誉感。

表2 各组实验结果及分析

在这个过程中，教师通过师生评价、生生评价等多种形式，激励学生勤思敢辩，使学生的学习热情得到激发，从而体验成功的喜悦，不仅充分发挥了学生的主体作用，而且有利于对学生“科学探究”素养的提高。

4 结语

教师将STEM教育的理念运用到高中生物课堂中，能够充分调动学生学习的主动性和积极性，让学生具有强烈的求知欲望和学习动机，从而自觉、自愿地开展探究。学生在学习生物学科知识的同时，提升了发展交流能力，提高了科学思维、实验探究能力，实现“提高学生生物学核心素养”这一高中生物学课程的核心任务。