例谈STEM教育视角下的青少年生物科技教学

郑臻

在生物学的知识体系中，对于中学生，尤其是初中阶段的学生而言，生物体的结构及功能一直以来都是学习的难点。呆板的图片，晦涩的概念，在理解上颇具难度。校外教育是对学校教育的有效补充，相对于学校教育而言，校外教育更富开放性，更具活动，更能激发学生兴趣，提高学生的科学素养。与传统的生物课堂教学模式相比较，融合STEM理念，在模型设计、制作的过程中相互交流、欣赏、评价，深化理解“生物体的结构和功能相统一”这一基本生物学观点。同时，锻炼小组合作能力，提高表达能力，增强学生自信心。

一、妙用课本图片，培养学生的细致观察力

生物课本上的结构图片大多是重要知识点。但是，图片毕竟是干瘪的，是简化了的结构示例。因此，细化图片上的结构特点，变课本图片为立体模型是STEM理念融合生物科技教学的一种基本体现方式。

【例】植物的叶片

叶片是植物的主要部分。校内生命科学教材中，叶片的结构图片是纵切图。气孔、栅栏组织、海绵组织、叶脉等都有标注，但它们的分布、数量比例、大小等在图片上并不能清晰直观地看出来。

因此，我们提供简单的制作材料，引导学生仔细观看图片，查找相关知识，用透明片、塑料吸管、软陶、胶水等简单的材料制作制作立体的植物叶片模型。

学生小组合作，对照课本图片及所查资料，设计画出叶片结构的草图;选取合适的透明塑料片进行裁剪，分别作为叶片的上下表皮;将不同颜色的软陶捏成栅栏组织和海绵组织;吸管剪出合适的长度作为叶脉插入合适的位置;最后，在“上下表皮”上制作“气孔”，注意气孔的分布数量。整个制作过程中，融合了STEM教育理念下的知识学习和能力培养。成品制作完成后，学生以小组为单位进行展示并讲解，教师进行评价，完善模型设计。

在这个课例中，学生最主要的收获在于对结构图片的细致观察，对叶片相关结构背景知识的详尽了解。只有做到了这些，才可能设计制作出正确的立体模型。尤其是栅栏组织和海绵组织的区别，上、下表皮中气孔数量的不同等都是学生在模型制作中必须关注到的。这样的学习过程显然比教师的讲解更为有效。

二、融入生活实例，践行无痕化的生命教育

当前，生命教育的重要性已经引起全社会的广泛关注。生物学作为生命教育的显性学科，如何结合学科特点，在课程设计、课堂教学中进行无痕化的生命教育，是我们需要思考的。生活实例的利用，是STEM 教育理念在实際教学中的重要表现途径。

【例】红细胞、血红蛋白和煤气中毒

煤气中毒大多数中学生都有听说过，到底什么是煤气中毒呢？煤气即一氧化碳的俗称，它的中毒机理是一氧化碳与血红蛋白的亲合力比氧与血红蛋白的亲合力高200～300倍，所以一氧化碳极易与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧的能力和作用，造成组织窒息。

在教学中，引导学生理解煤气中毒的过程，用合适的材料模拟红细胞、血红蛋白、一氧化碳、氧气等。教师将提供红色纸片、红色软硅胶管来制作红细胞，通过彩色细吸管缠绕来模拟其中的血红蛋白。那么用什么材料来模拟氧气和一氧化碳呢？“结合”这个过程如何来表达呢？这几个问题正是学生进行头脑风暴时需要解决的点。

学生在任务驱动下，自觉分工合作，寻找合适的材料来模拟煤气中毒的原理。有些小组觉得可以用大小来区分氧气和一氧化碳两种物质分子;有的小组想用静电来模拟“血红蛋白”吸引“氧气”或“一氧化碳”的过程;有的小组想到用磁铁的吸引来模拟这个过程。

在这个课例中，由于不同的小组采用了不同的材料完成设计和制作，因此会有完全不同的表达方式，学生能够在这个过程中取他人之长，内化知识本身。这样的过程一方面体现了STEM教育理念下所提倡的学科融合，另一方面，还做到了生命教育的无痕化。

三、探究日常食材，关注生活中的生命科学

“生活即教育”，在社会高速发展和人们认知水平长足进步的今天，这一点更是深入人心。对于中学生而言，这个观点也许能够被认同，但是真正发自内心地理解生命科学的重要性，还需要教师引导他们关注生活，先从日常生活关注起，首当其中的便是日常食材。

STEM 教育发端于美国，但现在已经不断地出现在其它国家的教育改革中。STEM教育从最初关注或集中在高等教育，到逐步下移到中小学教育，从国家竞争力人才的培养扩展至学习方式的变革。在STEM教育的视角下尝试摸索青少年校外生物科技教学，对于激发学生兴趣，提高学生科学素养都起到了积极作用。