“STEM”教学理念下高中生物学深度学习有效策略探究

袁思孝

摘 要：基于STEM教学理念，结合核心素养所提要求，教师可更深刻地领会教材内容，并分析内容展示于学生面前的作用、价值及方法，分别尝试从关注核心素养培养、强调学科相互渗透等策略出发，进行持续深入研究，为教师找到从STEM教学理念出发之有效实施建议。

关键词：STEM;高中生物;深度学习;有效策略

高中生物生命科学基础课程特点尤为明显，其在这门课程中涉及理解生命科学中诸多现象，探索生命原理，需要学生拥有一定计算方面、工程设计方面能力，且使之在动手实验验证方面做出突破[1]。在STEM教学理念支持下，课堂上用项目化运作形式处理一些比较实际的问题，这样的理念正好契合了高中生物学科的特点，并符合实验课程改进正确方向，因此值得给予重点关注。

一、STEM教学理念内涵

哥伦比亚大学学者大卫·安德森首先提出STEM教学观点，他强调了“S”（科学：science）、“T”（技术：technology）、“E”（工程：engineering）、“M”（数学：mathematics）四位一体的教学模式，即在教学期间将科学、技术、工程、数学等学科内容融为一体，借此突破学生认识高速发展局限，使之产生跨越学科的创新思维方式[2]。STEM教学理念值得注意的特点，其一是前瞻性，即通过生活化、跨学科的形式，把有联系的知识内容进行再次构建，模糊了原有的知识界限;其二是情境性，即在教学期间，给学生创设特定情境，使之可以更快投入教师所给予的问题研究状态，对所学知识展开深入分析;其三是多维性，即利用丰富的教学方式与教学途径进行STEM教学成为普遍的选择，特别是高效数字化教学方式的应用，丰富了学生学习的空间。

二、STEM教学理念应用于高中生物课程之可能性及价值

（一）STEM教学理念应用于高中生物课程之可能性

STEM教学理念应用于高中生物课程，因以下几个原因，而极大地增加了实施可能性。其一，二者相结合顺应了新课改发展趋势，其中STEM教学理念所涉及的几项内容相互依赖、相辅相成，如科学可为工程提供基础，技术可为工程提供基本要素与手段，工程可作为科学与技术实现的根本而存在，其可以在科学、技术和工程发展等诸多领域展示出无可取代之工具价值，其相互依赖作用为高中生物深度学习所必要，更与新课改要求学生综合能力进步的要求相统一。其二，二者相结合是社会创新型人才培养的迫切需求，传统被动学习形式下，分数是唯一的衡量标尺，正所谓得高分者得天下，这使“填鸭式”教学成为主流，也让学生的厌学情绪充溢整个教学过程。在这样的状态之下，无论教师还是学生，都过度关注新知识的学习，在知识的应用方面则只如蜻蜓点水一般轻轻带过，造成学生的学和用相脱节，创新型人才培养效果难如人意，所以引入STEM教育可谓是一次恰逢其时的创造性变革。其三，二者相结合，可因高中生物课堂的平台搭建而变得顺畅。生物属于自然学科领域，它和生产、生活息息相关，相当多的生物学问题，均会涉及数学、技术、工程等方面知识，像种群的数量变化内容，可涉及数学模型构建方式，只有借此才能让两种种群数量变化曲线图更清晰地呈现出来。所以在生物课堂上引入STEM教学理念及教育形式，既可以使学生较好地构建生物知识基本框架，同时也将因为框架平台的形成，使学生在应用知识领域能力获得更多机会，并可使之尝试从生物学的视角认识世界、改造世界。

（二）STEM教学理念应用于高中生物课程的价值

STEM教学理念应用于高中生物课程的可能性已经如前所述，而关于其潜在的应用价值，则同样值得重视。

首先，可认为STEM教学理念能够使学习者从更宏观角度掌握生物知识点，保证内容认知的综合性。如果想要看到STEM教学理念的价值，便需要将其置于我国教育体系内，开展具体分析，这时能够留意该理念对于实践时自然融入潜能。对于生物学科而言，教师如果让学生顺利通过高考考核，便需要在教学时以教材为中心制订教学计划，而STEM教学理念的存在，正是一个让教学计划具有更高系统性与完整度的助手，它将使学生因此对知识产生更加深入的了解、更加综合的认知。例如：当面对植物的组织培养技术有关内容时，若可以把STEM教学理念引入其中，便可以使学生通过更为专业的技术去对重点内容展开研究、加深理解。学生将有效探索教材中所涉及植物的组织培养原理，又会结合生活实践，了解植物组织培养基本技术方面的知识。而面向学生知识取得目标所制订的教学计划、研究指导计划，无一不展现出这样的宏观性与综合性特点。

第二，STEM教学理念能够使学习者顺利提升本学科的基本核心素养。学科素养的取得并不容易，而能力建构也往往不是随意达成的目标，它们都是需要在循序渐进中获取的。高中生物学科中的基本核心素养，会有科学探究、生命观念、理性思维、社会责任等诸多方面。若是教师可以在教学中善用STEM理念，可分别于多个方面展示出比较强大核心素养培养功能。若仅从核心素养视域下知识取得角度进行分析，则学科所涉及的知识点同样很多，只借助死记硬背的形式，是不足以掌握好全部内容的。在课堂学习时学生既需要对基础理论知识产生足够认知，又要本着科学探究的精神，展开对生物发展过程的持续深入思考，而在此期间，STEM教学理念的实施，毫无疑问是必要的，它会使死记硬背形式所不能产生的学习效果，变得不再遥不可及，让学生能够更接近核心素养所提之要求。

三、STEM教學理念下高中生物深度学习有效策略

（一）关注核心素养培养

在生物教材中有大量模型制作、实践探究、调查研究等活动，像DNA分子物理模型的制作、DNA分子内碱基数的计算、人群中遗传病的调查等。这些活动比较生动，且容易被学生所理解与掌握，只是过程有时会稍显烦琐，或者要求学生用小组互助做法才能完成，因此深度学习需要的并非是单一的知识，而是如前所述，应当配合核心素养培养的目标来实现[3]。而教材本身对生命观念、科学思维培养的侧重，以及大量资料的涵盖，为此种配合工作带来可能，教师需要以此为契机，进行深度学习指导策略的探索，让学生得以用科学思维、理性态度、务实精神去解决生物教材中的诸多问题。

（二）强调学科相互渗透

在STEM教学理念中，整合性是一个比较重要的特点，而相当一部分生物学内容的学习，恰恰因其体现出了学科间相互渗透和干预的特点，而与整合性特点保持一致。像以基因为核心而展开的内容中，即包含了很多跨科学、技术、数学、工程的内容，这些内容相互联系，但又重点突出，其中科学类知识通常占据主流，这说明教材知识教学期间，在重点突出的同时强调学科相互渗透有其必要性。这时STEM教学功能，在于其能够展示出某门学科之优势，还会因学科间的相互渗透而在内容呈现、方法支持上拥有可圈可点之处，从而能够进一步带动学科发展。如在面对遗传因子发现内容之际，会有性状分离比模拟实验，显然性状分离属于生物学中的知识，然而实验操作过程中，像用小桶与彩球模拟生物器官，并随机做抽取结合时，关注数据、发现规律的过程，则无疑展示出的是数学思维。在本次实验过程中，便留意到了生物学知识同数学思维的结合策略，这将使学生的技术与设计能力得到充分锻炼。

（三）规范实验操作技术

规范与标准的实验操作属于科学探索的基础，亦为提高生物教学效果之重要保障之一。例如：在高倍显微镜观察叶绿体和细胞质流动时，实验操作等形式，可以让学生因被激发而主动参与，明确的实验现象、充分趣味的操作过程，教学功能是值得肯定的。然而本次教学部分技术操作存在一定难度，像需要在40分钟之内完成实验，便对学生提出了较难要求。对于实操活动而言，步骤虽然有着直观与可视化的优点，但是可见深度并不明显，同时可控性也有一定局限性。像高倍显微镜观察叶绿体和细胞质流动内容中，教师把整个过程拆解后，让学生看到观察叶绿体装片、用显微镜观察细胞质的流动等环节的操作要点，以及检查实验材料、找到叶肉细胞中的叶绿体、寻找最佳观察部位等注意事项，把每个关键环节操作步骤拍摄为短视频，让学生处于便捷学习条件支持下，更好地适应STEM教学理念及对应策略。生物课程同时具有复杂性、微观性与多样性等特征，在进行实验教学期间，若与操作难度较大的演示类实验相比较，用观看短视频的形式介入，再行实际操作辅助，能够给学生创设直观性更强、更为明确的实验氛围，其长处是避免时空限制，把原本抽象化的问题变得直观化、烦琐化的问题变得简单化，有益于实验活动S、T、E、M相结合方面的可见度与可控性的提升，短视频亦可重复播放，又十分有益于学生以较快速度打破操作困境，反复观察、体会和感受，让实验活动的规范技术操作在不断巩固中得到发展。

（四）多重视角即时纠错

STEM教学理念之中，强调了工程素养融合的学习思路，宗旨是希望提高课堂所传授知识在内容应用方面的实践效果，让学生有机会在相对复杂的、具有现实意义的情境范围内展开学习，从而使其逻辑思维转化能力、批判性思考能力等得以发挥，而宗旨的达成，显然无法离开多重视角即时纠错的帮助。再以上面提及的用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质流动内容为例，教师在短视频内做了操作步骤方面的细致讲解，而学生也多次于实验前进行观察，可实际操作中依然看到部分学生存在问题，包括用幼根作实验材料、没能考虑到细胞质流动速度和环境温度变化的关系、细胞质流动速度和细胞新陈代谢强度的关系等，对结果的精确性产生不利效果等。面对这些实操类错误，事后的反省与纠正通常不会非常有效，所以在发生差错时，教师可立即暂停活动，指导学生挖掘错误成因，并使大家分别与其他成员共同协作，思考解决问题的办法。而在一定的互评交流及反思纠正期间，教师可再视情况需要，同步播放一些关键性的操作步骤视频，让学生仔细观摩，从而实现参考纠错与细致探错的效果，并保证改错的积极性、用错的灵活性。而且处理实验操作时的困境，用科学工程素养助力实践操作，同时面对反复实验所出现的可靠结果，其努力还能够尽量展现教学实践活动无限潜能与适应性，如果教师可以在此时有效掌握、科学开发学生实验活动期间的错误，亦可在学生批判性思维培养、自省总结能力构建方面带来作用，有益于学生工程素养等的全方位锻炼。

（五）展现生活教育价值

将STEM教学理念应用于高中生物深度学习，其中有效策略应值得重视一点，即表达生活教育价值，强调这一点的根源在于STEM所涉各个部分与生活的紧密联系。例如：在生物学教材中，有大量和生物学相关的职业、技术内容，像DNA指纹技术、精准医疗等，这些都和学生的现实生活有极为密切的联系。学生不断接触并理解真实生活经验技能，有利于其自身發展。教学实践中，以STEM教学理念为中心的努力，可主要体现于以下两点：其一是教师应当突出生物学知识同平时生活的联系，如在教学DNA结构时，展开对DNA指纹技术方面的介绍，使大家产生生物学知识来源于生活、服务于生活的意识;其二是要关注学生的社会责任感培养问题，如以鲜明的例子说明人类遗传病所带来的危害，让学生了解遗传咨询与产前诊断所具有的重要价值等。

结束语

对于STEM教学理念而言，始终强调实践能力培养的核心导向功能，把知识向问题化方向调整，并让问题拥有项目化的可能性，这将对积极培养学生的科学观念有益，同时对学生理性思维、实践能力、团队意识的形成大有帮助，并有效避免传统生物教学形式的知识应用呆板、实践应用不佳等问题。教学中教师可基于STEM教学理念内涵及其应用价值，分别从多个角度尝试对学生深度学习促进策略进行思考和实践，包括本文提及的关注核心素养培养、强调学科相互渗透等要点都比较值得重视。未来可继续展开这些方面的深入思考，从而让STEM教育理念普及性应用取得圆满效果。

参考文献

[1]陈小芹.巧用问题链深化高中生物概念教学研究[J].成才之路，2018（8）：51-52.

[2]林琼芬.基于STEM教育的高中生物学项目导学探索：以“探究光照强度对光合作用强度的影响”为例[J].福建基础教育研究，2019（2）：132-133.

[3]刘月霞，郭华.深度学习：走向核心素养（理论普及读本）[M].北京：教育科学出版社，2018.

课题名称：宁德市“十四五”（第一期）基础教育科研课题“基于深度学习的高中生物概念教学的有效性研究”，立项项目编号：2021JJK。