“STEM”教學理念下高中生物學深度學習有效策略探究

袁思孝

摘 要：基于STEM教學理念，結合核心素養所提要求，教師可更深刻地領會教材內容，并分析內容展示于學生面前的作用、價值及方法，分別嘗試從關注核心素養培養、強調學科相互滲透等策略出發，進行持續深入研究，為教師找到從STEM教學理念出發之有效實施建議。

關鍵詞：STEM;高中生物;深度學習;有效策略

高中生物生命科學基礎課程特點尤為明顯，其在這門課程中涉及理解生命科學中諸多現象，探索生命原理，需要學生擁有一定計算方面、工程設計方面能力，且使之在動手實驗驗證方面做出突破[1]。在STEM教學理念支持下，課堂上用項目化運作形式處理一些比較實際的問題，這樣的理念正好契合了高中生物學科的特點，并符合實驗課程改進正確方向，因此值得給予重點關注。

一、STEM教學理念內涵

哥倫比亞大學學者大衛·安德森首先提出STEM教學觀點，他強調了“S”（科學：science）、“T”（技術：technology）、“E”（工程：engineering）、“M”（數學：mathematics）四位一體的教學模式，即在教學期間將科學、技術、工程、數學等學科內容融為一體，借此突破學生認識高速發展局限，使之產生跨越學科的創新思維方式[2]。STEM教學理念值得注意的特點，其一是前瞻性，即通過生活化、跨學科的形式，把有聯系的知識內容進行再次構建，模糊了原有的知識界限;其二是情境性，即在教學期間，給學生創設特定情境，使之可以更快投入教師所給予的問題研究狀態，對所學知識展開深入分析;其三是多維性，即利用豐富的教學方式與教學途徑進行STEM教學成為普遍的選擇，特別是高效數字化教學方式的應用，豐富了學生學習的空間。

二、STEM教學理念應用于高中生物課程之可能性及價值

（一）STEM教學理念應用于高中生物課程之可能性

STEM教學理念應用于高中生物課程，因以下幾個原因，而極大地增加了實施可能性。其一，二者相結合順應了新課改發展趨勢，其中STEM教學理念所涉及的幾項內容相互依賴、相輔相成，如科學可為工程提供基礎，技術可為工程提供基本要素與手段，工程可作為科學與技術實現的根本而存在，其可以在科學、技術和工程發展等諸多領域展示出無可取代之工具價值，其相互依賴作用為高中生物深度學習所必要，更與新課改要求學生綜合能力進步的要求相統一。其二，二者相結合是社會創新型人才培養的迫切需求，傳統被動學習形式下，分數是唯一的衡量標尺，正所謂得高分者得天下，這使“填鴨式”教學成為主流，也讓學生的厭學情緒充溢整個教學過程。在這樣的狀態之下，無論教師還是學生，都過度關注新知識的學習，在知識的應用方面則只如蜻蜓點水一般輕輕帶過，造成學生的學和用相脫節，創新型人才培養效果難如人意，所以引入STEM教育可謂是一次恰逢其時的創造性變革。其三，二者相結合，可因高中生物課堂的平臺搭建而變得順暢。生物屬于自然學科領域，它和生產、生活息息相關，相當多的生物學問題，均會涉及數學、技術、工程等方面知識，像種群的數量變化內容，可涉及數學模型構建方式，只有借此才能讓兩種種群數量變化曲線圖更清晰地呈現出來。所以在生物課堂上引入STEM教學理念及教育形式，既可以使學生較好地構建生物知識基本框架，同時也將因為框架平臺的形成，使學生在應用知識領域能力獲得更多機會，并可使之嘗試從生物學的視角認識世界、改造世界。

（二）STEM教學理念應用于高中生物課程的價值

STEM教學理念應用于高中生物課程的可能性已經如前所述，而關于其潛在的應用價值，則同樣值得重視。

首先，可認為STEM教學理念能夠使學習者從更宏觀角度掌握生物知識點，保證內容認知的綜合性。如果想要看到STEM教學理念的價值，便需要將其置于我國教育體系內，開展具體分析，這時能夠留意該理念對于實踐時自然融入潛能。對于生物學科而言，教師如果讓學生順利通過高考考核，便需要在教學時以教材為中心制訂教學計劃，而STEM教學理念的存在，正是一個讓教學計劃具有更高系統性與完整度的助手，它將使學生因此對知識產生更加深入的了解、更加綜合的認知。例如：當面對植物的組織培養技術有關內容時，若可以把STEM教學理念引入其中，便可以使學生通過更為專業的技術去對重點內容展開研究、加深理解。學生將有效探索教材中所涉及植物的組織培養原理，又會結合生活實踐，了解植物組織培養基本技術方面的知識。而面向學生知識取得目標所制訂的教學計劃、研究指導計劃，無一不展現出這樣的宏觀性與綜合性特點。

第二，STEM教學理念能夠使學習者順利提升本學科的基本核心素養。學科素養的取得并不容易，而能力建構也往往不是隨意達成的目標，它們都是需要在循序漸進中獲取的。高中生物學科中的基本核心素養，會有科學探究、生命觀念、理性思維、社會責任等諸多方面。若是教師可以在教學中善用STEM理念，可分別于多個方面展示出比較強大核心素養培養功能。若僅從核心素養視域下知識取得角度進行分析，則學科所涉及的知識點同樣很多，只借助死記硬背的形式，是不足以掌握好全部內容的。在課堂學習時學生既需要對基礎理論知識產生足夠認知，又要本著科學探究的精神，展開對生物發展過程的持續深入思考，而在此期間，STEM教學理念的實施，毫無疑問是必要的，它會使死記硬背形式所不能產生的學習效果，變得不再遙不可及，讓學生能夠更接近核心素養所提之要求。

三、STEM教學理念下高中生物深度學習有效策略

（一）關注核心素養培養

在生物教材中有大量模型制作、實踐探究、調查研究等活動，像DNA分子物理模型的制作、DNA分子內堿基數的計算、人群中遺傳病的調查等。這些活動比較生動，且容易被學生所理解與掌握，只是過程有時會稍顯煩瑣，或者要求學生用小組互助做法才能完成，因此深度學習需要的并非是單一的知識，而是如前所述，應當配合核心素養培養的目標來實現[3]。而教材本身對生命觀念、科學思維培養的側重，以及大量資料的涵蓋，為此種配合工作帶來可能，教師需要以此為契機，進行深度學習指導策略的探索，讓學生得以用科學思維、理性態度、務實精神去解決生物教材中的諸多問題。

（二）強調學科相互滲透

在STEM教學理念中，整合性是一個比較重要的特點，而相當一部分生物學內容的學習，恰恰因其體現出了學科間相互滲透和干預的特點，而與整合性特點保持一致。像以基因為核心而展開的內容中，即包含了很多跨科學、技術、數學、工程的內容，這些內容相互聯系，但又重點突出，其中科學類知識通常占據主流，這說明教材知識教學期間，在重點突出的同時強調學科相互滲透有其必要性。這時STEM教學功能，在于其能夠展示出某門學科之優勢，還會因學科間的相互滲透而在內容呈現、方法支持上擁有可圈可點之處，從而能夠進一步帶動學科發展。如在面對遺傳因子發現內容之際，會有性狀分離比模擬實驗，顯然性狀分離屬于生物學中的知識，然而實驗操作過程中，像用小桶與彩球模擬生物器官，并隨機做抽取結合時，關注數據、發現規律的過程，則無疑展示出的是數學思維。在本次實驗過程中，便留意到了生物學知識同數學思維的結合策略，這將使學生的技術與設計能力得到充分鍛煉。

（三）規范實驗操作技術

規范與標準的實驗操作屬于科學探索的基礎，亦為提高生物教學效果之重要保障之一。例如：在高倍顯微鏡觀察葉綠體和細胞質流動時，實驗操作等形式，可以讓學生因被激發而主動參與，明確的實驗現象、充分趣味的操作過程，教學功能是值得肯定的。然而本次教學部分技術操作存在一定難度，像需要在40分鐘之內完成實驗，便對學生提出了較難要求。對于實操活動而言，步驟雖然有著直觀與可視化的優點，但是可見深度并不明顯，同時可控性也有一定局限性。像高倍顯微鏡觀察葉綠體和細胞質流動內容中，教師把整個過程拆解后，讓學生看到觀察葉綠體裝片、用顯微鏡觀察細胞質的流動等環節的操作要點，以及檢查實驗材料、找到葉肉細胞中的葉綠體、尋找最佳觀察部位等注意事項，把每個關鍵環節操作步驟拍攝為短視頻，讓學生處于便捷學習條件支持下，更好地適應STEM教學理念及對應策略。生物課程同時具有復雜性、微觀性與多樣性等特征，在進行實驗教學期間，若與操作難度較大的演示類實驗相比較，用觀看短視頻的形式介入，再行實際操作輔助，能夠給學生創設直觀性更強、更為明確的實驗氛圍，其長處是避免時空限制，把原本抽象化的問題變得直觀化、煩瑣化的問題變得簡單化，有益于實驗活動S、T、E、M相結合方面的可見度與可控性的提升，短視頻亦可重復播放，又十分有益于學生以較快速度打破操作困境，反復觀察、體會和感受，讓實驗活動的規范技術操作在不斷鞏固中得到發展。

（四）多重視角即時糾錯

STEM教學理念之中，強調了工程素養融合的學習思路，宗旨是希望提高課堂所傳授知識在內容應用方面的實踐效果，讓學生有機會在相對復雜的、具有現實意義的情境范圍內展開學習，從而使其邏輯思維轉化能力、批判性思考能力等得以發揮，而宗旨的達成，顯然無法離開多重視角即時糾錯的幫助。再以上面提及的用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細胞質流動內容為例，教師在短視頻內做了操作步驟方面的細致講解，而學生也多次于實驗前進行觀察，可實際操作中依然看到部分學生存在問題，包括用幼根作實驗材料、沒能考慮到細胞質流動速度和環境溫度變化的關系、細胞質流動速度和細胞新陳代謝強度的關系等，對結果的精確性產生不利效果等。面對這些實操類錯誤，事后的反省與糾正通常不會非常有效，所以在發生差錯時，教師可立即暫?；顒?，指導學生挖掘錯誤成因，并使大家分別與其他成員共同協作，思考解決問題的辦法。而在一定的互評交流及反思糾正期間，教師可再視情況需要，同步播放一些關鍵性的操作步驟視頻，讓學生仔細觀摩，從而實現參考糾錯與細致探錯的效果，并保證改錯的積極性、用錯的靈活性。而且處理實驗操作時的困境，用科學工程素養助力實踐操作，同時面對反復實驗所出現的可靠結果，其努力還能夠盡量展現教學實踐活動無限潛能與適應性，如果教師可以在此時有效掌握、科學開發學生實驗活動期間的錯誤，亦可在學生批判性思維培養、自省總結能力構建方面帶來作用，有益于學生工程素養等的全方位鍛煉。

（五）展現生活教育價值

將STEM教學理念應用于高中生物深度學習，其中有效策略應值得重視一點，即表達生活教育價值，強調這一點的根源在于STEM所涉各個部分與生活的緊密聯系。例如：在生物學教材中，有大量和生物學相關的職業、技術內容，像DNA指紋技術、精準醫療等，這些都和學生的現實生活有極為密切的聯系。學生不斷接觸并理解真實生活經驗技能，有利于其自身發展。教學實踐中，以STEM教學理念為中心的努力，可主要體現于以下兩點：其一是教師應當突出生物學知識同平時生活的聯系，如在教學DNA結構時，展開對DNA指紋技術方面的介紹，使大家產生生物學知識來源于生活、服務于生活的意識;其二是要關注學生的社會責任感培養問題，如以鮮明的例子說明人類遺傳病所帶來的危害，讓學生了解遺傳咨詢與產前診斷所具有的重要價值等。

結束語

對于STEM教學理念而言，始終強調實踐能力培養的核心導向功能，把知識向問題化方向調整，并讓問題擁有項目化的可能性，這將對積極培養學生的科學觀念有益，同時對學生理性思維、實踐能力、團隊意識的形成大有幫助，并有效避免傳統生物教學形式的知識應用呆板、實踐應用不佳等問題。教學中教師可基于STEM教學理念內涵及其應用價值，分別從多個角度嘗試對學生深度學習促進策略進行思考和實踐，包括本文提及的關注核心素養培養、強調學科相互滲透等要點都比較值得重視。未來可繼續展開這些方面的深入思考，從而讓STEM教育理念普及性應用取得圓滿效果。

參考文獻

[1]陳小芹.巧用問題鏈深化高中生物概念教學研究[J].成才之路，2018（8）：51-52.

[2]林瓊芬.基于STEM教育的高中生物學項目導學探索：以“探究光照強度對光合作用強度的影響”為例[J].福建基礎教育研究，2019（2）：132-133.

[3]劉月霞，郭華.深度學習：走向核心素養（理論普及讀本）[M].北京：教育科學出版社，2018.

課題名稱：寧德市“十四五”（第一期）基礎教育科研課題“基于深度學習的高中生物概念教學的有效性研究”，立項項目編號：2021JJK。