“STEM”教學理念下高中生物學深度學習有效策略探究

摘要：基于STEM教學理念，結合核心素養(yǎng)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(yǎng)培養(yǎng)、強調學科相互滲透等策略出發(fā)，進行持續(xù)深入研究，為教師找到從STEM教學理念出發(fā)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(xiàn)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(wèi)·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(shù)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(shù)學等學科內容融為一體，借此突破學生認識高速發(fā)展局限，使之產(chǎn)生跨越學科的創(chuàng)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(lián)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(chuàng)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(tài)，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(shù)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(fā)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(xiàn)的根本而存在，其可以在科學、技術和工程發(fā)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(tǒng)一。其二，二者相結合是社會創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的迫切需求，傳統(tǒng)被動學習形式下，分數(shù)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(tài)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(jié)，創(chuàng)新型人才培養(yǎng)效果難如人意，所以引入STEM教育可謂是一次恰逢其時的創(chuàng)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(chǎn)、生活息息相關，相當多的生物學問題，均會涉及數(shù)學、技術、工程等方面知識，像種群的數(shù)量變化內容，可涉及數(shù)學模型構建方式，只有借此才能讓兩種種群數(shù)量變化曲線圖更清晰地呈現(xiàn)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(jīng)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(tǒng)性與完整度的助手，它將使學生因此對知識產(chǎn)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(yǎng)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(yè)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(yǎng)原理，又會結合生活實踐，了解植物組織培養(yǎng)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(xiàn)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(yǎng)。學科素養(yǎng)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(yǎng)，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(yǎng)培養(yǎng)功能。若僅從核心素養(yǎng)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(chǎn)生足夠認知，又要本著科學探究的精神，展開對生物發(fā)展過程的持續(xù)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(chǎn)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(yǎng)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(yǎng)培養(yǎng)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(shù)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(yǎng)培養(yǎng)的目標來實現(xiàn)[3]。而教材本身對生命觀念、科學思維培養(yǎng)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(tài)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(xiàn)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(shù)學、工程的內容，這些內容相互聯(lián)系，但又重點突出，其中科學類知識通常占據(jù)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(yōu)勢，還會因學科間的相互滲透而在內容呈現(xiàn)、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(fā)展。如在面對遺傳因子發(fā)現(xiàn)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(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過程，則無疑展示出的是數(shù)學思維。在本次實驗過程中，便留意到了生物學知識同數(shù)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(guī)范實驗操作技術規(guī)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(fā)而主動參與，明確的實驗現(xiàn)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(yōu)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(huán)節(jié)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(huán)節(jié)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(chuàng)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(guī)范技術操作在不斷鞏固中得到發(fā)展。（四）多重視角即時糾錯STEM教學理念之中，強調了工程素養(yǎng)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(xiàn)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(fā)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(huán)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(chǎn)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(fā)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(xié)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(xiàn)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(yǎng)助力實踐操作，同時面對反復實驗所出現(xiàn)的可靠結果，其努力還能夠盡量展現(xiàn)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(fā)學生實驗活動期間的錯誤，亦可在學生批判性思維培養(yǎng)、自省總結能力構建方面帶來作用，有益于學生工程素養(yǎng)等的全方位鍛煉。（五）展現(xiàn)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(lián)系。例如：在生物學教材中，有大量和生物學相關的職業(yè)、技術內容，像DNA指紋技術、精準醫(yī)療等，這些都和學生的現(xiàn)實生活有極為密切的聯(lián)系。學生不斷接觸并理解真實生活經(jīng)驗技能，有利于其自身發(fā)展。教學實踐中，以STEM教學理念為中心的努力，可主要體現(xiàn)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(lián)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(chǎn)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(yǎng)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(chǎn)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(yǎng)的核