浅析STEM教育与生物实验教学的有机融合

江伟 宛子

摘 要：本文从加强STEM教育紧迫性的认识以及STEM教育在我国的推进与发展两个视角，提出STEM教育理念与生物实验教学的有机融合迫在眉睫，同时也強调了加快推动中国STEM教育的研究与实践。

关键词：STEM 生物教学 实验教学 融合

长期以来人们把生物实验分成两种基本形式，一种是演示性实验，一种是学生分组实验，演示性实验着重培养学生的观察能力，分组实验利于培养学生的操作技能以及如何验证生物学原理。这样的指导思想和教学目标决定了我们生物学科实验的性质和基本教学方式。新《生物课程标准》并没有排斥和否定演示实验、随堂实验、学生分组实验等这些基本结构。反而更加强调“倡导探究性学习，力图改变学生的学习方式，引导学生主动参与、乐于探究、勤于动手、突出创新精神和实践能力的培养”。而现在的 STEM教学理念正是体现生物实验教学以及培养学生理性思维的崭新理念。

一、STEM 教育的起源

STEM 是科学、技术、工程和数学四门学科的简称，它分别用Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）、Mathematics（数学）的首字母来表示。国际技术和工程教育协会（ ITEEA） 将 STEM 定义为整合了科学、技术、工程和数学四大要素的新兴跨学科课程，强调多学科的交叉融合。

二、我国的STEM教育现状

近几年，STEM教育在我国快速兴起。但我国STEM教育还刚刚起步，目前我国的课程建设、教育标准与评估机制等方面还很不成熟，不同专家对STEM教育的理解、解读也千差万别。STEM教育的推进还有赖于系统的顶层设计，有赖于跨部门的协作和全社会的参与，有赖于科学有效的研究引领和广泛深入的实践探索。广大教师对STEM教育的认识还不够深入，有待于进一步深化，这应该与教师缺乏对STEM教育系统的学习及缺乏STEM教育具体的实践等有关，教师还非常缺乏STEM教育方面的培训。鉴于此，2017年初，教育部印发《义务教育小学科学课程标准》，明确建议教师在教学实践中尝试STEM教育。2017年10月印发的《中小学综合实践活动课程指导纲要》也明确地将创意物化能力培养作为课程目标，推荐了体验物联网、用计算机做科学实验、开源机器人初体验等活动主题，引导中小学开展STEM教育。2018年1月新颁布的普通高中课程标准中，很多学科也都明确渗透或倡导了STEM教育思想。

三、我国STEM 教育与生物实验教学

21世纪是知识与经济全球化的时代，科技创新的作用愈加凸显。在教育领域，对创新型、综合型人才的培养需求与日俱增、迫在眉睫。为此，我国出台了2017年版《普通高中生物学课程标准》，新课程标准把培养学生的核心素养作为目标;现行的生物学学科核心素养满足“面向全体学生”、“提高生物科学素养”、“倡导探究性学习”、“注重与现实生活的联系”等原有课程理念，同时加强了原有“三维目标”的融合，综合性提升，关注范围更加广泛。为了达成这样的教学目标，在教学过程方面我们要更加重视学生的实践经历。重实践就是强调学生学习过程是主动参与的过程。而生物学科是一门以实验教学为基础的学科，生物学的很多结论是通过实验得出的。为了加深学生对生物概念的理解和提升对知识的应用能力，就要适当的将跨学科知识运用到实践活动中去，而STEM教育的兴起正是为解决这个问题而生。因此，将STEM教育理念与生物实验教学有机融合迫在眉睫。

把STEM教育融合在生物实验教学中，能充分激发学生对生物学科的学习欲望，同时能对学生的探究能力、逻辑思维能力、生物学科素养以及理性思维等能力的培养打下坚实的基础。

STEM 教育渗透生物实验教学案例1：水果电池

生物学知识：

（1）细胞中的水

结合水：与细胞内的其他物质相结合

自由水：以游离的形式存在，可以自由流动

（2）细胞中的无机盐

阳离子：Na+、K+、Ca+、Mg2+、Fe2+、Fe3+

阴离子：Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-

原理：

（1）水果中的酸性液体相当于电解质溶液，由于铜和锌（镁）的金属活性不同，其中较活泼的金属锌（镁）能置换出酸性液体中的氢离子——锌电极上的锌单质脱去电子形成锌离子，进入酸性液体中;脱去的电子通过导线流到铜电极，与酸性溶液中的氢离子结合，形成氢气分子。

（2）导线中的电流驱动发光二极管工作。

材料用具：

苹果、柠檬、西红柿等新鲜多汁的水果，可乐、1.5V碱性干电池2节、1.5V螺口小电珠、大头针、铜片若干、锌片若干、导线若干、水杯、鳄鱼夹线、发光二极管、数字时钟。

效果实图：

STEM 教育渗透生物实验教学案例2：奇特的眼睛

生物学知识：瞳孔，是动物或人眼睛内虹膜中心的小圆孔，为光线进入眼睛的通道。虹膜上瞳孔括约肌的收缩可以使瞳孔缩小，瞳孔开大肌的收缩使瞳孔散大，瞳孔的开大与缩小控制进入瞳孔的光量。

原理：虹膜呈圆盘状，中央有瞳孔，位于角膜和晶状体之间;颜色因含色素的多少和分布而异（中国人：棕色）;含两种平滑肌纤维;瞳孔开大肌，收缩时瞳孔开大;瞳孔括约肌，收编时使瞳孔缩小。

材料用具：亮度不同的电筒、干电池10支。

实验效果：学生通过亲身体验后，寻找合适的教学模型将数据分析结果客观地呈现，并对数据进行有效、合理地分析，从而有效地提升学生科学素养，促进理性思维的养成。

总之，我国STEM教育还在路上，STEM教育的推进和发展还有赖于我们大家付出艰辛努力;老师们，路还很长，我们任重道远！