STEM教育理念下高中生物学选修课程体系的建设

陆夏君

(浙江省杭州第十四中学 310006)

我国现行必修课程是建立在对知识加以分类基础上的分科课程，课程定位是以精英教育和升学取向为主，课程实施的核心内容是以教材为知识载体，以掌握知识内容为主要目的，纸笔测验是主要的选择人才方式。此课程体系对培养学生良好的学科素养、环境意识、创新精神和动手实践等有一定制约，在现行的高中生物学科中尤为明显[1]。因此，高中生物学选修课程体系的建设刻不容缓。由于生命科学的严密性、复杂性，以及未来生物科学的发展需要更多的复合型人才，尤其是那些既擅长理化知识又会数据处理、还会编程建模的跨学科优秀人才，这正契合STEM教育的核心理念。生物学这样一门以实验操作为重心的学科，能为学生提供大量动手操练的课堂体验，如果课程设置中再引导学生参与项目活动和问题解决，将必修课程学到的生物学知识积极应用到生活生产实际，甚至于世界重大挑战时，必将使学生更深地感受到这是时代的紧迫需要，也只有这样才能满足人民日益增长的美好生活之需要[2]。

1 基于STEM教育理念下生物学选修课程体系的设计

1.1 选修课程体系的设计原则 ①注重学生创新思维的培养，即综合运用科学、技术、工程和数学知识提出项目、分析论证和实施解决的实践能力；②改善学生的学习方式，尽可能以探索、模仿和体验等适合个人特点的学习方式为主；③培养方法侧重在科学探究、科学实验、社会实践和合作交流；④课程体系要完整，将相关课程一体化建设，即以课程群“打包”方式构建，尽量减少课程的碎片化[3]。

1.2 选修课程体系的评价原则 所有的评估与考试都是为了让学生知道如何改进。因此，务必改变学科本位意识，要认识到考试只是重结果评价的一种方法，要形成符合选修课程的多元评价目标、多样评价工具和多个评价方法。从终结性评价体系(考试)往发展性评价体系转化，即重视过程评价，如通过口头评价、即时评价、学生情感体验评价和小组合作群体评价等，最大限度地介入学生成长过程中，而不过分强调甄别与选拔功能[1]。

2 STEM教育理念下生物学选修课程体系的类别规划

我校有两个校区，一个在市中心，校园精致、生源优秀；一个在郊区，生源普通，但校区面积较大，土地资源丰富，学生全寄宿。依据学校特色，再根据学生个体特征、兴趣爱好和发展去向，将生物学选修课程规划成三大类： Ⅰ类基础课程、Ⅱ类拓展课程和Ⅲ类卓越课程。其中市中心校区偏重于Ⅱ类和Ⅲ类课程，而郊区校区侧重于Ⅰ类和Ⅱ类课程。

2.1 Ⅰ类基础课程 Ⅰ类基础课程是满足学生兴趣的发展需求，提高学生生活能力。为面向全体学生即未来社会合格公民的需要，基于基本的生物学核心素养中的“生命观念”，引导学生自主认识生命世界、体验感受生命活力，解释常见的生命现象和健康生活。

2.1.1 走进植物世界课程 走进植物世界课程主要是普及植物学分类知识。

例如，要求学生识别出50种以上常见植物，学习植物命名的方式，构建植物进化系统树，体验物种多样性，感恩大自然的馈赠。从学校的资料库中认领喜欢的草本植物，尝试制作植物分类检索表。实地种植南方农作物有： 萝卜、胡萝卜、芹菜、菠菜、蕃茄、茄子、黄瓜、辣椒、毛豆、蚕豆和大蒜等。实地种植一方面使学生掌握最基本的栽培技术，同时也极大地激发学生学习生物学的兴趣，提升校园生活的乐趣。

在此基础上，再让学生搜集植物生理学方面的最新研究成果、前沿进展，加深对植物细胞、水分与矿质营养和植物体物质代谢等的理解。

2.1.2 实用生物学课程 实用生物学课程主要是认识各种标本制作的常见工具和材料。

例如，学会制作校园内常见植物标本，识别常见化验单、分析化验数据，利用实验室仪器判定血型，并对血液病的临床类型和现代医学对血液病的治疗有初步了解。学习初级医学知识、护理知识，对常见的一些突发状况(如溺水、中暑和心脏病等)会急救护理。分析常见疾病病原体(禽流感病毒、幽门螺旋杆菌和狂犬病毒)，调研学校食堂、超市食品中的添加剂、增稠剂和塑化剂，解析香烟的危害，从而提升自我保护能力。对校园池塘水质、校园垃圾分类及附近社区垃圾分类、环保生活和五水共治状况进行综合调查，分享讲述生态环保行为，塑造生态价值观，培养生态文明素养。

2.2 Ⅱ类拓展课程 Ⅱ类拓展课程是为了满足学生个性化发展需求，将学生兴趣转为学力，面向对生物学有浓厚兴趣、对生命探究有极强好奇心的学生。通过Ⅱ类拓展课程，让学生获得“运用知识的艺术”，将知识迁移到实践，精彩尽在“学以致用”之中。

2.2.1 侧重自主实验的拓展课程 通过别具匠心的系列实验设计和探索，培养学生“科学思维”和“科学探究”的生物学核心素养。

例如，用化学提纯法测定蔬菜中的维生素C、利用传感器探究光强对光合作用的影响、自设简易装置测定小动物呼吸速率、制作坐骨神经——腓肠肌标本、学校池塘水滴中的微生物世界、舌尖上的童年——自制桂花酒酿和橘子罐头等。对小实验的寻找和不断尝试，尽可能开启学生各种感官，以发现世界的不寻常之处。学生可以小组为单位自主创意并完成小实验成为学校选修课程一大特色。

实践STEM教育理念，引导学生运用数学和科学的知识和技巧分析并解决生物学中定性的、定量的和生命系统的问题。当学生动手操作后，就会明白那就是基本的科学知识。通过一次小小的物质测定、一个小小的细胞实验和一滴自然水的观察，均传递给了学生这样的信息： 世界是奇妙无比的，自然是无限广博的，还有许多未知的科学，需要自己去探索和发现。

2.2.2 基于项目学习的拓展课程 通过任务驱动，团队合作，完成生物学项目，培养生物学创客思维。

基本的流程包括： 学生决策立项(如再生材料设计太阳灶、海水淡化系统、小区垃圾无害化处理系统、心中的生物圈二号、创建生物学网站、生物学数学建模和生物学中的化学问题等)→组建项目团队→制订自主学习和合作学习计划→项目过程管理(记录、修正和完善)→项目产出(提出可行性建设方案，可行性论证报告或成果数字化展示)→教师总结性评估。

项目学习迫使教师变革课堂的教学方式，倡导生态性学习，培养学生质疑精神、理性态度，从而敬畏生命，守望科学[4]。

2.3 Ⅲ类卓越课程 Ⅲ类卓越课程是满足学生专业化发展的需求，成就学生在生物学领域中的卓越表现。面向致力于生命科学并愿意在生物学领域开拓和创新的学生，如参加生物学奥赛、创新大赛的优秀生。

例如，分子生物学、基因工程和细胞工程作为生物学的前沿与生长点，涉及了生物大分子的结构与功能、生命现象本质的研究，在生物学的发展中尤其重要。开设这些内容的课程，可为生物学研究性学习提供更多的研究项目与思路。涉及到的所有实验技术含量高，生物学素养要求水平较高。

生物学卓越课程创新设计的目标是培养优秀生“走向生物学家之路”，为此学校还配备系列卓越课程供学生选择： 如“探索细胞的奥秘”“破译基因的密码”“解析生命的稳态”“植物组织培养”“人体生物实验”和“生物信息学”等。这些课程基本上侧重于生物学微观领域、科技领域，均是生物学发展前沿和热点所在，其中动手实践操作是该类课程的最大亮点。

以上三类课程的设置，都充分地考虑到STEM教育概念化的共同语境(即基于项目的教学)，在基于项目的教学环境下，充分地考虑到在现实生活中的运用，从而引领学生将生物学、化学、物理、技术和数学等学科进行有效整合。这类课程可以引导学生从不同角度探究真实世界，让学生成为更加理性的人，能对人生、对未来作出更加睿智的判断，也为未来的职业选择和个人发展奠定基础[4]。这三大类课程与生物学核心素养培养间的关系如图1所示。

3 STEM教育理念下的生物学选修课程资源的开发

3.1 课程资源的收集 具体如下：

3.1.1 来自于校内资源 如校本选修课程、地方课程读本、本校高学历教师可选资源、网络资源、校图书馆、其他优秀教材和中学丛书等。校本选修课程可与国家必修课程接轨。

3.1.2 来自于校外资源 如学校的优秀毕业生，学校的优秀学生家长，科技馆、博物馆和高等院校。浙江省普通高中选修课程建设的指导意见“构建各具特色的选修课程体系，推进高中多样化办学。”亦充分说明选修课程的开发还是有较大自由度的，只要保证在课程开设原则之内即可。

3.2 实施选修课程的条件 生物学选修课程主要是在生物学实验室内完成，所以创建数字化、创新型生物学实验室和STEM微探究中心是课程顺利完成的必备条件。

3.2.1 学校数字实验平台 以数字实验为主导的创新实验平台，主要由传感器、数据采集器、计算机及配套软件和相应的实验仪器设备构成，集数据测量、采集和处理的智能化系统，这在很多学校已经成为标配，为生物学选修课程顺利开设创造了条件。

3.2.2 其他创新探究平台 如果条件允许，还可考虑建设STEM微探究中心，实现高中科学、技术和工程综合实验操作平台。

学生可以联系数科知识内容进行一系列自主探究实验、探究活动及生物学选修课立项课题的研究活动。