核心素养引领下的高中生物STEM项目活动研究

罗媛媛

[摘           要]  在高中理科教育中，高中生物作为教学中的重点、难点，为了能够有效提升学生的学科素养，必须采用新型科学的教学模式。STEM项目活动作为一种综合型教学方法，能够有效提升学生的综合素养，实现高中生物教学的最终目标。基于此，首先分析核心素养和STEM项目活动的含义，进而以相关生物项目为例，提出核心素养下开展高中生物STEM项目活动的方法。

[关    键   词]  高中生物;核心素养;STEM项目活动;方法

[中图分类号]  G712                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2019）24-0276-02

STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四门学科英文首字母的缩写，可以有效提升学生的问题解决能力、团队协作能力，激发学生的创新与创造能力，提升学生的核心素养。高中生物作为理科教学的重点和难点，为了有效提升学生的综合素养，必须充分发挥STEM项目活动的优势，让学生以项目活动为基准进行学习、探究、合作，从而得到最终的项目结果，突出学生的主体性，推动学生全面发展。

一、STEM项目活动相关阐述

STEM项目活动是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四门学科总称，其中科学让学习者认识客观世界，解释自然客观规律;技术与工程是在全面尊重自然规律基础上对世界进行改造、控制、利用、解决问题;数学是工程学科、技术领域中的重要工具。由此可见，人类社会中有很多的问题都无法采用单一学科解决，要科学利用多学科共同解决问题。

STEM项目活动重视开放教育动态课程，要求学生能够充分利用现有知识解决实际问题，拓展学生的知识体系，让知识体系变得更具生命力。同时STEM项目活动还强调各个学科的优化整合，通过学科融合解决问题。关注实验探究与实践过程，具有科学性特点;强调社会共同参与，突出社会性特点。

二、核心素养理念

核心素养是指学生应具备、能够适应终身发展、社会发展必要的能力与品格，是一种潜在的能力素养。通过不断研究学生的核心素养，是实现立德树人的重要举措，也是我国教育与国际教育接轨、提升我国教育竞争力的迫切需求。

生物核心素养作为学科素养的重要组成部分，是指学生参与经济活动、社会活动、生产实践、个人决策所具备的生物知识、生物探究能力以及相应情感态度与价值观等。生物核心素养能够反映学生对生物领域知识、技能的掌握情况和应用能力，并在已有的基础上不断提升科学素养能力。生物学素养作为生物核心素养形成的必备条件，提升每个高中学生生物素养是生物课程标准实施的重要任务。

三、核心素养下高中生物STEM项目活动开展策略

在STEM项目活动中，需要重点关注学生共同参与的生物实验探究，笔者在多年教学中不断总结，最终探索出发展学生生物核心素养的有效途径。其主要表现在：

（一）掌控生命观念，体现生命性

由于学生思维品质、知识储备、个性特点、经验累积层面的差异，所以在STEM项目活动需要展开动态开发，推动学生个性发展，学习场所不仅仅局限在班级、学校，而是整个自然生态，这样更有助于学生理解生命过程与现象。

如在“种群和群落”章节学习完成之后，笔者指导学生进行“探究土壤中动物类群丰富度”的研究试验。学生利用个人时间展开理论学习、实践操作、校园内外动物生境调查、研究成果交流、研究展示、拓展延伸等活动，走出课堂面向大自然，整个校园、实验室、校外场地都是学生可以进行研究的场所，运用学生所学知识，积极探索科研机构提出的理论指导和技术支撑，学习不同理化性质对土壤动物群落的影响、大型土壤指示动物生态毒理试验、土壤动物监测等，主动探究生命活动的相关信息。在整个探究性活动当中，由于是开放的学习内容、动态的活动过程，从而实现课堂知识拓展与延伸。在活動探究当中，学生会自主用生命眼光看待客观世界、解读生命现象，从而不断提升学生的生物认知力、问题解决能力，彰显出STEM项目活动的生命性。

（二）提升理性思维，彰显融合性

STEM项目活动鼓励科学、技术、工程、数学的多样化学科整合，在学生解决实际问题当中不断培养学生的理性思维。

在学生学习并掌握了微生物知识内容后，结合DNA水平的研究方法开展“当地水环境微生物群落组成和多样性研究活动”，采用科学的学习流程，通过“查询相关资料—准备实验材料—采集实验样本—展开实验—细菌多样性分析—检测并分析水质情况—分析实验结果”学习体系，灵活采用文献法、样品采集与分析法、实验检测法，利用互联网技术对16SrDNA测序以及PCR克隆技术，结合所学的数学知识绘制出水体微生物的J型、S型曲线，建设数学模型，采用概括、归纳、推理、演绎的方法，自主构建水体分离细菌系统的模型树，找出水体当中自己不认识的细菌，为后续研究新型微生物资源开发提供数据支持。由于当今城市周围水体污染较为严重，学生在自主研究当中也会发现当地水体缺乏安全性，不适合与人体直接接触，需要进一步加强水体管理，特别是城市周边的生活污水、工业废水、农业废水等，必须从源头上加强水环境的保护。通过整个实验流程论证出水体安全的生物学社会议题，让学生以理性思维看待当今环境的水环境。

在整个STEM项目活动流程中，学生会充分利用生物知识、数学知识、物理知识等，实现了多学科的整合应用，为提升学生的问题解决能力、思维能力奠定了基础。

（三）展开科学探究，突出科学性

STEM项目活动是以学生作为活动主体，需要学生全身心地投入动手实验当中，在整个实验流程中，探究、掌握新知识，认识到生物科目的真谛与本质。在核心素养背景下，高中生物教学倡导科学探究，这与STEM项目活动理念相吻合，能够有效提升学生的学科素养。

例如在“对比H2O2在不同条件下的分解”活动中，笔者决定采用“先思考、后实践”的方法，在多媒体上播放一段本节课主题的视频内容，学生在观看实验视频过程中即可发现其中的科学性问题：（1）分别向试管中添加氯化铁和肝脏研磨粉，可能不利于对比气泡的产生量;（2）在两个试管中分别插入带火星的木条，无法实现带火星木条同步插入，效果对比不同步;（3）带火星木条容易触碰到试管壁直接熄灭;（4）如果采用两个带火星木条无法满足对照实验中单一变量原则。学生发现这些问题后，可能会直接影响最终实验结果的精度、可靠性。部分学生还提出在对比试管中氧气浓度等实验环节也存在这种情况。

笔者在课堂上引导学生考虑“是否能够设计出同时对两支试管化学反应产生气体定性同步对比实验装置？”“怎样保证实验过程的科学性、合理性？”之后将学生分为若干小组，共同研究以上问题的方案。学生通过查询资料、小组分析等方法，对实验要求、对比实验单一变量进行深度认识和了解，可以有效激发学生对生物知识的学习兴趣，每个小组设计实验改进方法。在活动完毕后笔者将学生小组众多方案进行整合，有一个小组的方案最有创意，该方案通过多次修改，最终可以实现两支试管化学反应所产生气体浓度定性对比分析，同步进行实验操作演示。本次开展的“对比H2O2在不同条件下分解”实验活动，学生可以全面分析实验现象与实验结果，并从中找出问题，尝试用生物、物理知识解决实际问题，提升学生间的探究能力、合作能力、创造能力。

（四）强化社会责任，体现社会性

STEM项目活动关注社会热点、难点话题展开实验研究，而对社会热点话题，学生通过开展STEM项目活动也能够感受到更深层次的含义，从而提升学生的社会责任，体现STEM项目活动开展的社会性。

如在“花生根茎水煮液对小鼠血糖的影响”项目活动当中，学生针对项目主题内容提出个人的看法和观点，提出相关问题。教师引导学生查询资料，对问题展开深度研究并凭借他人观点，分析课题背景因素。在STEM项目活动当中结合之前所确定的主题，结合西药在降血糖、降血压方面存在的副作用，提出各项项目，如“玉米须降血糖”“翻白草泡水降血糖和血压”“葱须配红酒降血压”等。教师引导学生掌握每个课题的核心话题，包括：“如何减少药物毒性和不良反应”“如何采用更加常见、便捷的方法降血糖、降血压”等。很多学生针对“花生根茎水煮液对小鼠血糖的影响”项目进行资料查询，提出闽南有农民采用新鲜的花生地下根茎服用治疗糖尿病，但是网上搜索的信息不够完善或不够详细，缺乏科学依据。闽南地区盛产花生，每年农民在花生收完之后，花生根茎直接归田用作肥料。因此，可以通过本实验证明花生根茎水可以起到降血糖的作用，这样既可以开发出新型降血糖的措施，让花生根茎变废为宝，也能够解决农民就地用药问题，降低花生种植开支，一举多得。通过该项活动可以让学生认识到生物知识的作用，能够有效服务于社会和个人，从而强化学生的社会责任。

综上所述，科学展开STEM项目设计活动，加强科学、技术、工程、数学整合，让学生从实际出发，通过个人实践掌握知识的形成过程，创造性地提出客观问题的解决方案，这样才能有效提升学生的生物知识应用能力。在STEM項目活动开展当中，教师要以学生展开实验探究为主，重点培养学生的创新思维、实践能力、综合能力，这样才能够满足提升学生生物核心素养的要求。

参考文献：

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[6]蒋学琴.基于STEM教育理念的高中生物学教学设计与实践研究[D].闽南师范大学，2018.

◎编辑 马燕萍