基于STEM 教育的高中生物课堂教学探究——以《生态系统的结构》为例

STEM 教育是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、数学(Mathematics)教育的统称，在众多孤立的学科中建立一个新的桥梁，为学生提供整体认识世界的机会，通过将四个领域内学科知识和技能的教与学整合到教学中，使学生学习的零碎知识变成一个互相联系统一的整体，以消除传统教学中各学科知识割裂和学生综合解决实际问题的障碍，是一种跨学科的学习方法。从教育方法看，STEM 提倡实践体验式教学。它符合杜威“做中学”的教育理念，强调体验和实践在教育中的深度参与，使学生经历在做中思考、在做中探究、在做中研习的学习历程。笔者尝试结合校本课程---实践型生物课程的构建研究(玉米的种植)，基于STEM 教育进行《生态系统的结构》教学。

一、基于STEM 教育的《生态系统的结构》教学案例

1.教材内容分析 本节内容为必修3 第5 章第1 节《生态系统的结构》。根据《高中生物课程标准》的要求确定重难点是学习构建模型，突出生态系统内各组分间的相互关系和地位，体现生态系统是一个统一整体。

2.设计思路 基于STEM 理念通过自主合作探究拍摄玉米地生态系统，构建成分间的相互关系模型，体现生态系统是一个统一整体，结合资料掌握生态系统的营养结构。

3.教学目标 讨论某一生态系统的结构并掌握。(S 科学目标)

利用多媒体技术拍摄并剪辑可用于教学的生态系统。(T 技术目标)

通过设计拍摄流程以及构建生态系统组成成分间的相互关系模型，提高科学探究能力。(E 工程目标)

利用数学方法计算并归纳食物网中食物链条数。(M 数学目标)

4.教学过程 创设情境引出实践任务：展示《玉米的种植》资料。基于对该生态系统的初步了解，提出问题(什么是生态系统?包括哪些组分? 相互间有何关系? 如何计算食物网中食物链条数?)和发布任务(完成玉米地生态系统的拍摄)。设计意图：基于STEM 的情境性，通过资料，激发学生学习兴趣。分组拍摄玉米地生态系统，完成教学目标和学习任务。

提供资料与工具：平板和校本教材。设计意图：基于STEM 的开放性，查阅相关资料，培养学生收集处理信息和获取新知识的实践能力。

设计方案与实施方案：1)、拍摄过程中体现生态系统的组成成分。2)、根据成分作用构建成分间的关系模型3)、拍摄玉米地中可能出现的营养结构，计算食物链条数。设计意图：基于STEM 的原则，合作完成拍摄和构建模型，培养学生设计方案和实施方案的能力。

表达与交流、评价与反思：播放视频，展示并讲解模型。学生互评、教师点评与总结。设计意图：基于STEM 的开放性和协作性，通过对交换的视频及模型进行观察与讨论，对比模型的异同中对生态系统是一个有机整体的认识以及对相互关系有进一步的理解，培养学生观察事物发现问题、表达与交流能力。

5.教学反思 基于STEM 教育的课堂教学，从工程学的角度拍摄熟悉的生态系统，学习其结构，懂得生态系统是一个统一的有机整体。从数学角度归纳计算食物链条数的方法，有效提高学习效率。完成本节学习内容既培养学生的创新实践能力，又提高学生的学科素养和综合素养，从而促进学生全面发展。

二、基于STEM 课堂教学遇到的问题及改进建议

问题：不是所有的课题都能基于STEM 的角度进行教学；目前为应对高考，教学上仍旧主要关注学生的学业成绩，评价单一；笔者与多数教师专职本职学科，不具有深厚的跨学科知识和丰富的教学技能。

改进建议：1、课程内容要少而精：STEM 课程内容不仅要使学生在有限的课时内学习到最有价值的生物学知识，还要反映出时代的特点与技术的进步。因此，“精”要求在课程选材上凸显重要概念的地位，删除细枝末节的内容；“精”要求学生学习本课程后，对于重要的生物学概念应能较好的理解与应用，从而形成生物学核心素养(教育部，2017)。2、教学评价力求多元化：STEM 教育更加关注学生的全面发展，注重学生的发展潜能和进步。如在实验探究课堂中从参与度、成果展示的表达等多个方面，多维度、全过程、“自评-互评-教师评价”一体的评价方式进行评价。3、注重提升教师的STEM 素养和专业知识：这种素养和专业知识的获得与提升是一个相对漫长的过程。教师需主动追求STEM 专业发展，研读STEM 教育有关的书籍，如学习并研究《STEM 项目学生研究手册》，能够使从未独立设计过实验的教师也能自信地指导学生完成他们的实验；多与有STEM 教育经验的一线老师交流学习；养成写反思教学日记的习惯，将反思的结果指导教学实践。