基于STEM“四基”的高中生物深度学习

谢雪锦

摘要：STEM是指科学、技术、工程和数学四门学科的有机整合，“四基”是指以科学为基点、技术成基石、工程做基础、数学设基准。本文以高中生物教学“DNA的粗提取”为例，通过“保基点、筑基石、夯基础、定基准”四基融合，为学生创设深度学习的情境与环境，让学生将所学生物学知识创造性地应用于实践，并在STEM视角下开展高中生物深度学习，以期培养学生的创新思维和科学实践能力，提升学生的STEM素养和综合素质。

关键词：STEM   “四基”   高中生物   深度学习

STEM教育是指科学、技术、工程和数学四门学科的有机整合，在创设的真实情境中，以解决趣味性、挑战性问题为目标导向的创新性学习实践活动，学生通过项目活动解决问题，从而学习知识、提升技能。高中生物的深度学习是指基于真实情境的探究活动，是以问题为核心的高阶思维的学习活动，它的引入与实践和STEM教育倡导的理念不谋而合，所以它们之间有着天然的内在联系。

其中，科学（S）是STEM教育的中心和重点，也是STEM教育的基点;数学（M）是STEM教育的量化评测基准;围绕基点建设的中坚力量支撑的技术（T）是STEM教育的基石;工程（E）构建了STEM教育的重要基础组成部分，这就是STEM教育的“四基”。下面，笔者以高中生物“DNA的粗提取”教学为例，通过STEM“四基”在高中生物教学中的应用和融合，有效促进了高中生物深度学习。

一、STEM教育在高中生物教学中的作用

STEM教育强调在情境中的创新合作学习，具有跨学科学习、注重培养实践等特点，学生可在深入理解科学的基础上进行深入学习。在高中生物教学中，教师可基于STEM教育的理念，为学生深度学习创造最佳的学习条件，让学生把已经掌握的知识运用于实际生产和生活中，探索未知的世界，并举一反三、触类旁通，激发探究意识。在解决高中生物实际问题的过程，教师从STEM的角度教学生物科学知识，可以培养学生的科研精神，提高学生的学习质量和综合素养，激发学生生物学习兴趣，带着兴趣去研究生物学。这样一来，能促进学生对高中生物进行深度学习，而STEM教育也将是学生进行高中生物深度学习的有力推手。

二、STEM教育视角下高中生物深度学习

1.保基点——科学理解DNA粗提取实验的原理

STEM教育的基点就是指科学“S”，是让学生运用科学知识来理解自然界中的种种现象，并获得相应的科学素养，这是STEM教育的中心。

比如，在DNA粗提取的教学中，科学理解DNA粗提取原理，是教学内容的基点，只有确保基点准确不变，才能正确地引导学生学习粗提取DNA的相關知识。DNA粗提取的实验目的是让学生初步掌握DNA粗提取的方法，通过实验学会如何将蛋白质和DNA分离。该课程要求学生熟练掌握实验过程和操作要领：加入蒸馏水，破碎细胞→过滤，获取含DNA的滤液→溶解、搅拌，去除滤液中杂质→加入冷酒精，搅拌，析出DNA。接着，教师引导学生深入学习为什么用玻璃棒搅拌，而不能用塑料棒，为什么容器最好用塑料杯而不用烧杯，使用不同浓度的盐水和冷却的酒精的原因。运用STEM项目活动开展教学，能够引导学生结合已有生物知识学习粗提取DNA，主动学习和讨论DNA粗提取实验的不足之处与改进方法，体会现代生物技术与实际生活的联系，加深学生对生物核心概念的理解。

2.夯基础——精准选择DNA粗提取的实验方案

工程“E”是为解决具体问题，由实验目标和科学知识支撑，经各类技术恰当组合后予以实施的、具有系统的和可重复性地完成解决问题的过程框架，是一种自主的创客制造活动或过程，它是STEM教育的基础，是研究的主体框架。

STEM教育中，工程基础的夯实，让学生在实验与探究的基础上拓展和延伸知识。

比如，在DNA粗提取实验中，教师可以提问：“在全民共同努力抗击新冠肺炎疫情期间，新冠肺炎的确诊是要通过从呼吸道标本或血液标本实时荧光RT-PCR检测新冠肺炎病毒核酸阳性。高中生如何借助简单的家庭工具，轻松地完成DNA粗提取呢？”从而启发学生从取材、实验操作的简便性、实验结果外显性等各个方面进行斟酌，寻找最适合在家中提取自己DNA的方案，并将所学生物知识灵活地应用于解决生活实际问题方面。经过深入学习与讨论，优选出粗提取自己DNA的实验设计方案用自己的口腔上皮细胞替代血液，将烦琐的提取过程简化成以下步骤：提前收集好的唾液（含有口腔上皮细胞），置于一次性杯子中→向唾液中加入几滴洗洁精，用筷子充分搅拌→加入几滴新鲜的木瓜汁，充分搅拌，使之充分混合→加少量食盐，缓慢搅拌→加入与唾液等量的预冷白酒（55度以上），用筷子轻轻地向一个方向搅拌→絮状物形式被析出即为自己的DNA。此方案中，学生可以进行知识迁移，选择出合适提取自己DNA的方案，用简单易得的实验材料粗提取自己的DNA，从中感受实验的乐趣，助力学生创新思维的发展，并感悟科学的发展对人类健康和发展的重要性，最终建立科学的价值观，提高学生的实践能力。

三、结语

在STEM视角下，笔者积极探讨了STEM教育与高中生物教学的结合点，围绕STEM教育“科学基点、技术基石、工程基础、数学基准”四基深度学习DNA粗提取的相关知识，通过设置新的情境问题，保基点、筑基石、夯基础、定基准，在解决问题教学中“四基”融合，环环相扣，相互支撑，通过将所学知识创造性地应用于实践中，激发学生的学习兴趣，引导学生成为学习的主人，设置新的问题情境，并在锻炼学生的STEM素养过程中，培养学生的创新思维，积极推进高中生物深度学习，发展学生的生物素养。

参考文献：

[1]刘玉荣，史鹏园.“深度学习”视野下高中化学实验教学：问题与对策[J].化学教育（中英文），2018（17）.

[2]杨晓东.深度学习视野下的化学教学设计——以高中化学必修二“甲烷”教学为例[J].化学教与学，2018（1）.

[3]陈军.STEM教学视野下化学深度学习设计研究——以粗盐提纯为例[N].名师在线，2018-10-15.

※本文系福建省教育科学“十三五”规划2019年度立项课题“基于STEM教育的高中生物探究课程设计与实践研究”，编号：FJJKXB19-521。

（作者单位：厦门市松柏中学）