聚焦生物学概念的STEM活动研究

陶晓霞　阮秋玲　李秋石　李蓉

摘   要：随着信息技术的快速发展和时代的迅速变革，教师如何在教学实践中融合学科知识以开展STEM教学正受到广泛关注。为此，广大初中生物学教师聚焦生物学概念，构建了以“挖掘生物学概念——外显生物学概念——活化生物学概念——内化生物学概念——发展生物学概念”为路径的初中生物学STEM活动设计模型，以期为在初中生物课堂教学中开展STEM教学提供参考。

关键词：初中生物；STEM；生物学概念

中图分类号：G633.91   文献标识码：A   文章编号：1009-010X（2023）03-0061-04

STEM教育作为当今全球教育领域的一个热点话题，已成为落实学生核心素养的重要方式之一。随着信息工业革命4.0时代的来临，互联网+、5G、人工智能等新信息技术被应用到了教育领域，同时世界各国政府也都十分重视对中学生核心素养和全球竞争力的培育。起源于美国的STEM是一种以跨学科整合为前提的理念运动。德国早在2008年就发布了《德累斯顿决议》，将STEM教育列为发展的重点，并在2019年出台了新的STEM行动计划。芬兰于2016年制定的国家课程纲要中也明确指出要利用跨学科综合课程来突破传统专业的壁垒，以训练学生的跨专业创新能力。在“双减”政策和“五育并举”教育政策的指导下，我国国务院明确提出提高教育教学质量的重要途径是在深化课堂教学改革的同时推进项目化学习，STEM教育与项目化学习融合可使学生围绕具体问题开展跨学科实践活动，进而达成知识迁移。《义务教育生物学课程标准（2022年版）》在教学建议部分强调跨学科实践和综合学习，提倡主题式、项目式、单元式等教学，并将跨学科实践活动和其他学习主题内容有机结合起来。以上无不说明STEM教育已越来越成为不少国家、地方和院校提升教学质量、调动教学积极性的热点与出发点。

一、生物学概念与STEM教学的关系及特点分析

（一）生物学概念是STEM教学设计的工具

目前，概念在科学教育领域中被高度关注和重视。究其原因，主要涉及以下两个方面：第一，它可以应对由知识骤然增长而给课堂教学带来的巨大挑战，即通过生物学概念优化学科知识体系及结构，由此可实现学科课程“少而精”的目标。第二，它既可应对知识支离破碎的现象，又可解除学科知识内部的郁结，同时通过运用生物学概念还可实现学科单元内部要素之间、学科各个模块之间以及学科与生活之间的紧密关联。

聚焦生物学概念的初中生物学STEM活动既是以生物学概念为核心的一种STEM教学设计活动，又是以逆向教学设计理论和建构主义理论等为背景的一种教学设计活动。既是对传统教学教师主体理念进行的一次跨越和反击，又是对学生学习主体地位的一次有力保证。生物学概念内涵丰富，主导性强，所以是初中生物学STEM教学设计的核心、主线和基础。

（二）生物学概念与STEM教学具有内在关联性

生物学概念的学习高度融合了生物学核心知识、关键能力和学习态度，因此是培养学生核心素养的重要承载方式之一。在教学生物学概念的过程中，教师要注意将学习实践与做人做事联系起来，即不仅要关注学生生物学事实知识的获得，还要注重学生科学探究能力和积极正面学习态度的培养。

生物学概念的系统化和逐步生成性使得STEM活动的学习实践过程与生物学学习的整合成为可能。对此我们可以从广义、系统两个视角来看待生物学课程的教学，即把生物学概念的生成路径视作课堂教学的主线，由此既可实现学生对科学知识、科学方法的获得，又可将知识的获得与科学思维的形成以及对生物学科意义的理解和价值观的发展有机统一起来，这不仅可使学生在STEM活动实践过程中获得生物学知识、提升实践技能，又可使学生形成正确的价值观。

二、聚焦生物学概念的初中生物学STEM活动设计模型

结合夏雪梅博士的学科项目化学习相关研究进展，以及陈倩提出的大概念统整的学科项目化学习设计模式、STEM活动融合项目化学习理念聚焦解决实际问题以培养学生学科核心素养的特点，笔者开发出聚焦生物学概念的初中生物学STEM教学设计模型。

（一）依托课标与教材，挖掘生物学概念，确定核心知识

在明确项目主题的过程中要综合分析生物学课程标准与教材中涉及的主题内容，同样在明确项目主题后也要依托生物学课程标准与教材。虽然在教材中没有直接出示生物学概念，但其列舉的生物学事实和相关次位概念对生物学概念体系的形成有引导作用。而生物学课程标准则直接整理出了生物学的三级概念体系。在STEM活动主题确定后，教师要找到其所对应的生物学概念，并确定在问题解决过程中应用到的核心知识。

（二）指向核心素养，外显生物学概念，明确学习目标

STEM教学活动的开展旨在使学生形成学科核心素养和21世纪人才所必需的技能。在STEM教学活动中，学习者既能勇于面对并辩证讨论与交流社会现实问题，同时时刻注意生物科学与技术在社会中的运用，又能辩证地看待科学与技术之间的关系，然后运用自己习得的生物学知识和领悟的科学思维方法分析、解决现实生活中的实际问题，如此可切实做到学以致用。学习目标的呈现会指引学习者有序开展STEM活动，并将生物学概念外显化，如此有助于发挥其独特的育人价值。

（三）联系生活实际，活化生物学概念，设计框架问题

在教学过程中，教师既要结合课标、教材，以确定核心问题和内容问题，又要善于联系社会、生产、生活、当地环境及科技新进展等以创设真实、适宜的新情境。除了真实的情境，还可以创设一些有助于培养学生高阶思维的想象情境，然后围绕生物学概念的学习设计出与生物学概念相关的驱动问题，由此既可调动学生的主观能动性和探究欲望，鼓励学生动脑、动手、动眼、动口，又可引导学生运用所学的生物学知识来分析、解决与生物学相关的现实问题。

（四）立足目标与过程，内化生物学概念，设计项目评价

活动评价要立足于学习目标和活动过程，即过程与结果并重，并施行以表现性评价为主导的多元评价方式。评价体系既要评价学习者对学习目标的达成度，又要评价学习者在活动过程中的实时表现，同时注重学习者在活动过程中的评价和反思，如此既可使学习者于自我评价、小组互评中内化生物学概念，帮助学习者建构知识、发展关键能力，又可助力学习者成为积极的评价者，即使他们认识到评价不是一种监测，而是一种自然的学习过程。

（五）聚焦问题解决，发展生物学概念，设计学习实践

STEM学习活动的核心要点及优势在于对“生活科學实践”和“重大社会热点”中真实问题的关注，并强调教师要围绕真实问题设计一系列探究活动以帮助学生养成学科核心素养和关键能力。真实的问题解决能够驱动预先设计好的活动有序开展，并使其指向学习目标。通过解决日常生活、生产实践、科学研究中的问题，引导学生运用所学知识进行深入思考，寻求问题的解决办法，可使学生在学习实践中动态发展生物学概念。学习实践主要包括四个步骤：1.明确任务，界定问题；2.探究问题，协作交流；3.实践操作，产生成果；4.成果展示，反思评价。在不同的生物学课型中，学习实践的4个步骤可按照不同课型的特点灵活调整。

三、STEM活动的教学设计流程

STEM活动的教学设计流程包括：项目主题的选择、教学前期分析、设计学习目标、设计框架问题、设计评价体系、设计学习实践。

（一）项目主题的选择

活动主题可以从教材、课程标准、高考试题、生产生活、科研成果中选择和确定。其中教材非常注重情境的创设，在联系与运用板块中的拓展应用部分，就是对学生所学知识的进一步延伸，其力求使学生能够运用所学知识来解决生产生活中的实际问题。课程标准以主题为引领，精选课程内容，并以次位概念、生物学概念、大概念的组成形式凝练学科核心知识，如此可为落实学科核心素养提供切实可行的指导意见。近几年中高考试题的设计也十分注重对情境的设置，因此教师可以挖掘中高考试题情境中蕴含的学科知识，以确定活动主题。人们衣食住行的方方面面与我们所学知识息息相关，另外科学界的科技成果如诺贝尔奖获得者的相关研究，也可以加以利用，使其成为能够激发学生学习兴趣的活动主题。

（二）教学前期分析

在确定好活动主题后，就要对活动的核心内容和学习对象进行充分分析，只有这样才能设计出更加合理且科学的STEM教学活动。教学前期分析包括学习内容分析和学情分析。学习内容分析可以从教材、课程标准等方面进行，即找准项目核心内容的重点和难点，并确定该部分学习内容所处的位置。学情分析既要对学生掌握知识和技能的情况进行分析，又要多方搜集数据并运用数据对学生的学习整体趋势进行分析，其旨在找出学生存在的个性和共性问题，如此可为以后建立STEM学习合作小组和设计学习实践活动提供参考。同时教师通过对学习内容和学情进行分析，还可以有针对性地选择教学策略以进行有效的STEM活动。

（三）设计学习目标

在基于STEM理念的教学活动中，学习目标处于中心位置。教师通过对学习内容和学情进行分析，制定出STEM活动的学习目标。在生物学教学中，学习目标指向生物学科核心素养目标的达成，因此教师需要从生命观念维度、科学思维维度、科学探究维度、社会责任维度进行STEM活动学习目标的设计。

（四）设计框架问题

框架问题包括核心问题、驱动问题、内容问题三个部分。核心问题指向生物学概念，整个STEM活动过程都围绕着核心问题的解决而展开。驱动问题是围绕活动主题设计的，其能够将学习者置于情境之中，并营造出一种自主学习氛围，如此既可激发学习者主动探究并着力寻找有价值、情境化的问题解决方案，又可帮助学习者建立起生物科学知识与生产生活实际间的联系。内容问题则指向项目的核心知识内容，可引导学生逐步总结归纳出核心知识。

（五）设计评价体系

活动评价既要注重过程性评价，又要注重结果性评价。评价主体要多元化，要有效结合学生自评、小组互评、教师评价。评价方式也要多元化，除传统的纸笔测验以外，还要结合观察、问卷调查、访谈调查、作品征集、轶事记录等评价方式来评价学习者对核心知识的掌握和运用情况，以及关键能力的提升和素养的形成情况。

（六）设计学习实践

将一个个学习目标融合进具体的项目中，然后学习者通过完成一个个项目来实现学习目标，如此能极大地激发学习者的主动性和积极性。不仅完成活动的过程可以给学习者带来愉悦感，活动成果还可以给学习者带来极大的成就感，进而可使学习者有更大的积极性去迎接未来的其他挑战。

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