STEM理念下高中生物实验教学优化路径分析

郑艳

摘 要：STEM理念是时代发展下衍生的一种新型教育理念，有效落实该教育理念有利于培养学生综合素质，对强化学生创新思维与实践能力具有重要价值。STEM理念的全面渗透给高中生物实验教学带来了新的机遇，同时也使高中生物实验教学面临更多挑战。不断创新教学方式，更新教学理念，成为高中生物教师在未来展开生物实验教学时必须落实的任务。遵循STEM教育理念构建生物实验课堂能为学生提供更丰富的学习资源，对完善生物教学，提高学生学习兴趣意义重大。文章结合STEM教育理念的定义、目标与原则分析了高中生物实验教学改进的优势，对当前我国开展高中生物实验教学所面临的问题展开探讨，并针对性提出建议，以供参考。

关键词：STEM理念；高中生物；实验教学；优化途径

高中阶段的学生已经形成了对事物的基本认知，已经养成了一定的学习习惯，其在进行学科学习时会依照自身学习经验展开，在此阶段高中生物教师应注重影响学生的思想与认知，不断通过创新教学手段培养学生的创新思维，使学生成为新时代社会需求的复合型人才。STEM教学理念的全面渗透能真正促进高中生物实现综合教育，充分发挥项目式教学的作用，使高中生物实验教学更加贴近生活，使学生在进行实验时不断提高自身动手能力。由此可见，STEM教学理念的落实能够满足当前对高中生物教育提出的基本要求，有利于解决当前高中生物教学中存在的问题。

一、STEM教育理念概述

（一）定义

STEM教育理念包含科学、科技、工程、数学四大学科，是一种跨学科式的教育方法，提倡培养学生的多维思考能力，使学生能够运用这种能力解决现实问题。STEM教育理念的有效应用能使学生自主探究能力得到培养，学生可以在学习过程中通过自主动手解决问题，培养学习兴趣。STEM教育理念的有效落实需要以项目式教学法为依据展开，引导学生通过合作与实践解决问题，对落实综合教育具有深远意义。STEM教育理念注重关注学生的学习过程，鼓励学生亲自动手实践，并在此过程中充分挖掘学生潜能，为学生未来的自主学习打下基础。

（二）目标

STEM教育理念下的教学活动開展以培养学生科学素养、技术能力、工程思维、数学素质、创造能力、问题解决能力、协作精神与创新思维为主要教育目标[1]。有效落实STEM教育理念能使学生更精准地理解科学概念，掌握学习相关知识的方法，强化学生现代科技工具使用能力与工程设计制造能力，启发学生创造能力，培养学生创新思维。有效落实STEM教育理念还能使学生对数学概念的理解与应用能力得到增强，强化学生自主解决问题的能力，激发学生协作精神与团队合作意识。由此可见，STEM教育理念是培养学生综合能力的重要抓手。

二、改进高中生物实验教学的意义

（一）提高实验教学效果

实验教学是高中生物教学中的一项重要内容，在生物课程的教学过程中有效展开实验教学，能提高学生对生物理论知识掌握的牢固程度，也能对生物知识进行补充。高中生物实验教学有效改进不仅能提高生物实验教学效果，还能使高中生物教学水平整体得到提高。教师在生物课堂上引入生物实验，将生物实验内容充分融入生物教学中，并鼓励学生积极参与生物实验，能使理论知识的教学更为直观，提高学生对这些知识的理解程度。高中生物中蕴含大量的抽象知识，学生无法通过教师的语言教学理解这些知识，而有效融入实验教学并对传统实验教学模式进行改进，能使学生直接理解知识的形成过程，掌握知识的利用方式[2]。

（二）激发学生的学习兴趣

不断对高中生物实验教学进行优化能激发学生的生物学习兴趣。受到传统应试教育理念的影响，部分教师在展开生物教学时习惯使用灌输式与讲解式教学模式。这些教学模式不仅会将学生放置在课堂被动地位，还会制约学生的生物学习兴趣。有效落实生物实验教学并对生物实验教学模式做出优化，能使学生通过亲自动手了解生物教学内容，在实际操作的过程中学生个人价值能够充分得到体现，学生也能在实验过程中获得生物学习成就感，满足学生学习需求。利用多样的实验教学活动激发学生兴趣，在调动学生学习积极性的同时，激起学生生物学习欲望。

（三）提高学生实验操作技能

对高中生物教学模式进行全面优化有利于提高学生实验操作能力，新课标对培养学生动手能力与实践操作能力有着明确规定，生物教师在展开教学时，需利用有效方法培养学生相关技能。在实验教学中培养学生思考观察操作能力能够起到事半功倍的作用，高中生物教师应在构建实验课堂的过程中，有意识地引导学生主动参与，使学生通过顺利完成生物实验获得学习成就感，并在此过程中培养自身操作能力。在参与生物实验的同时学生能够了解到高中生物教学中的重难点，并通过自主观察与思考探究知识内涵，对培养学生问题解决能力也具有重要价值[3]。

三、我国高中生物实验教学的现状

（一）教学手段缺乏创新

在新课程改革理念不断渗透的当前阶段，我国众多高中生物教师已经认识到优化高中生物实验教学的重要性，并在展开生物教学时积极完善实验教学体系。然而，在高中生物实验教学优化的过程中，依然存在一些问题阻碍了生物实验教学有效性的发挥。首先，部分高中生物教师在展开实验教学时，存在教学手段落后、教学模式缺乏创新的现象。现阶段越来越多的先进教学方法已经在高中生物教学中得到应用，这些教学手段有利于推动高中生物教学提质增效，而部分教师教学思想受制于传统教学理念，依然在以教材为基础对学生展开理论知识的灌输，导致学生生物学习兴趣得不到有效激发，学习能力难以提升。

（二）教育理念缺乏更新

部分高中生物教师教育理念受制于传统应试教育理念，更注重“智育”，在教学过程中忽略了“德育”，这种方式的教学容易使学生出现被动学习现象，不仅会影响学生对生物学习的兴趣，还会使学生陷入错误的学习模式中。部分高中生物教师从教年龄较长，拥有丰富的教学经验，在教学过程中已经形成了成熟的教育习惯，然而在教育改革的渗透下传统的教学模式已经不再适用于当前，若教师不根据时代变化与学生学习需求调整教育模式，只是依据自身教学经验展开教学，就会对学生学习信心与主动性形成制约。部分教师并未根据人才培养体系变化更新自身教育思想，学生在学习过程中缺乏与教师的有效沟通，这也是导致高中生物教学无法实现创新发展的重要因素。

（三）课堂关系有待整改

传统应试教育理念下的高中生物课堂主要是以教师讲解学生记录的方式展开的，教师更注重强化学生的知识掌握，一味通过重复性的讲授来加强学生对理论知识的掌握。这种形式的生物教学忽略了对学生实践能力的培养，学生在学习过程中容易产生消极情绪，若教师一味讲解重难点，还会使学生产生对生物学习的畏难心理。此外，部分高中生物教师在展开课堂教学时过于注重自身课堂主体地位，学生在学习过程中处于被动地位，如通过死记硬背的方式进行生物学习等，这种形式的生物教育并不符合核心素养教育理念，不但无法使学生掌握知识点，还可能会影响学生的学习能力。

（四）实验教学落实不足

现阶段实验教学虽然已经在高中生物教学中得到普及，但依然存在部分教师并未重视高中生物实验课堂的构建，在展开生物教学时体现出实验教学落实不足的现象。生物实验教学不仅能强化学生对生物知识点的掌握，还能有效培养学生实验操作能力与动手能力，对培养学生逻辑思维与创新意识具有重要价值。然而部分生物教师并未摒弃传统教育的固有思想，没有根据学生实际情况，对生物教学体系进行创新与优化，学生依然处于固化的学习环境中进行生物学习，课堂也没有充分的实践操作环节作为支撑，导致学生无法积极主动参与生物课堂，影响生物教学有效性[4]。

四、STEM理念下实现高中生物实验教学优化的有效路径

（一）丰富生物实验教学手段，创新教学模式

高中生物教师在构建实验课堂的过程中，应积极对实验教学手段进行创新，提高教学丰富程度，积极为学生打造良好的实验学习环境，强化生物实验教学的有效性。实验是高中生物教学的重要内容，有效利用实验教学完善生物教学内容，以强化生物教学效果。首先，高中生物教师应提高生物教学中的实验教学比重，积极在课堂上展开实验教学，构建多种实验教学体系，包括教师示范型实验教学、视频示范型实验教学、学生实践型实验教学等，将实验教学充分融入生物教学的各个环节，使学生能在实验中学习生物，利用实验强化学生知识的理解与掌握。

比如，在“光合色素的提取与分离”相关内容的教学中，教师可以与学生共同展开实验，将学生分为几个小组，以小组为单位进行实验，为学生准备充足的实验器材与材料，像菠菜、紫甘蓝等含有大量色素的实验对象，学生可以在实验过程中得出结论，并通过亲手操作理解理论知识的具体含义。有效落实实验教学还能培养学生的创造能力，是顺应STEM教学理念的重要行为。

（二）顺应教学需求更新思想，挖掘教材

STEM理念下若想實现高中生物实验教学的全面优化，还需高中生物教师在教学中不断更新自身思想，顺应时代发展，接受先进教育理念，并在教学过程中融合先进教育理念，充分挖掘教材内容，探索教材中蕴含的趣味性元素，将其融入实验教学的各个环节，提高学生生物实验学习的积极性，促进生物实验教学效率全面提高。在传统教学理念影响下，部分生物教师依然在使用传统生物教学模式，教学过程中直接按照教材内容规律展开教学，这种教学方式容易使生物课堂出现枯燥乏味的现象，学生在学习过程中难以对学习内容产生兴趣，出现课堂注意力不集中等行为，影响学生生物学习效果。在先进技术飞速发展的当前阶段，信息化教学设备逐渐融入高中生物课堂，教师应转变自身观念，在展开实验教学的过程中积极应用这些设备，深入研究教材，给学生创造更良好的学习环境。

（三）转变师生课堂地位，强调学生的实际操作能力

融合先进技术展开生物实验教学有利于培养学生自主操作能力，对实现师生课堂关系的转变具有重要价值。伴随先进信息技术的快速发展，先进信息技术手段已经在教育领域得到广泛应用，这些教学设备在促进教学提质增效方面发挥出重大作用，将多媒体技术充分应用在高中生物实验教学中是促进生物实验教学实现全面优化的重要途径。高中生物教师应在展开实验教学的过程中积极利用多媒体技术对实验流程进行整理，并在实际开展实验的过程中为学生展示，降低学生的实验难度，提高实验教学有效性。教师还可以充分挖掘信息教学技术的功能，构建微课堂等线上教育体系，使学生能够实现随时随地的生物学习，真正成为课堂的主人，掌握学习的规律。此外，多媒体技术融合还能辅助学生进行实验的实际操作，学生可以搜索相关实验案例，跟随案例步骤逐步操作，有利于强化实验教学效果。线上课堂的构建还能成为学生解决问题的主要渠道，学生可以随时将学习过程中发现的问题发布在平台上，教师则可以及时为学生解答。多媒体技术的融合有利于生物教师教学难度较大或无法实际操作的实验。

例如，在学习《杂交育种》一课时，教师无法通过亲自实验展开教学，但可以在互联网上搜索相关实验视频，在教学过程中为学生播放，也可以选择利用动画演示的形式为学生介绍相关理论，在吸引学生注意力激发学生学习兴趣的同时，降低学生学习难度，使学生更好地理解和掌握这些知识[5]。

（四）丰富实验教学体系，建设生物实验基地

STEM理念下针对高中生物实验教学进行全面优化，还需教师在实验教学过程中不断丰富实验体系，学校也需提高对生物实验教学的重视程度，加大对生物实验教学相关资金的投入，为学生建设生物实验基地，使学生拥有更广阔的实践学习途径。教师在进行生物实验教学体系构建时，应充分考虑学生认知与学习需求，根据学生实际情况建设实验教学体系，对学生进行有效分层，根据学生个体差异打造不同形式的实验教学。在落实实验教学时教师应注重培养学生实操能力与逻辑思维，鼓励学生亲自动手参与实验，强化学生实践能力。高中生物教师应认识到构建实验课堂的重要价值，并在实际教学过程中有意识地进行实验课堂构建，学校也应顺应STEM教育理念，针对高中生物教学基础设施进行整改，引进先进设备，打造专业实验基地，为教师开展生物实验课堂、学生参与生物实验提供便利条件。

结束语

综上所述，STEM教学理念能够充分满足当前高中生物实验教育的基本需求，贴合教学改革策略。将STEM教育理念落实到高中生物实验教学中，能进一步提高学生学习兴趣。高中生物教师应将STEM理念与传统教育理念充分融合，并在此基础上展开生物实验教学内容设计，保证生物实验教学能够在开展过程中取得更好的效果。高中生物教师应充分挖掘教材内容，不断增强学生生物实验积极性，为学生打造良好的学习环境，提高生物实验教学有效性，并在教学过程中积极发挥信息技术的作用，为学生建立学习自信心，强化学生实践能力，培养学生自主探究与反思能力，帮助学生更好地学习生物知识，提高生物实验教学效果。

参考文献

[1]王永田，蒋沂蒙.新课标视角下高中生物STEM教育实施路径探析[J].现代教育，2021（6）：20-23.

[2]李首智.基于STEM教育理念的高中生物教学实践模式探究[J].科学咨询（教育科研），2021（5）：214-215.

[3]蒲明强，何其波.STEM理念下培养核心素养的高中生物实验教学初探：以“微生物的实验室培养与应用”为例[J].教育科学论坛，2020（19）：70-73.

[4]王榕.STEM教育在发展高中生物学核心素养中的应用[J].科学咨询（教育科研），2020（6）：122.

[5]王雪，杨晓杰，姜淑娟，等.基于STEM教育的高中生物学核心素养培养策略[J].高师理科学刊，2020，40（2）：107-110.