生物教學教育理念研究

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摘要：在生物教學中落實STEM教育理念，打破學科界限，培養學生綜合素養的基本途徑有：整合科學知識，體現科學素養；整合技術手段，培養實踐能力和信息素養；整合工程設計，形成工程素養；整合數學內容，領會數學方法。

關鍵詞：STEM教育;生物教學;學科整合

STEM教育是融合了科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）等多門學科的一種綜合性教育，強調“以設計和探索為目的，并對技術問題解決進行科學的探索”，采用以問題解決為驅動、以學生為中心的教學方式，使學生在獲取科學知識的同時習得工程設計和技術手段，從而全面提升學生知識、能力與情感方面的綜合素養。當下，我國的學校教育以分學科教學為主，設計和實施綜合性的STEM教育在課程安排、教材編寫、學校管理、教師培訓等方面存在一定的困難。不過，在分學科教學中借鑒STEM教育的理念進行設計和實施，不失為落實STEM教育的一種有效途徑。下面，筆者結合生物教學的實踐，談談對落實STEM教育理念，打破學科界限，培養學生綜合素養的認識。

一、整合科學知識，體現科學素養

生物學是一門自然科學?？茖W素養是指能夠在現實生活中運用科學知識、技能和方法解決實際問題。理解科學的本質（一般過程），培養辯證唯物主義觀，形成科學的審美觀，是科學素養培養的主要內容?？茖W是對自然或社會現象進行系統性的、受控的、實證的、批判的調查研究，其典型圖1的一般過程如圖1所示。生物教學中可以讓學生經歷、感受此過程。生物課程中有許多內容體現了辯證唯物主義觀，例如，生物體結構與功能相適應，各器官、各系統、各代謝活動之間相互依存和相互制約的對立統一關系；生物從無到有、從簡單到復雜、從低等到高等不斷發展、進化的運動變化觀點；生物與生物之間及生物與環境之間的相互聯系觀點，等等。生物教學中可以對此進行總結提煉。從某種意義上說，科學與美學是相通的，科學是規律的反映，而規律是美的內在表現。生物學中存在許多美學現象，如生物遺傳的優化組合、細胞結構與功能的協調對稱、生理過程的協調統一等。這些內容可以使學生深切地感受自然的和諧與統一，從而激發他們的想象力，開拓他們的思路。生物教學中可以引導學生從美學的角度探索科學規律。

二、整合技術手段，培養實踐能力和信息素養技術

在STEM教育中扮演著重要的角色。通過規劃技術活動，學生能夠獲得學習、溝通和生活技能，達到解決問題、做出決策的目的。生物課程中的技術內容十分廣泛，包含常見的生物技術手段（如實驗操作技術等）、生物技術工具或儀器（如血液透析儀等），還包含一定的信息技術（如辦公軟件的使用、數據處理軟件的使用）等。生物教學中根據實際情況整合技術手段，為學生提供豐富的技術資源，傳授基本的技術思想與方法，可以培養學生的實踐能力和信息素養。例如，“觀察葉片的結構”實驗要求學生練習徒手切片并制作成裝片，放在顯微鏡下觀察，以認識葉片的結構。完成切片，能培養學生的操作能力；在顯微鏡下先觀察葉片橫切面的臨時裝片，再觀察葉片橫切面的永久裝片，然后分析、比較，能培養學生的識圖能力、信息獲取能力以及邏輯思維能力等；將實驗圖像、數據以畫圖的方式記錄下來，使所學知識加深，能培養學生自主獲取知識的能力。最后，可以啟發學生體會知識、方法、工具、思想等對學習生物乃至生產生活的重大意義。

三、整合工程設計，形成工程素養

STEM教育中的工程就是應用數學、科學和技術領域的概念、原理系統地解決真實、復雜的問題，強調獲得結果的過程和設計。而工程素養是指能夠系統地、創造性地整合數學和科學知識，理解工程設計并開發造福人類的方法。工程設計思想的融入可以提高課堂所學內容在現實生活中的實用性，使學生在更加復雜而有意義的情境中學習，同時提升自身的批判性思考能力。例如，在“制作生態瓶”的活動中，生態瓶制作的工藝流程如下：第一步，確定問題，即設計并制作一個生態瓶———在密封的條件下，能讓瓶中的水生動物至少生存7天。分析任務的限制條件，生態瓶密封，即不能和外界進行氣體交換，不能給瓶內動物喂食，從而確定生態瓶內要有植物為動物提供氧氣和食物，或者還有其他動物，從而形成食物鏈或食物網。第二步，設計方案。通過資料查閱，深入了解活動所提供的動物和植物，然后繪制出動植物之間的食物網（如圖2），從而確定將哪些動物和植物放到生態瓶中；通過資料查閱和數據計算，確定動物和植物每天消耗的氧氣量以及植物每天產生的氧氣量，從而確定生態瓶中動物和植物的數量。第三步，方案實施，即根據設計方案，制作生態瓶。將沙石、水、植物和動物依次放入生態瓶中，對生態瓶進行密封和標記。第四步，對制作的作品進行測試，即測試在光照和室溫條件下，瓶內的動物能否存活7天。小組討論，制定生態瓶測試方案；合理安排小組分工，對生態瓶進行觀察和數據記錄，并繪制測試表格。再根據測試結果，發現生態瓶的問題，改進生態瓶的制作方案，并重新制作和測試生態瓶。第五步，交流展示。小組以繪制手抄報的方式展現本組的工作，以便小組之間相互交流和學習，并提高學生的自信心和成就感。

四、整合數學內容，領會數學方法

數學素養是指在生活中能運用具備的數學知識識別問題、表達問題、理解問題和解決問題，并能通過良好的數學能力做出較為準確的判斷。數學方法作為生物研究的一種工具，可以對生物研究對象進行分析和描述、計算和推理，從而從定性到定量更好地認識化學變化及其規律。在生物教學中運用數學方法（如數形結合、函數與方程、守恒法、差量法、極值法等）分析某些生物問題，或把生物問題轉化為數學問題，能夠更快速、更科學地解決生物問題。例如，“花生果實大小的變異”研究包含花生取樣、測量果實長軸的長度、整理數據、畫出曲線圖等活動?；ㄉ硬捎玫氖请S機取樣的方法，數量要足夠，一般不少于30枚；果實長軸長度的測量考查測量技能的應用；將測量后的數據繪制成曲線圖，需要運用坐標軸思想……研究過程中數學方法的應用，可以有效提高學生的問題分析能力、推理歸納能力以及識圖用圖能力。再如，上述生態瓶的制作過程，學生需要計算不同動物、植物每天呼吸作用需要的氧氣量，不同植物每天光合作用產生的氧氣量；要使生態瓶中的植物能夠產生足夠維持動物和自身存活的氧氣量，還要計算植物和動物的體積比或重量比等。

作者:吳志強 單位:安徽省蕪湖市第十二中學