基于STEM教育的高中生物核心素养培养和实践

卞春花

摘 要：随着教育事业的不断发展，在高中教学体系中涌现出越来越多的新型教育理念，其中STEM教育是一种新型教学模式，旨在培养具有科学素养、创新精神和解决问题能力的学生，以应对未来社会的挑战。本文将基于STEM教育在高中生物教学中的应用展开分析，以期能提升学生的核心素养。

关键词：STEM教育；高中生物；核心素养；策略

生物是高中阶段的重点学科之一，承载着培养学生的科学素养、健康意识、科研兴趣和环保意识的教学任务，在学生的学习生涯中发挥着重要的作用。由于高中课程教学时间较为紧迫，以及教学模式和教学理念的落后，导致学生的学习效率难以有效提升。而STEM教育在高中生物教学中的应用，不仅能够有效地锻炼学生的自主学习能力，同时还能够更好地锻炼其创新思维、科学素养和问题解决能力，因此受到了广大教育从业者的关注。

一、STEM教育理念的概述

STEM教育指的是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四个领域的综合教育模式，旨在培養具备综合素质的学生，使他们能够应对日益复杂的社会和职业要求，为创新和可持续发展做出贡献。教师通过在教学中渗透该教育理念，不仅能加深学生对知识的理解，还能借此培养学生的自主学习能力、创新思维、科学素养和问题解决能力。通俗来讲， STEM教育即代表着复合型人才的教育、培养模式。随着时代的不断进步，以及教育事业的不断发展，传统的教学模式已经不能满足社会对于人才的需求，在这样的背景下，复合型人才的培养成了社会各界所关注的热门话题之一。因此，STEM教育理念受到了越来越多的认可和重视。

二、高中生物教学中应用STEM 教育理念的意义

STEM教育理念强调跨学科融合和实践应用，在高中生物教学中具有十分重要的意义，主要表现为以下几个方面：

（一）加强学生对跨学科知识的掌握

在基于STEM教育理念的高中生物教学中，教师可以把科学、技术、工程和数学中的内容融合在一起，使学生能从中理解生物学与其他学科之间的联系和相互作用，进而更好地理解生物知识，形成科学的生命观以及正确的世界观。同时，这样的课堂还能为学生提供跨学科整合的学习机会，使学生在学习生物学知识的同时，能够形成良好的综合性思维，这对于加强学生对知识的掌握，提高他们跨学科学习能力来说，具有十分重要的意义。

（二）有助于培养学生核心素养

随着素质教育的不断推进，现阶段的生物教学不仅要求学生掌握生物学科的基础知识，还要求他们具备一定的学习能力和学科核心素养，以促进他们的全面发展。STEM教育强调跨学科融合和实践应用，该理念在生物学科教学中的应用，在一定程度上能够摆脱单一学科教学对学生思维产生的束缚，使学生能够在课堂学习中进一步掌握生物学科的专业知识，并能够在参与实践与探究的过程中，养成良好的操作能力、创新能力、探究精神及科学思维，使他们能够更好地适应未来科学技术的发展，并为未来的科学研究和创新做好准备[1]。

三、基于STEM教育理念的生物教学特点

STEM教育不仅仅是一种教育模式，也是一种教学理念和方法，基于该理念的生物教学，强调跨学科融合和实践应用，教师可以通过鼓励学生主动探索和学习，来帮助他们养成良好的学习习惯和自主学习的意识，为他们将来的生活和学习奠定基础。基于STEM教育理念的生物教学，通常具有以下几个特点：

（一）跨学科性

STEM教育具有一定的跨学科性，强调将科学、技术、工程和数学融合在一起，不仅能打破传统教育方式所带来的局限性，使学生更好地理解生物学与各个学科之间的联系，进而能在生物课堂中，提升自己的跨学科学习能力。此外，STEM教育的跨学科性还有助于培养学生的创新意识和团队合作精神。教师可以结合生活中蕴含的知识，通过开展丰富多样的教学活动，来引导学生找到不同学科之间的关联，使他们能够从中掌握从多角度思考问题的能力，和与他人交流与合作的能力，在加强他们对生物知识理解的同时，培养他们的创新思维、问题解决能力和团队合作精神，为他们未来的发展打下坚实的基础。

（二）实践性

实践性是STEM教学中最本质的特色，与传统的教学方式不同，STEM理念更注重学生的实践，通过将学科知识与实际问题相结合，来开展实验教学或项目化学习，来提高学生在生物课堂的参与程度，使他们能够在亲身参与提问、验证与解决问题的过程中，提高他们的逻辑思维、创新思维、动手能力以及自主学习能力。同时，教师通过这些实践性的教学方法，可以为学生提供良好的学习环境，除了能培养学生的学习能力，还能充分激发学生的主观能动性，以保障生物教学课堂的高效展开[2]。

（三）情境性

随着基础教育课程改革的深入推进，情境教学被广泛地应用于高中生物学教学实践与研究中。在基于STEM教育的生物课堂中，常常会通过构建各种情境来丰富生物课堂的学习体验，从而能有效激发学生的学习兴趣。同时，教师结合学生的实际情况来创设情境，不仅能帮助学生将抽象的概念与实际应用联系起来，还能使学生通过解决实际问题，来加深对知识的掌握，并养成运用所学知识解决实际问题的习惯，以促进他们的个人学习能力和社会适应能力的提升。

四、基于STEM教育的生物核心素养培养策略

（一）创设教学情境，加深学生对知识的理解

在以STEM教育理念为指导的生物教学中，教师可以通过创设情境，来帮助学生将抽象的概念与实际应用联系起来，以提高他们的学习兴趣和动机。教师可以从实际生活中取材，来拉近学生与生物学知识之间的距离，使他们在参与课堂教学的过程中，能够感受到生物学知识在解决实际问题方面的意

义[3]。同时，教师采用创设情境的方式，在激发学生的好奇心和创造力的同时，还能有效培养其自主思考和解决问题的能力，并借此向他们渗透生命观念，进一步提高他们的生物学科核心素养。

例如，在讲解与“光合作用的原理和应用”有关的内容时，教师就可以联系生活中的真实例子，如食物供应、氧气的产生、碳循环与减缓温室效应，以及能源利用和生物技术等多方面的内容。然后，教师可以引入教材中的基础概念，并借助生活中的现象来进行讲解，进一步加深学生对光合作用产生过程和原理的理解。最后，教师可以鼓励学生进行举一反三，列举生活中的光合作用，使他们在共享生活经验的过程中，学会用光合作用的原理来分析问题，进一步提高自身的思维能力和对光合作用基础概念与原理的理解。由此可见，通过引入生活中有关光合作用的例子，可以充分落实STEM教育理念，不仅能加深学生对光合作用这一现象的理解，还能使学生在学习生物知识的过程中接触到更多领域，并在此基础上加深了学生对知识的理解，以提高他们的生物学科核心素养。

（二）借助相关生物实验，培养学生的科学探究能力

生物实验作为新课程标准下的重要内容之一，备受学生和教师的关注。与此同时，基于STEM教育的生物课堂强调培养学生的自主能力和实践能力。为了能进一步提高生物课堂教学效率、培养学生的核心素养，教师需要对生物实验教学进行改革，充分尊重学生在实验过程中的主体地位，使学生能够在独立完成学习任务的过程中，养成良好的观察能力、分析能力、动手操作能力以及严谨的科学态度，以实现自身的全面发展[4]。

例如，在講解“酶的作用与本质”这部分内容时，教师可以引导学生按照教材中的步骤，来完成“过氧化氢酶的分解实验”。教师可以鼓励学生踊跃地参与到实验中，通过提出科学问题、设计实验、观察实验现象、收集和分析数据来掌握酶降低反应活化能的原理，从中学习并掌握控制变量法。同时，教师可以针对学生所遇到的难题进行指导，以保证实验的顺利完成，并借此增强学生对于生物知识的理解，并提升学生的科学探究能力。

（三）巧用任务驱动，提升跨学科思维和数据分析能力

传统的生物课堂教学以讲授式为主，在一定程度上限制了学生的自我发挥，不利于培养学生的实践能力和自主意识。STEM 教育比较注重学生在课程学习中的中心地位，能够有效打破传统教学所带来的局限性，因此被广泛应用于教学领域[5]。同时，STEM 教育具有一定的跨学科性和实践性，教师在开展教学的时候，可以通过开展探究式学习或项目学习，来给学生提供一个探究性的任务或问题，然后以任务为导向，来培养学生的科学探究、问题解决、创新和合作等核心素养，以促进他们的全面发展。

例如，教师可以向学生发布“环境因素对于光合作用强度的影响”这一任务，要求学生利用分析法、文献分析法、实验检测法等方法来开展调查研究活动，以此驱动学生的学习和探究，充分调动他们的积极性。在这节课中，学生通过观察黑藻的叶绿体，记录不同光照条件下黑藻的叶绿体释放气泡的数量和频率，不仅能加深对光合作用的理解，还能从中体会到实验探究在科学发展中的作用。此外，教师还可以引导学生根据观测到的数据，应用相应的函数表达式来绘制“不同条件下光合作用强度”的曲线图，使学生能更清晰地认知到，外界条件对光合作用的影响，在落实STEM 教育理念的同时，可以有效培养学生的跨学科思维能力和数据分析能力。

（四）开展合作学习，培养学生的沟通合作能力

STEM教育注重科学、技术、数学、工程等跨学科整合，使学生能够在解决现实问题过程中养成良好的科学思维。在素质教育的背景下，学生应具备清晰表达自己观点和想法的能力，能够使用科学语言和图表向他人传达科学结果，并能够在小组合作中有效地交流和合作[6]。因此，教师在基于 STEM教育的生物教学中，可以用合作学习的方式来加强学生之间的互动，增强他们对生物学知识的掌握，并能够从中养成与他人合作交流的能力，进一步培养其生物学科核心素养。

例如，在教学“种群和群落”有关内容时，教师可以将学生进行分组，鼓励学生按照自己的兴趣和特长来进行分工合作，并引导学生通过网络、图书馆等自己喜欢的方式进行相关资料查找，以了解种群的基本特征，以及群落的结构和环境对群落的影响。学生在与他人一起收集资料、合作实践、展开分析、得出结论的过程中，可以充分发挥自己的特长，不仅能从中获得满足感和成就感，增强其学习自信心和学习动力，还能通过与他人交流，提高自己的表达能力、倾听能力、批判性思维和问题解决能力，以促进他们学习能力和综合素养的有效提升。

（五）结合生活实际，增强学生社会责任感

社会责任是高中生物核心素养的重要组成部分，它主要体现在生态环保领域和生命健康领域中。在基于STEM教育理念的生物课堂中，教师可以结合教材中的内容，通过引入生活中的例子，在拓展学习资源的同时，培养学生的健康意识和社会责任感，进一步提高其生物学科核心素养。需要注意的是，教师在生物课堂中，要深刻地把握 STEM 教育的内涵与要求，以学生为主体，来开展教学活动，以提高生物课堂教学效率[7]。

例如，在探讨“人口增长对生态环境的影响”这一问题时，教师可通过多媒体课件，向学生展示近年来我国人口现状的有关数据，将本节课的重点内容以更加生动的方式呈现给学生，借此来引入人口与环境的关系，使学生能够更加深刻地认识到人口增长会给生态环境带来哪些影响。然后，教师可以结合教材中的内容，以及多媒体课件中的资料，通过更加详细的分析与对比，来加深学生对人口问题以及环境问题的认知，使他们在学习相关知识的同时，能够亲身体会到人与自然的关系，以增强他们的社会责任感。

结束语

综上所述，由于STEM教育所具有的实践性、情境性和跨学科性，不仅能打破传统教育方式所带来的局限性，还能有效激发学生的学习兴趣，在增强学生对生物学基础知识的掌握的同时，能够培养其学习能力与综合素养，所以该方法备受广大教师的推崇。教师在开展基于STEM教育的生物教学时，可以从学生的实际情况出发，利用丰富的教学资源，使学生能够在学习过程中养成良好的自主学习能力以及科学素养，为将来的学习打下基础。

参考文献

[1]杨荣.高中生物教学中核心素养培养的思考与实践[J].教育观察，2020，9（19）：2.

[2]金洪刚.浅析STEM教育在发展高中生物学核心素养中的应用[J].试题与研究：教学论坛， 2021（20）：2.

[3]江楹华，杨智慧.STEM教育理念下高中生物实验的探究式教学模式初探[J].教学考试，2021（15）：38-40.

[4]潘一亮.核心素养下STEM教育理念在生物课堂中的构建探析[J].当代家庭教育，2021（10）：89-90.

[5]张红.基于STEM教育理念的学生核心素养的培养研究[J].课堂内外（初中教研），2021（4）：1.

[6]令永霞.基于STEM教育理念的高中生物教学探析[J].甘肃教育，2022（11）：4.

[7]金洪刚.基于STEM教育理念下的高中生物核心素养培养策略探究[J].中文科技期刊数据库（全文版）教育科学，2022（7）：3.

本文系江苏省扬州市教育协会2022年度一般课题“基于STEM教育模式的高中生物学科核心素养的培养与实践”（课题编号：yjhkt2022114）阶段性成果。