基于STEM教育的高中生物核心素養培養和實踐

卞春花

摘 要：隨著教育事業的不斷發展，在高中教學體系中涌現出越來越多的新型教育理念，其中STEM教育是一種新型教學模式，旨在培養具有科學素養、創新精神和解決問題能力的學生，以應對未來社會的挑戰。本文將基于STEM教育在高中生物教學中的應用展開分析，以期能提升學生的核心素養。

關鍵詞：STEM教育；高中生物；核心素養；策略

生物是高中階段的重點學科之一，承載著培養學生的科學素養、健康意識、科研興趣和環保意識的教學任務，在學生的學習生涯中發揮著重要的作用。由于高中課程教學時間較為緊迫，以及教學模式和教學理念的落后，導致學生的學習效率難以有效提升。而STEM教育在高中生物教學中的應用，不僅能夠有效地鍛煉學生的自主學習能力，同時還能夠更好地鍛煉其創新思維、科學素養和問題解決能力，因此受到了廣大教育從業者的關注。

一、STEM教育理念的概述

STEM教育指的是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）四個領域的綜合教育模式，旨在培養具備綜合素質的學生，使他們能夠應對日益復雜的社會和職業要求，為創新和可持續發展做出貢獻。教師通過在教學中滲透該教育理念，不僅能加深學生對知識的理解，還能借此培養學生的自主學習能力、創新思維、科學素養和問題解決能力。通俗來講， STEM教育即代表著復合型人才的教育、培養模式。隨著時代的不斷進步，以及教育事業的不斷發展，傳統的教學模式已經不能滿足社會對于人才的需求，在這樣的背景下，復合型人才的培養成了社會各界所關注的熱門話題之一。因此，STEM教育理念受到了越來越多的認可和重視。

二、高中生物教學中應用STEM 教育理念的意義

STEM教育理念強調跨學科融合和實踐應用，在高中生物教學中具有十分重要的意義，主要表現為以下幾個方面：

（一）加強學生對跨學科知識的掌握

在基于STEM教育理念的高中生物教學中，教師可以把科學、技術、工程和數學中的內容融合在一起，使學生能從中理解生物學與其他學科之間的聯系和相互作用，進而更好地理解生物知識，形成科學的生命觀以及正確的世界觀。同時，這樣的課堂還能為學生提供跨學科整合的學習機會，使學生在學習生物學知識的同時，能夠形成良好的綜合性思維，這對于加強學生對知識的掌握，提高他們跨學科學習能力來說，具有十分重要的意義。

（二）有助于培養學生核心素養

隨著素質教育的不斷推進，現階段的生物教學不僅要求學生掌握生物學科的基礎知識，還要求他們具備一定的學習能力和學科核心素養，以促進他們的全面發展。STEM教育強調跨學科融合和實踐應用，該理念在生物學科教學中的應用，在一定程度上能夠擺脫單一學科教學對學生思維產生的束縛，使學生能夠在課堂學習中進一步掌握生物學科的專業知識，并能夠在參與實踐與探究的過程中，養成良好的操作能力、創新能力、探究精神及科學思維，使他們能夠更好地適應未來科學技術的發展，并為未來的科學研究和創新做好準備[1]。

三、基于STEM教育理念的生物教學特點

STEM教育不僅僅是一種教育模式，也是一種教學理念和方法，基于該理念的生物教學，強調跨學科融合和實踐應用，教師可以通過鼓勵學生主動探索和學習，來幫助他們養成良好的學習習慣和自主學習的意識，為他們將來的生活和學習奠定基礎?；赟TEM教育理念的生物教學，通常具有以下幾個特點：

（一）跨學科性

STEM教育具有一定的跨學科性，強調將科學、技術、工程和數學融合在一起，不僅能打破傳統教育方式所帶來的局限性，使學生更好地理解生物學與各個學科之間的聯系，進而能在生物課堂中，提升自己的跨學科學習能力。此外，STEM教育的跨學科性還有助于培養學生的創新意識和團隊合作精神。教師可以結合生活中蘊含的知識，通過開展豐富多樣的教學活動，來引導學生找到不同學科之間的關聯，使他們能夠從中掌握從多角度思考問題的能力，和與他人交流與合作的能力，在加強他們對生物知識理解的同時，培養他們的創新思維、問題解決能力和團隊合作精神，為他們未來的發展打下堅實的基礎。

（二）實踐性

實踐性是STEM教學中最本質的特色，與傳統的教學方式不同，STEM理念更注重學生的實踐，通過將學科知識與實際問題相結合，來開展實驗教學或項目化學習，來提高學生在生物課堂的參與程度，使他們能夠在親身參與提問、驗證與解決問題的過程中，提高他們的邏輯思維、創新思維、動手能力以及自主學習能力。同時，教師通過這些實踐性的教學方法，可以為學生提供良好的學習環境，除了能培養學生的學習能力，還能充分激發學生的主觀能動性，以保障生物教學課堂的高效展開[2]。

（三）情境性

隨著基礎教育課程改革的深入推進，情境教學被廣泛地應用于高中生物學教學實踐與研究中。在基于STEM教育的生物課堂中，常常會通過構建各種情境來豐富生物課堂的學習體驗，從而能有效激發學生的學習興趣。同時，教師結合學生的實際情況來創設情境，不僅能幫助學生將抽象的概念與實際應用聯系起來，還能使學生通過解決實際問題，來加深對知識的掌握，并養成運用所學知識解決實際問題的習慣，以促進他們的個人學習能力和社會適應能力的提升。

四、基于STEM教育的生物核心素養培養策略

（一）創設教學情境，加深學生對知識的理解

在以STEM教育理念為指導的生物教學中，教師可以通過創設情境，來幫助學生將抽象的概念與實際應用聯系起來，以提高他們的學習興趣和動機。教師可以從實際生活中取材，來拉近學生與生物學知識之間的距離，使他們在參與課堂教學的過程中，能夠感受到生物學知識在解決實際問題方面的意

義[3]。同時，教師采用創設情境的方式，在激發學生的好奇心和創造力的同時，還能有效培養其自主思考和解決問題的能力，并借此向他們滲透生命觀念，進一步提高他們的生物學科核心素養。

例如，在講解與“光合作用的原理和應用”有關的內容時，教師就可以聯系生活中的真實例子，如食物供應、氧氣的產生、碳循環與減緩溫室效應，以及能源利用和生物技術等多方面的內容。然后，教師可以引入教材中的基礎概念，并借助生活中的現象來進行講解，進一步加深學生對光合作用產生過程和原理的理解。最后，教師可以鼓勵學生進行舉一反三，列舉生活中的光合作用，使他們在共享生活經驗的過程中，學會用光合作用的原理來分析問題，進一步提高自身的思維能力和對光合作用基礎概念與原理的理解。由此可見，通過引入生活中有關光合作用的例子，可以充分落實STEM教育理念，不僅能加深學生對光合作用這一現象的理解，還能使學生在學習生物知識的過程中接觸到更多領域，并在此基礎上加深了學生對知識的理解，以提高他們的生物學科核心素養。

（二）借助相關生物實驗，培養學生的科學探究能力

生物實驗作為新課程標準下的重要內容之一，備受學生和教師的關注。與此同時，基于STEM教育的生物課堂強調培養學生的自主能力和實踐能力。為了能進一步提高生物課堂教學效率、培養學生的核心素養，教師需要對生物實驗教學進行改革，充分尊重學生在實驗過程中的主體地位，使學生能夠在獨立完成學習任務的過程中，養成良好的觀察能力、分析能力、動手操作能力以及嚴謹的科學態度，以實現自身的全面發展[4]。

例如，在講解“酶的作用與本質”這部分內容時，教師可以引導學生按照教材中的步驟，來完成“過氧化氫酶的分解實驗”。教師可以鼓勵學生踴躍地參與到實驗中，通過提出科學問題、設計實驗、觀察實驗現象、收集和分析數據來掌握酶降低反應活化能的原理，從中學習并掌握控制變量法。同時，教師可以針對學生所遇到的難題進行指導，以保證實驗的順利完成，并借此增強學生對于生物知識的理解，并提升學生的科學探究能力。

（三）巧用任務驅動，提升跨學科思維和數據分析能力

傳統的生物課堂教學以講授式為主，在一定程度上限制了學生的自我發揮，不利于培養學生的實踐能力和自主意識。STEM 教育比較注重學生在課程學習中的中心地位，能夠有效打破傳統教學所帶來的局限性，因此被廣泛應用于教學領域[5]。同時，STEM 教育具有一定的跨學科性和實踐性，教師在開展教學的時候，可以通過開展探究式學習或項目學習，來給學生提供一個探究性的任務或問題，然后以任務為導向，來培養學生的科學探究、問題解決、創新和合作等核心素養，以促進他們的全面發展。

例如，教師可以向學生發布“環境因素對于光合作用強度的影響”這一任務，要求學生利用分析法、文獻分析法、實驗檢測法等方法來開展調查研究活動，以此驅動學生的學習和探究，充分調動他們的積極性。在這節課中，學生通過觀察黑藻的葉綠體，記錄不同光照條件下黑藻的葉綠體釋放氣泡的數量和頻率，不僅能加深對光合作用的理解，還能從中體會到實驗探究在科學發展中的作用。此外，教師還可以引導學生根據觀測到的數據，應用相應的函數表達式來繪制“不同條件下光合作用強度”的曲線圖，使學生能更清晰地認知到，外界條件對光合作用的影響，在落實STEM 教育理念的同時，可以有效培養學生的跨學科思維能力和數據分析能力。

（四）開展合作學習，培養學生的溝通合作能力

STEM教育注重科學、技術、數學、工程等跨學科整合，使學生能夠在解決現實問題過程中養成良好的科學思維。在素質教育的背景下，學生應具備清晰表達自己觀點和想法的能力，能夠使用科學語言和圖表向他人傳達科學結果，并能夠在小組合作中有效地交流和合作[6]。因此，教師在基于 STEM教育的生物教學中，可以用合作學習的方式來加強學生之間的互動，增強他們對生物學知識的掌握，并能夠從中養成與他人合作交流的能力，進一步培養其生物學科核心素養。

例如，在教學“種群和群落”有關內容時，教師可以將學生進行分組，鼓勵學生按照自己的興趣和特長來進行分工合作，并引導學生通過網絡、圖書館等自己喜歡的方式進行相關資料查找，以了解種群的基本特征，以及群落的結構和環境對群落的影響。學生在與他人一起收集資料、合作實踐、展開分析、得出結論的過程中，可以充分發揮自己的特長，不僅能從中獲得滿足感和成就感，增強其學習自信心和學習動力，還能通過與他人交流，提高自己的表達能力、傾聽能力、批判性思維和問題解決能力，以促進他們學習能力和綜合素養的有效提升。

（五）結合生活實際，增強學生社會責任感

社會責任是高中生物核心素養的重要組成部分，它主要體現在生態環保領域和生命健康領域中。在基于STEM教育理念的生物課堂中，教師可以結合教材中的內容，通過引入生活中的例子，在拓展學習資源的同時，培養學生的健康意識和社會責任感，進一步提高其生物學科核心素養。需要注意的是，教師在生物課堂中，要深刻地把握 STEM 教育的內涵與要求，以學生為主體，來開展教學活動，以提高生物課堂教學效率[7]。

例如，在探討“人口增長對生態環境的影響”這一問題時，教師可通過多媒體課件，向學生展示近年來我國人口現狀的有關數據，將本節課的重點內容以更加生動的方式呈現給學生，借此來引入人口與環境的關系，使學生能夠更加深刻地認識到人口增長會給生態環境帶來哪些影響。然后，教師可以結合教材中的內容，以及多媒體課件中的資料，通過更加詳細的分析與對比，來加深學生對人口問題以及環境問題的認知，使他們在學習相關知識的同時，能夠親身體會到人與自然的關系，以增強他們的社會責任感。

結束語

綜上所述，由于STEM教育所具有的實踐性、情境性和跨學科性，不僅能打破傳統教育方式所帶來的局限性，還能有效激發學生的學習興趣，在增強學生對生物學基礎知識的掌握的同時，能夠培養其學習能力與綜合素養，所以該方法備受廣大教師的推崇。教師在開展基于STEM教育的生物教學時，可以從學生的實際情況出發，利用豐富的教學資源，使學生能夠在學習過程中養成良好的自主學習能力以及科學素養，為將來的學習打下基礎。

參考文獻

[1]楊榮.高中生物教學中核心素養培養的思考與實踐[J].教育觀察，2020，9（19）：2.

[2]金洪剛.淺析STEM教育在發展高中生物學核心素養中的應用[J].試題與研究：教學論壇， 2021（20）：2.

[3]江楹華，楊智慧.STEM教育理念下高中生物實驗的探究式教學模式初探[J].教學考試，2021（15）：38-40.

[4]潘一亮.核心素養下STEM教育理念在生物課堂中的構建探析[J].當代家庭教育，2021（10）：89-90.

[5]張紅.基于STEM教育理念的學生核心素養的培養研究[J].課堂內外（初中教研），2021（4）：1.

[6]令永霞.基于STEM教育理念的高中生物教學探析[J].甘肅教育，2022（11）：4.

[7]金洪剛.基于STEM教育理念下的高中生物核心素養培養策略探究[J].中文科技期刊數據庫（全文版）教育科學，2022（7）：3.

本文系江蘇省揚州市教育協會2022年度一般課題“基于STEM教育模式的高中生物學科核心素養的培養與實踐”（課題編號：yjhkt2022114）階段性成果。