融合STEM教育的初中生物学教学微例分析

林拱标

摘 要：近几年，STEM教育在我国中小学得到迅速发展，成为基础教育课程改革发展的一个重要方向。文章结合初中生物学课程内容，结合教学实例，提出课堂教学融合STEM教育的策略：一是合理延伸教材，使静态知识变为动态实践，实现教学做合一;二是优化内容选择，融合STEM设计，使概念教学符合学生认知需要;三是调整课堂结构，通过优化学生课堂上的学与做，促进学生深度学习。可见初中生物学课程有丰富的STEM教育素材，合理设计就能很好地发展学生的综合思维。

关键词：STEM教育;教学微例;初中生物学

基金项目：本文系广州市教育科研规划2019年课题“初中生物学教学融合STEM教育的案例研究”（课题编号201911980）研究成果之一。

STEM教育综合科学、技术、工程、数学等领域知识，其关键体现在跨学科综合式学习，与课程改革提倡的综合化教学理念吻合。现代生物学发展离不开数学、物理等多学科基础，跨学科和综合性特点明显，在融合STEM教育方面有独特的优势。初中生物学课程标准多层面、多角度地强调学科的综合性，这与STEM教育理念相一致。本文从教材内容、课堂结构等角度，结合实例探讨生物学教学融合 STEM教育的策略。

一、合理延伸教材

我国各地的生物及生态存在差异，教材提供的是典型的范例，因此学生对范例的了解程度存在差异。人教版八年级上册中，“人类对细菌和真菌的利用”一节，“想一想，议一议”栏目提供了这样的问题场景：生产沼气的原料是人类的尿、禽畜粪尿和农作物秸秆，为什么它们在沼气池中能够产生沼气？从STEM教育角度，沼气池是很好的教学实例，合理利用沼气符合可持续发展理念，科学方面涉及生物学、物理和化学等内容，沼气池设计、建设及沼气生产，与数学、工程学、技术等应用密切相关。沼气池在我国分布受限，其分布既有南北差异，也有城乡差异。根据皮亚杰的学习理论，图式的发展和丰富是通过同化和顺应两种机制来实现的，新情境是刺激同化或顺应的重要条件。沼气的生产原理是相同的，如果把情境换成城市，没有农作物秸秆，极少有禽畜粪尿，但每天产生的生活污水中含有大量有机物，直接排入江河湖泊会造成污染。有分析认为，我国生活污水沼气潜力为15.76亿m3/年，以广东最高，年生活废水的沼气潜力为2.28亿m3。上述材料可成为一个新的情境，由学生规划设计适合城镇的沼气池。情境虽与教材不同，原理仍然是微生物发酵，城市和农村建设沼气池，由于原料不同，所采用技术和工艺也会不同，生物的多样性等生命观念也会自然生成。

二、优化内容选择

（一）服务于概念的教学

新世纪初的课程改革开始，生物学课程就非常重视跨学科的内容，人教版教材还专门设置STS栏目。教学既要落实好课程标准的重要概念，也要结合地方特点和学生实际，因此教学中的跨学科不应脱离课程标准。

贴近生活是生物学课程的重要特征。“生物对环境的适应”是生物学的重要概念，很多内容都可以成为跨学科融合的实例，例如探究“鸟类适于飞行的形态结构特点”，这是一个多角度融合STEM理念的例子。飞机是人类对空中飞行动物研究后的发明，学生多少有些了解，利用逆向思维，与动物飞行相比较，①飞行的动力来源和如何高效供能;②如何减轻飞行中的阻力及取得平衡;③如何合理减轻自身重量。学生已知飞机动力依赖于发动机和燃油供能，比较可知鸟类的动力源于双翼的扇动，消化、循环、呼吸等系统为鸟类飞行时的能量供应提供重要支持。教学上可以设计很多相关的探究活动，促进跨学科学习的融合。例如鸟类前肢变成翼且着生羽毛，该特点符合空气动力学原理。机翼的设计制造除了科学原理，还涉及材料选择、制造工艺、结构安装等，密切联系了数学、工程学和技术。学生观察羽毛，发现其重量轻、表面光滑，这种特点能减轻重量也能减少阻力，同时还体现工程学的应用。有的老师组织学生利用向纸条一侧吹气的方法，看到纸条飘起来，认为这是体验伯努利定律，实际这并不科学。还不如让学生折纸飞机，通过纸飞机的材质、造型、演示的力度和角度等，直接体验纸飞机不同情况下的“飞行”差异，更有利于学生理解鸟类的相关结构与飞行的关系。

（二）符合学生认知需要

初中生的逻辑抽象思维处于快速发展期，也仍需依赖于直观思维。纵观各版本的初中生物学教材，都配有大量插图，包括很多实拍图片。以七年级教材为例，苏教版插图为544幅，人教版为452幅，北师大版为442幅，达到了图文并茂、以图代文、简明直观的目的，便于培养学生的兴趣和审美情趣。

插图在一定程度上可弥补学生知识结构的不足，降低学习难度。例如人教版教材中“外界物体在视网膜上成像示意图”（七年级下册P80），凸透镜成像原理则是八年级物理学科的内容，教材上的图示清楚表达出物体在视网膜上的成像过程，降低了学习的难度。小学科学已介绍凸透镜的聚光特点，学生知道光线经过凸透镜会发生折射。学生在练习使用显微镜时，了解显微镜成像的特点，因此教材中的图示契合学生的认知起點，虽然其中涉及光学、数学等知识，但并不影响学生对视网膜上成像原理的理解。学生分析教材中的图示，实际是一个“假设”的过程，即学生根据前述的已有认知，来假设物体在视网膜的成像过程。如果此时借助凸透镜成像演示实验，完成一个从假设到证明的探索历程，更有利于学生科学思维的巩固。

外界物体在视网膜上成像示意图（自人教社七年级生物学上册）

从教学资源的角度，教材在编写时已经充分考虑到学生的认知水平，选用插图经过缜密的推敲论证，教师在教学设计时除全面研读课程标准，对教材也要进行“深度”阅读，才能更好地用教材教。

（三）重组课堂结构

学生在课堂上能否发生深度学习，与教师的教学意识和能力密切相关。譬如“翻转课堂”，就是通过变革课堂结构，引导学生先学，再重点解决学生学习中遇到的困难，达到学生再学习的目的。

以“花的结构”为例，人教版教材设计了“观察与思考”，组织学生解剖桃花来认识花的相关结构。按课时计划，这部分内容的学习时间是在秋末冬初，因此教师多会选用当地当季的其他花卉来代替桃花。这个实验的难度不大，学习目标定位在概述花的结构，学生很快可以完成解剖和标记。那么学生对花的结构是否有完整的认知？教学上常用图例来设计提问，以便及时反馈和巩固所学，这样的教学过程中规中矩。我们可以融合STEM教育，在解剖花的结构后，设计一个制作“桃花的结构模型”或“绢花”的环节，以建模的形式代替图例巩固所学，学生从“解”到“建”，在做中学，实现深度学习。模型的材质、比例、形状及结构搭配等，离不开数学、工程学、材料学和美学等知识应用，学生制作模型的过程，综合能力也得到相应培养。

教学有法，教无定法。在STEM视角下的初中生物学课程及教学，有很多可以充分挖掘的经典案例，其教学价值不仅在学习生物学知识，更在于培养学生科学探究精神和科学思维。教师则在与学生的互动过程中，改进自己的教学。

参考文献

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