摘要：基于STEM理念的高中生物学教学融合了科学、技术、工程与数学领域的知识，既可以引导学生感知生命的奥妙，探索生命现象背后蕴藏的原理，又可以引导学生从不同角度思考问题，发展学生的理性思维。文章论述了STEM理念的内涵，讨论了基于STEM理念的高中生物学教学价值。同时，文章结合具体教学案例，分析了基于STEM理念的高中生物学教学策略，指出教师可通过创设情境、设计问题、实验讨论、落实评价等方式优化教学，希望可以为广大高中生物学教师提供有益参考。

　　关键词：高中生物学；STEM理念；教学策略

　　STEM理念将科学、技术、工程和数学学科进行交叉融合，强调在教学过程中综合提升学生的科学素养与实际应用水平。但是，一些教师对STEM理念的内涵认识不深刻，缺乏基于STEM理念的实践教学经验，导致教学活动与评价效果不尽如人意。为保证基于STEM理念的高中生物学教学能够发挥理想的育人作用，教师有必要深入研究基于STEM理念的高中生物学教学策略。

　　一、STEM理念概述

　　STEM理念是将科学、技术、工程、数学学科交叉融合，以培养学生综合素养的教育理念。其中，S代表Science（科学），即关注科学现象、规律、原理的教学，旨在引导学生从科学的角度出发观察现实生活，探究生活中的客观规律；T代表Technology（技术），即关注科学技术的讲授与训练，旨在使学生在理解科学的基础上学会运用不同技术解决实际问题；E代表Engineering（工程），旨在启迪学生的工程设计与开发智慧；M代表Mathematics（数学），即关注数学原理与思想方法的教学，旨在培养学生的数学思维，使学生学会基于数据、数学模型分析并解决问题。STEM理念主张将科学、技术、工程、数学等学科有机结合，通过构建开放化、动态化的教学模式引导学生完善自身的知识体系，进而开阔学生的视野，促进学生整体能力的提升。

　　STEM理念的核心要素体现在两方面。一方面，STEM理念强调教学要基于真实的问题解决情境，强调为学生营造真实的应用、科研氛围，使学生在自主建构的过程中发现学科原理，掌握技术与工程方法，形成数学思维。另一方面，STEM理念主张跨学科知识的整合教学，强调科学、技术、工程、数学四门学科有机融合，要求教师从解决实际问题的角度出发组织教学活动，引导学生综合应用四门学科的知识、技能与方法探究问题，完成对教学内容的梳理与整合。

　　二、基于STEM理念的高中生物学教学价值

　　（一）有利于促进学生全面发展

　　基于STEM理念，教师将科学知识融入生物学课程内容当中，使学生在认识基本生物学现象的同时发现生物学规律、归纳生物学原理，有助于提高他们的独立思考能力、科学认知能力等。教师将技术与工程领域的教学素材融入生物学课程教学内容当中，为学生提供了更多科学研究的学习素材，使学生能够在学习过程中掌握运用科学技术原理验证猜想的科学探究方法，提升学生的探究能力。此外，教师在教学中引导学生用数学学科的逻辑推理、抽象方法归纳生物学原理，有助于提高学生的逻辑推理与数学抽象能力。因此，基于STEM理念的高中生物学教学将科学、技术、工程、数学等学科的教学内容有机融入生物学教学当中，能够有效促进学生科学认知、实验探究、推理论证等能力的全面发展。

　　（二）有利于推进生物学教学改革

　　《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）要求教师在教学中注意学科间的联系，要认识到生物学与数学、技术、工程学、信息科学是相互渗透、共同发展的。基于STEM理念的高中生物学教学有机融合了科学知识、技术与工程方法、数学思维方法，增强了生物学与其他学科间的联系，满足了《课程标准》中关于跨学科教学的相关要求。同时，《课程标准》强调要培养学生的生物学学科核心素养，包括生命观念、科学思维、科学探究与社会责任。基于STEM理念的高中生物学教学不仅重视对生物学原理的讲授，还重视生物学实验教学，注重引导学生在运用技术与工程方法、数学思维方法的过程中发现生物学规律，利用生物学实验验证猜想或得出结论。因此，基于STEM理念开展高中生物学教学工作，有利于《课程标准》的贯彻落实，同时也对进一步推进生物学教学改革有积极意义。

　　三、基于STEM理念的高中生物学教学策略

　　（一）创设情境，培养生物学学习兴趣

　　基于STEM理念的高中生物学教学要从实际出发，培养学生从科学视角看待生活的习惯。因此，教师可以将教学内容与实际生活相联系创设相应情境。生动、有趣的教学情境可以激发学生的学习兴趣，驱动学生自觉联系所掌握的科学知识、技术与工程方法、数学思维方法领会生物学知识。

　　以人教版高中生物学必修1中“细胞是生命活动的基本单位”一课的教学为例。教师可以在课上播放兔子吃大白菜的视频，并创设情境：兔子是哺乳动物，大白菜是植物，有人说这两种生命体形态迥异，但它们生命活动的基本单位都是细胞，有的人则不相信，你更支持哪种说法？这样的情境问题驱动学生从科学的角度出发思考相关问题。在此基础上，教师还可以借助Flash动画视频介绍罗伯特·胡克用显微镜观察木栓细胞、列文虎克用自制显微镜观察红细胞、施莱登与施旺观察植物与动物细胞的故事，使学生了解更多研究细胞的案例。

　　（二）设计问题，提高生物学认知水平

　　体验情境之后，学生可能会对基本的生物学现象、其中蕴藏的科学原理、探究情境的技术方法等产生疑问。这时，教师可基于STEM理念设计启发性问题，驱动学生围绕问题进行更深层次的思考与讨论，使学生在深化生物学知识的基础上提高自身的认知水平。

　　以人教版高中生物学必修1中“降低化学反应活化能的酶”一课的教学为例。教师可以围绕教材中“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验设计如下问题：（1）实验的研究目的是什么？（2）实验可分为哪几部分？实验过程是什么？（3）实验现象有哪些？你能够根据实验数据得到怎样的结论？其中，第一问围绕实验目的展开，意在使学生在思考问题的过程中明确实验主题，形成利用生物学实验探究生物学原理的科学观念。第二问围绕实验内容展开，旨在使学生在分析实验内容的过程中了解生物学实验的准备、实施、操作工作，同时掌握控制变量法、设计对照实验等基本的实验方法。第三问围绕实验现象与结论展开，旨在使学生对比、分析通过实验得到的各项数据以得出结论，加深对“与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高”的理解。同时，通过以上问题还可以引导学生反思生物学研究的全过程，使学生形成基本的科学意识，掌握基本的科学研究方法，积累根据数据得出结论的经验，提高学生的生物学整体认知。

　　（三）实验讨论，发展科学探究思维

　　1.讨论实验方案，发展科学思维

　　生物学实验以科学有效的实验方案为参考。学生只有基于生物学原理、技术与工程方法、数学思维方法提出猜想、设计实验方案并预设实验结果，才能够在实验学习中取得理想成果。但是，单凭学生个人的力量很难在实验前完成所有设计工作，因此需要学生合作互助。为此，教师可组织学生以小组为单位提出实验观点，设计实验方案，让学生在讨论的过程中养成大胆质疑、小心求证的思维习惯。

　　以人教版高中生物学必修2中“DNA是主要的遗传物质”一课的教学为例。教师可以从教材中给出的染色体、蛋白质和DNA示意图切入，吸引学生对遗传物质的注意，同时引出教学问题：你认为遗传物质有什么特点？你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？然后教师可以组织学生围绕教学问题以学习小组为单位合作讨论，驱动学生对肺炎链球菌的转化实验、噬菌体侵染细菌的实验展开研究。除此之外，教师还可假设教学情况，如：假如有充足的实验资源，你会选择设计怎样的实验方案？驱动学生参照已有的实验设计资料展开讨论，使学生在讨论过程中确定“验证DNA是遗传物质”的实验主题，设计对照实验方案并预设实验结果，使学生在系统分析、讨论的过程中强化科学意识，形成用技术与工程方法、数学思维方法解决生物学问题的思维习惯与能力，发展科学思维。

　　2.开展探究实验，发展实践思维

　　基于STEM理念的高中生物学教学要为学生提供更多科学探究的机会，让学生在观察、操作、总结的过程中发现生物学原理，从而提升学生的综合能力。对此，教师可以在生物学教学中组织探究活动，要求学生根据实验猜想运用相关试剂、工具完成实验任务，并基于实验现象、实验数据总结生物学规律，由此提高学生的实践探究能力。

　　以人教版高中生物学选择性必修1中“植物生长调节剂的应用”一课的教学为例。教师可结合教材给出的植物生长调节剂的类型、作用和施用等教学内容布置探究性实验任务，如：研究植物生长调节剂对植物插条不定根发生的影响。布置任务后，教师应为学生提供生长良好且发育状态相同的同种植物1年生枝条苗木，以及电子天平、烘箱、分光光度计、1000 mg/L吲哚丁酸溶液、1000 mg/L多效唑溶液、其他植物生长调节剂等实验用具，并组织学生以小组为单位合作完成对照实验。在此过程中，学生按照设计好的实验方案配置生长调节剂溶液，控制其他实验条件，观察、记录实验现象，合作完成系统的生物学实验。此实验时间较长、步骤较复杂，学生能够在参与探究实验的过程中掌握更多生物学药剂溶解、定容技术，形成用数据表示实验结果的抽象思维，同时也能在参与实验的过程中提高自身的实践能力，发展实践思维。

　　（四）落实评价，巩固生物学教学成果

　　教学评价具有诊断、反馈功能，及时落实教学评价，可引导学生反思自身学习的不足，促进学生查漏补缺。教师要丰富基于STEM理念的高中生物学教学评价的内容，从科学、技术、工程与数学角度出发，评判学生在理性思考、实践探究过程中的行为表现，使学生明确自身的综合发展情况。在此基础上，教师还可给出相关改进建议，以帮助学生纠正学习问题，进一步巩固学生的生物学学习成果。

　　以人教版高中生物学选择性必修3中“植物细胞工程”一课的教学为例。教师可以反思该课内容与科学、技术、工程与数学学科的交叉融合点，而后基于STEM理念设计学生评价标准，如是否了解植物细胞工程的基本概念和原理，是否掌握植物细胞培养的基本技术，是否了解植物基因工程的应用，是否学会根据需要设计生物学实验，是否掌握分析实验数据的方法等。之后，教师可根据评价标准分析学生在新课导入环节、问题讨论环节、实验探究环节的行为表现，指出学生存在的不足，如某学生对植物细胞工程的概念认识不到位，缺乏应用意识，应当多了解相关方面的知识，学习用科学知识与实验方法解决实际问题。

　　四、结束语

　　综上所述，基于STEM理念的高中生物学教学不仅要关注生物学教材中的教学内容，还要关注生物学在现实生活、生产中的应用，要注意将生物学教学与科学、技术、工程、数学等学科有机融合，确保学生能够在生物学课程学习中得到各方面能力的充分发展。为此，教师有必要整理更多教学素材，基于STEM理念创设相应的教学情境，同时提出具有启发性的问题、组织具有探究性的实验活动来提高生物学课程教学质量，提高学生的学习效率。

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