1、STEM教育理念与生物学教学融合研究背景1STEM教育与5E教学模式、证据导向教育关系3STEM教育必要性2STEM教育生物教学案例4目 录C O N T E N T S01STEM研究背景介绍4研究背景1培养高质量人才培养复合型人才实践能力与问题解决能力STEM 教 育理念是一种相对新颖的教育理念，旨在培养具备综合素质的高质量人才大数据时代背景下，科技创新越来越受到重视，社会更需要拥有科技、工程 等综合知识背景的复合型人才。随着生物学领域的不断发展，学校教学中生物学 教学的成果也日益受到重视。STEM教育则关注在“杂乱无章”的学习情境中强调学生的实践能力与问题解决能力。跨学科学习是培养学生的
2、高阶思维能力最重要的途径，绝对不能忽视。中国学生发展核心素养责任担当实践创新人文底蕴科学精神学会学习健康生活全面全面发展发展的人的人文化基础社会参与自主发展总体框架6课程标准1普通高中生物学课程标准（2017 版 （简称 课程标准）中明 确指出：“要求生物学课程的教学过程中以从生命观 念、科学思维、科学探究和社会责任等方面发展学生学科核心素养为宗旨，充分体现生物学的学 科特点和价值，高度关注学生在学习中的参与程度，帮助学生通过探究性学习活 动或完成工程学任务，加深对生物学知识的理解，进而用所学知识解决现实生活 中遇到的问题。”。7课程标准1LOREM IPSUM DOLOR SIT AMET
3、CONSECTETUER教学过程重实践，要求学生通过探究性学习活动或完成工程学任务，加深对生物学概念的理解，提升知识的能力。有助学生从学习生物学的过程中审视学科的本质学科分叉和知识融合是教育改革的关键，高中不再文理分科，开放学生学科的自主选择，学科之间必然走向融合，培养全面发展的人才成为可能。课程理念学科素养为核心课程内容少而精教学过程重实践学业评价促发展“重实践”的环节中必然会涉及超越学科本身的知识和能力的要求，老师要适当将跨学科知识和技能融入实践活动，特别是将“科学、技术、工程学和数学”STEM整合到实践活动中02STEM教育通识学习情境学习工程设计科学探究真实情境设置、问题凸显引发学生深
4、度思考自主设计实验方案，科学建 模实验实施、科学论证、反思过程、分析数据、对证据预测、解释、分享实验成果“S”即科学，是一个建立在可检验的解释 和对客观事物的形式、组织等进行预测的有序的知识的系统，我们现在所学习的知识便是科学，科学是 我们学习的基础。回答是什么和为什么。“M”即数学，是研究数量、结构、变化、空间以及信息等 概念的一门学科，从某种角度看属于形式科学的 一种“T”即技术 是解决问题的方法及方 法原理，是指人们利用 现有事物形成新事物，或是改变现有事物功能、性能的方法，一旦掌握，便会成 为个人终身财富。回答做什么、怎么做“E”即工程 这一概念于 18 世纪在欧洲被创造，在人类文 明
5、逐渐发展过程中，工程逐渐发展成一门独立的学科02STEMSTEM教育教育STEMSTEM教育理念理念教育理念理念科学、科学、技术、技术、工程、工程、数学数学STEMSTEM教育理念教育理念S ST TE EM M工程工程科学科学技术技术数学数学STEM 教育理念即是 STEM 教育实施的思想观念指导，能够正确地 反映 STEM 教育的本质和特征，渗透于整个 STEM 教育的过程中。在生物学实 验教学中渗透 STEM 教育理念，更能体现生物学的自然科学本质，与物理、化 学、数学等学科相融合，旨在培养学生的创新能力，完成工程学任务，提高生物 科学素养STEM 教育是一种付诸实践 的思考STEM 教
6、育与STEM 教育理念作品开发取向科学探究取向STEM 教育分类正向项目教学、逆向工程教学、纠错教学以及科学探究。基于正向项目教学的基于正向项目教学的STEMSTEM教育教育基于逆向工程教学基于逆向工程教学的的STEMSTEM教育教育基于纠错教学的基于纠错教学的STEMSTEM教育教育基于科学探究的基于科学探究的STEMSTEM教育教育强调以项目活动为依托组织教学内容，以学生为主体开展教学活动，以可视化和多样化的学习成果评价学生的学习效果。实施过程一般分五个阶段：作品使用与工程分析、作品分解与复原、再设计与微创新、原型制作或产品再造、比较评估与反思。四个阶段：玩与观察、分析可能的原因、确定纠错
7、的起点、纠错与测试。从生活中的科学问题出发，制订科学探究方案，开展科学探究实践并收集数据，利用程序设计或其他数据统计软件分析数据，使学生在习得跨学科知识、科学的思维过程与方法的同时，提高学生的科学探究能力03STEM四种形式02010403跨学科性STEM 理念很好地弥补了分科教 育逐渐凸显的弊端，淡化了学 科之间的 设计性引导学生设计 问题 和项 目，并研究实验方案来解决，学生通过主动参 与、设计创新方案以及实际操 作探究来构建生物学知识体系情境性生物教学中渗透 STEM 教育理念就是要求教师将生物学科与真实情境 结合，引导学生在分析、解决、创新、设计问题的时候开放思维，并且能将知识 与真实
8、的情士在联系在一缸，将所学的知识运用到解决牛活实际问题当中。动态性生物具有生命性、动态性，基于 STEM 的生物学教学在课程内 容的选择、实施、评价过程中形式多样 丰富，也表现出动态性；。基于 STEM 教育理念的生物学教学有以下几个特点代替纯科学教育（物理、化学、生物、地理）加深对科学理论的理解，注重知识理解、推理、应用-活性知识增强人文素养，形成健康的价值观 反映了社会或个体对文化精神的追求人文积淀、人文情怀（人的生存与发展、幸福）、审美情趣培养理性思维，提升科学实践能力、科学原理和方法、事实和证据、解决问题养成主动学习的意识，终生学习的意识和能力当前当前STEMSTEM教育中存在教育中存
9、在的典型问题的典型问题课堂上过分关注技术而不遵循教育规律12学生只会模仿老师的操作而没有真正体验到知识获得的过程3.缺乏基于证据进行推理的过程，学生的科学意识不强4.缺少过程性数据来验证学生的创新学习能力提升以及创新学习的发生5.缺少对知识掌握水平和能力素养的评估导致STEM教育沦为一种职业技术培训03STEM教育与5E教学模式、证据导向的STEM教育5E 教学模式是在适用于科学探究的基础上构建的，基于建构主义理论和概念转变理论的的探究式教学模式 l，它包括引入（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、精制（Elaboration）和评价（Eva
10、luation）五个环节，所 以 又称为 5E 学习5E 5E 教学模式教学模式引入 探究 评价 精制 解释 5E 教学模式是一种探究式的教学 方式，以问题为导向，而问题化学习也是 STEM 教育理念的 一种实践模式，所 以运用 SE 教学模式进行生物学教学，在一定程皮上能够 凸显 STEM 教育理念情境主体和中 心表达和交流迁移拓展反思基于证据的学习包含两层涵义：一是指通过运用各种证据来反映学习过程并呈现学习结果，通过证据的呈现帮助教师判断学生是否真正发生了有效的学习，通过证据的运用帮助教师及时调整教学以提升学生的学习结果，通过动态、长期的过程性证据证明个体的能力和学习绩效的持续性变化过程，
11、由此发现教育教学规律。二是它强调学生在学习过程中运用一系列证据完成科学探究任务和解决实际问题基于证据的学习内涵1注重培养学生的科学意识和科学素养2关注对学生能力层面的评价3强调学习结果的可检验性4符合大数据和人工智能时代的发展方向。02基于证据的学习特征从解决一个问题或进入一个项目开始，到找到该问题的解决方案或者完成一件最终的“人工制品”，在这个过程中反映学生学习过程和成果的所有数据、材料等都可以作为学习的证据。学习证据既是学生解决问题的线索，也是评价学生学习过程的依据。对于教师，根据STEM教育的跨学科整合性和基于证据的学习理论，在设计“问题或项目”时应注重知识的内在逻辑以及证据的意识，即注
12、重“问题或项目”背后所包含的多门学科知识之间的联系，新知识与学习者已有的先验知识之间的联系，以及与真实问题或项目之间的联系，帮助学生对知识进行生活化、情境化和社会化，使得其学到的知识不是孤立、僵化的，而是灵活、有关联的。对于学生，在学习STEM课程期间需要有深度认知投入的学习，包括理解不同知识之间内在的逻辑关系，理解问题和逻辑背后所包含的学科知识和科学原理，综合运用多学科的知识进行推理、论证、假设和验证等。（1）设计问题或项目时要重点关注跨学科整合性，注重知识的内在逻辑，以促进学生的深度学习3）充分发挥大数据、人工智能等新一代信息技术的作用（2）发展学生的关键能力与核心素养，支持教师基于证据开
13、展形成性评价和表现性评价证据导向的STEM教学模式实施建议生成研究主题制定研究计划撰写研究方案开展实验统计分析、解释数据报告结果科学探究工程实践 交流评价师生共同寻找对象30STEMSTEM教育理念实验教学流程教育理念实验教学流程20161201720182019234从科学、技术、工程、数学四个维度进行研究方案设计解释实验所涉及的科学与技术原理并改进从实验中获取数据、证据、反思04案 例案例：引导学生小组合作课前利用细菌、真菌的发酵过程制作馒头、酸奶、米酒、葡萄酒等食品，并以视频和照片的形式记录整个制作过程。在课堂教学过程中，创设了“企业美食大赛”的情境，将比赛分为三组“厉害了我的馒头”、“
14、明月几时有，我们来酿酒”、“酸奶DIY”，通过设置成果展示、提问、评委点评、颁奖等环节，引导学生合作交流，探索未知，让学生在轻松愉快的学习氛围中收获知识、掌握技能项目式教学设计的要素：项目任务设计、项目中学生角色、项目任务设计、项目中学生角色、项目服务对象、项目实施背景、项目成果、项目评价标准项目服务对象、项目实施背景、项目成果、项目评价标准DNA双螺旋结构模型多核苷酸链的两个螺旋围绕着一个共同的轴旋转 右手 螺旋 多核苷酸链通过磷酸和戊糖的3、5相连而成螺旋直径约为2mm，相邻碱基之间相距0.34nm,螺旋10个碱基之后相距约0.34nm两条链是碱基对之间氢键相连 多个核苷酸中碱基的序列不受
15、限制 多核苷酸链通过磷酸和戊糖的3、5相连而成聚焦于学生对人体循环系统和呼吸系统的深入理解。在学生对人体系统有一定程度的了解后，教师给学生提供1个用糖霜和透明塑料管粘在一起的模型，模拟被堵塞的动脉血管。学生注意到糖霜位于管子的中间位置，且难以取出小组活动中，教师为学生提供便利贴、不同颜色的马克笔、绘图纸，以及充足的空间。学生轮流将自己的想法写在便利贴上，并贴在小组的绘图纸上。教师指导学生使用正面肯定的语言评价想法组织班级讨论，学生需要提出清理动脉的方法，以及医生在手术中可能遇到的困难。学生将这些想法都写到白板上，以便全班同学都能看到.确定了设计方案之后，学生们开始进行原型制作及测试，学生在制作
16、和测试过程中会遇到很多问题，教师鼓励学生一边用录像记录下测试的过程，一边对原方案进行现场修改或改进，但要求学生对方案的任何修改都记录下来，将其作为未来设计迭代的基础.观看心脏及细胞的视频时做的笔记论证自己的观点。教师鼓励学生同意或反对他人的观点，并通过自己对证据的阐述支持或反对这些观点。通过这个过程，学生了解到设计项目的需求，即用什么方法能取得动脉最大血液流量，并设计对项目成果的定量测试。.学生被要求评价项目设计方案，对其他同学的工作进行评价，并改进设计方案。每组的方案都要在全班进行展示以接收同行评议。学生还被要求制作1张海报，讨论他们的设计过程和“手术”的成功.冠状动脉无小事案例冠状动脉无小
17、事案例该案例中教师用了多种方法帮助学生展现自己的想法，理解他人的想法，包括用便利贴、马克笔等将所有的想法写到白板上，制作海报讨论设计过程等。每位学生都有机会展示自己的想法，而此前对血液循环系统和呼吸系统的学习为此打下了基础1.学生从种子萌发呼吸作用释放热量、产生二氧化碳、消耗氧气建构呼吸作用概念，概念构建过程中产生质疑，不同器官呼吸作用探究，引导学生实验装置合理应用、安装。2.小组合作，从科学、技术、工程、数学四个维度进行方案的设计，进而进行实验操作、步骤科学获取实验数据，进行小组分工3.小组成员利用生活中物品进行设计实验装置，检测热量、二氧化碳、氧气的方法。如何用传感器检测二氧化碳含量。项目：探究植物呼吸作用过程科学：影响呼吸作用的因素技术：实验技术如传感器使用工程：实验材料的选择、实验装置、指示剂选择、实验方案的设计数学：单位时间内二氧化碳释放量曲线绘制4.从实验现象、实验结果分析构建呼吸作用概念，数据分析在高中生物选修1实验应用案例 1:渣清果汁的奥秘(1)学习者特征分析感谢聆听T H A N K Y O U F O R LISTENING
