初中生物与STEM教育的融合实践

摘要 STEM教育以科学、技术、工程和数学为核心，通过跨学科的方式培养学生的综合能力。初中生物课程内容丰富，与STEM教育的融合为学生提供了全新的学习体验，有助于培养学生的批判性思维和解决问题的能力。本文从STEM教育的概念和特点出发，分析了初中生物与STEM教育融合的可行性与意义，探讨了在实践中的具体实施策略与案例，为推动初中生物课程的创新教学提供理论与实践支持。

关键词 初中生物；STEM教育；融合实践；跨学科教学；创新教育

正文

一、STEM教育的概念与特点

STEM教育是由科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四个学科共同组成的一种教育模式。这一教育理念的核心在于通过跨学科的方式，培养学生的综合素养和解决问题的能力。STEM教育强调知识的综合应用和实践操作，注重学生在真实情境下运用所学知识解决实际问题。在STEM教育的框架下，学生不仅要掌握学科基础知识，还需要培养思维的灵活性、创新性和协作能力。

与传统教学相比，STEM教育具有以下几个特点：

1.跨学科融合：STEM教育打破了学科之间的壁垒，强调将科学、技术、工程和数学结合应用于实际问题的解决。

2.实践为主：STEM教育强调学生通过实验和项目等实践活动，亲身体验知识的应用过程。

3.问题导向：教学内容常以真实情境中的问题为导向，激发学生自主学习和探究的兴趣。

4.合作学习：STEM教育鼓励学生在团队中合作解决问题，提升他们的沟通和团队协作能力。

二、初中生物课程与STEM教育融合的必要性

（一）激发学生学习兴趣

生物学是一门与生活紧密相关的学科，涉及到植物、动物、人体结构和生态系统等丰富多彩的内容。但在传统的生物课堂上，学生的学习方式往往以记忆为主，难以激发他们对生物学的兴趣。而STEM教育强调通过实践和探究学习，能够让学生更主动地参与到学习中，从而增强他们对生物学的兴趣。例如，通过动手制作植物生长的自动灌溉系统，学生可以在实际操作中理解植物的生理需求，从而将枯燥的理论知识转化为有趣的实践活动。

（二）促进学科知识的综合应用

STEM教育的跨学科性质能够帮助学生将生物学知识与其他学科知识相结合，提升其综合运用能力。例如，学生可以运用数学知识分析实验数据，利用技术工具进行模拟实验，或者通过工程设计构建生物实验装置。这种融合能够打破单一学科的限制，帮助学生形成对问题的多维度理解，并提高其分析和解决复杂问题的能力。

（三）培养学生的创新能力与批判性思维

STEM教育强调创新和问题解决，而初中生物中的实验设计和研究正是培养学生创新能力的最佳平台。通过STEM教育，学生不仅可以在实验过程中提出假设、设计实验，还可以通过分析实验结果进行反思和改进。这种过程不仅培养了学生的创新思维，还提升了他们在实验过程中发现问题和解决问题的能力。例如，学生可以探究如何通过优化植物的生长环境来提升作物产量，这类实践活动能够有效锻炼他们的批判性思维。

三、初中生物与STEM教育融合的实践策略

（一）基于项目的学习（PBL）

项目式学习是STEM教育中的常用教学方法。教师可根据生物课程内容设计项目，如“生态瓶的构建”，要求学生运用生物知识了解动植物的生态需求，并结合工程思维设计自循环生态系统。该方法不仅提升了学生的自主学习能力，也通过动手实践加深了他们对生物知识的理解与应用。

（二）问题导向的教学法（PBL）

问题导向教学注重通过解决具体问题进行学习。教师围绕核心问题引导学生探究，例如在“人体免疫系统”教学中，提出“如何通过改善生活习惯提升免疫力”的问题，学生通过查阅文献、进行实验得出结论。这不仅提高了学生的生物知识，还增强了他们解决实际问题的能力。

（三）结合现代技术的实验教学

技术应用在STEM教育中非常重要。教师可利用虚拟实验平台弥补设备不足，让学生在虚拟环境中进行实验，并通过3D打印制作生物模型或编程模拟生物过程。这样，学生不仅提升了实验的趣味性，还能更直观地理解复杂的生物过程。

（四）鼓励学生自主设计实验

教师可通过设置开放性实验题目，鼓励学生设计实验方案。例如在“植物光合作用”教学中，学生根据个人想法设计实验，改变光照强度或温度等变量，探究植物在不同条件下的生长情况。这种方式培养了学生的动手能力与创新思维。

（五）开展跨学科主题活动

跨学科活动是STEM教育的重要特色。教师设计如“水污染治理”类活动，要求学生结合生物、化学、物理等多学科知识，分析污染对水生生物的影响，并设计工程装置净化水质。通过这种活动，学生不仅提高了环保意识，还增强了跨学科综合解决问题的能力。

四、案例分析：基于STEM的初中生物教学实践

以“植物生长调节剂的作用机制”为主题，教师设计了一个基于STEM教育的实验项目。在该项目中，学生通过查阅资料、设计实验、测量数据和分析结果，探讨不同植物生长调节剂对植物生长的影响。学生需首先了解生长素、赤霉素、细胞分裂素等调节剂的作用原理，并根据实验设计应用不同浓度的调节剂，观察植物的生长变化，记录生长高度、叶片数量等指标，并分析数据。

在数据分析阶段，学生使用数学工具计算调节剂浓度与生长效果的相关性，借助Excel等技术工具处理和可视化数据，提升分析精确度。同时，学生通过设计自动化灌溉装置，结合工程思维解决实验中的技术问题，进一步优化实验方案。整个过程中，学生不仅掌握了生物学基础，还综合运用数学和技术工具，培养了创新思维和合作能力。

通过该项目，学生对植物生长调节剂的作用有了深入理解，同时提升了自主学习和跨学科思维能力。此类基于STEM的教学实践为初中生物课程注入新活力，增强了学生的学习兴趣和学科综合素养。

五、初中生物与STEM教育融合的挑战与应对策略

（一）教师专业素养有待提升

STEM教育要求教师具备跨学科教学能力和创新思维。部分教师在实施过程中面临技术和工程设计方面的困难，学校应通过培训提升教师的STEM教学能力。

（二）教学资源有限

由于资源限制，部分学校难以提供足够的实验设备和材料。学校可通过与企业、科研机构合作或利用虚拟实验平台等数字资源，为学生创造更多实践机会。

（三）课程时间安排紧张

STEM项目可能占用较多课堂时间，影响课程进度。教师可将STEM项目设计为课外活动或社团活动，结合课后学习提供更多动手实践的机会。

六、结论

初中生物与STEM教育的融合为传统教学带来了新的可能性，通过跨学科的项目实践，不仅提升了学生对生物学知识的理解和应用能力，还促进了他们批判性思维、创新能力和团队协作精神的培养。然而，STEM教育的实施也面临着教师素养、资源和课程安排等方面的挑战。通过合理的策略应对这些挑战，初中生物与STEM教育的深度融合将成为提升教学质量和学生综合素养的有效途径。

参考文献

[1]陈光源.浅析初中生物教学中如何传承中国传统文化[J].中华活页文选（传统文化教学与研究），2024，（08）：100-102.

[2]林彩云.基于STEM理念的初中生物跨学科实践探索——以“制作可调节的眼球成像模型”为例[J].试题与研究，2024，（14）：1-3.

[3]李晓慧.LACID理论指导下的农村初中“生物学与社会·跨学科实践”教学设计与实践研究[D].山东师范大学，2024.DOI：10.27280/d.cnki.gsdsu.2024.001106.

[4]江灵.SSI教学在初中生物学教学中的实践研究[D].信阳师范大学，2024.DOI：10.27435/d.cnki.gxsfc.2024.000623.

[5]陈梅杨.初中生物学学科融合式教学探析[J].智力，2024，（09）：72-75.