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摘要选取两个与中学生物学相关的美国STEM教育优秀案例，介绍了课程实施的过程，并从学科内容、课程亮点和教学设计三方面进行了分析，有利于中学生物教师更好地开展STEM教育，为我国STEM教育在生物学教学中的应用提供实践参考。
关键词 美国 STEM教育 生物学教学 案例分析
中图分类号G633.91 文献标志码B
STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科的英文首字母缩写。STEM教育强调四门学科的有机整合，旨在培养学生的跨学科解决问题的能力。STEM教育源自美国，发展趋于成熟，而我国还处于探索阶段。故选取两个与中学生物学相关的美国STEM教育优秀案例进行分析，旨在为我国生物学教学提供可行性的意见。
1美国STEM生物教案分析
1.1冠状动脉无小事（初中生物）
该课程约用时3-5d。课程目标：设计血液流动路径，尝试将血管支架植入到阻塞的冠状动脉中。课程需要用到的材料：透明塑料管、糖霜、便利贴、绘画纸、马克笔、管道清洁器、金属丝、长型气球、气球充气泵、橡皮筋、吸管、搅拌棒等。课程安排见表1。
1.1.1学科内容分析
该内容的“科学”体现在回顾血液循环和呼吸系统等相关生物学知识;“技术”体现于生物实验技术或现代教育技术，即解剖心脏或利用iPad观看视频;“工程”运用于设计血液流动路径和尝试在堵塞的动脉中植入血管支架;数学运用于计算血液的流速。本案例以原有知识和生活经验为科学背景，创设情境，激发学生学习兴趣;利用工程技术解决动脉堵塞的问题，并通过数据分析检测成果的可行性。
1.1.2课程亮点分析
STEM课程的目标是培养能够运用多学科知识解决实际问题的创新人才。在本案例中，学生通过尝试解剖心脏或利用iPad观看视频直观了解其内部结构，从理论延伸到实践，使抽象复杂的知识形象具体;同时将生物学与医学相结合，为学生未来选择职业打下基础。小组进行头脑风暴，激发思维碰撞。学生通过观看TED演讲与阅读最新文章，可了解最新技术及其实践应用，并且能够认同科学与技术是不断发展的，渗透了对于生物学情感、态度与价值观的培养。
1.1.3教学设计分析
案例的整体设计思路是完善背景知识、提出工程任务和解决问题。以清理阻塞的动脉并尝试植入血管支架为任务，使学生亲历识别问题、建立原始模型、测试、数据反馈、模型修正、再测试以及评价交流的研究过程，使学生具备一定的工程思想，并站在医生的视角解决问题。通过解剖和iPad等技术深入学习生物学概念。学生在撰写实验报告时需要经过思考、撰写、比较和修改等步骤，进一步提升了学生的科学素养。
1.2 DNA建模：理解DNA的结构和运动（高中生物）
该课程约2-3个课时。课程目标：通过“我是一个脱氧核糖核苷酸“DNA身体建模活动和模型制作，了解DNA的结构与功能。课程需要用到的材料：不同颜色的毛条玩具、水笔、香蕉等。课程安排见表2。
1.2.1学科内容分析
本案例“科学”体现在DNA组成及其结构等生物学知识;“技术”体现在利用计算机搜索DNA结构图和提取香蕉的DNA;“工程”体现在制作DNA结构模型;数学并未涉及。在STEM教育中，学科内容可加可減，根据实际需要选择学科进行融合。“技术”可指教育技术或信息技术，也可指“科学”中的具体技术的应用，如PCR技术。“数学”可指数学模型也可指数学公式或数据分析。
1.2.2课程亮点分析
本案例通过活动和模型教学为学生介绍DNA的组成及结构。在实验探究环节，学生通过提取香蕉中的DNA从宏观上对DNA有一定的认识，并培养了学生的动手操作能力。通过建模活动让学生亲自扮演DNA，亲历构建模型一比较分析一发现问题一再次构建模型，分步实现了身体建模活动。在此过程中，学生不仅加深了对DNA结构的理解，还可以体会到科学的艰辛，养成严谨的科学态度。最后，学生利用毛条玩具亲手制作DNA模型，进一步加深对DNA组成及结构的理解。
1.2.3教学设计分析
本案例应用经典的“5E教学法”。以生活中的故事为出发点吸引学生兴趣，学生通过自主查阅DNA结构图学习科学概念，在实验探究过程中提高动手操作能力，在熟悉基本结构单元的基础上扮演DNA各个单元，注重理论与实践的结合。学生以小组讨论的形式自主探究DNA的结构，通过比较身体模型与DNA结构图表的差异，激起学生的认知冲突，从而建构新知识。学生通过纸笔测试和口头测试反馈教学并内化知识。
2对我国高中STEM生物学教学的建议
2.1围绕课程目标开展
课程目标是指导整个课程编制过程最为关键的准则。教师依据课程目标选取并组织教学内容，通过各个学科内容的融合实现课程目标。依据课程目标，分析STEM学科内容，并可融合艺术、语文、物理等学科知识丰富教学内容。如案例2中DNA可决定人的外貌，在学习有关DNA的理论知识后，教师可选择一首合适的歌曲，组织学生重新编写歌词，在新歌词中尝试加入描述DNA所有方面的内容。
2.2选择合适的教学模式
美国STEM教育模式大致有3种：5E教学模式、6E教学模式和PIRPOSAL教学模式。5E教学模式充分体现学生的主体性，学生通过自主探究来构建、形成对科学概念的理解。如在学习“酶的特性”一节中，教师可采用此模式设计教学过程，学生自主设计实验探究酶的高效性。6E教学模式是基于5E教学模式加入设计环节，学生在设计时可以像工程师那样进行设计与制造。如在“生活污水处理工程”教学中可以此模式设计教学。PIRPOSAL教学模式以问题为中心，培养学生的发散思维和批判性思维。如设计一个水过滤装置，通过确认问题、产生想法、探讨可能性、最优化、方案评估、修改和交流等过程实现课程目标。因此在教学中，教师应合理选择适合本堂课的教学模式，突出教学目标，合理安排教学内容。
2.3制定多元的评价标准
教学评价可衡量学生在STEM课程中能力是否提高。教学评价方式一般包括诊断性评价、形成性评价和总结性评价，具体可以分为：纸笔测验、学生手稿笔记、课堂观察、作品集、访谈面试、任务成果展示、学生自我报告、组内互评和反思日志等。案例1采用教师观察及学生自我报告反馈教学成果，学生可反思自己的学习过程且相对客观;案例2从纸笔测试进行评价，可了解学生对知识的掌握但不能评价其对知识的实际应用。因此，教师需制定全面的评价标准，不仅评估主体要多元化，评价方式也要多元化。