張碧柳

STEAM教育的前身是20世紀(jì)80年代美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)在意識(shí)到高層次的創(chuàng)新人才對(duì)于國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的重要性而提出的“STEM(Science，Technology，Engine ering，Mathematics)教育集成”的建議。之后，美國(guó)弗吉尼亞科技大學(xué)的Yakman教授在原有4科的基礎(chǔ)上加入藝術(shù)(Art)學(xué)科，通過多個(gè)學(xué)科的融合發(fā)展成為現(xiàn)有的STEAM教育。與STEM相比，STEAM教育的內(nèi)涵更加豐富，不僅能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、問題解決、創(chuàng)新、合作、激勵(lì)等能力，還致力于將學(xué)生塑造成具有創(chuàng)造和革新精神的全面發(fā)展的人，支持學(xué)生成為未來(lái)的發(fā)明家和創(chuàng)造者[1]。

一、STEAM教育的本質(zhì)與內(nèi)涵

雖然STEAM教育在我國(guó)的發(fā)展前景較好，但是STEAM教育畢竟是從美國(guó)引進(jìn)的一種新型的教育模式，不同的研究者對(duì)于STEAM教育所蘊(yùn)含的本質(zhì)與內(nèi)涵理解有所不同。通過大量的文獻(xiàn)查閱，可以發(fā)現(xiàn)主要有以下幾種代表性觀點(diǎn)：王娟等人提出STEAM教育需要依托互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)，打造智能化教育信息生態(tài)系統(tǒng)[2]，強(qiáng)調(diào)STEAM教育是一種多學(xué)科整合的創(chuàng)新教學(xué)方式。李小濤等人提出的STEAM教育是以項(xiàng)目學(xué)習(xí)完成相關(guān)任務(wù)，同時(shí)培養(yǎng)其項(xiàng)目學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新精神和STEAM素養(yǎng)的素養(yǎng)說[3]。楊玉佩研究則認(rèn)為STEAM教育是一種立足于生活實(shí)際問題，在問題解決中培養(yǎng)創(chuàng)新思維，從而培養(yǎng)創(chuàng)新人才的新型教學(xué)模式[4]。雖然各家說法有些許差異，但是本質(zhì)與內(nèi)涵基本相通，STEAM教育是基于真實(shí)情境中的項(xiàng)目或問題，依托工具與資源用跨學(xué)科整合的方式培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的一種技術(shù)教育。

二、化學(xué)STEAM教育的有效實(shí)施途徑

在2016年教育部發(fā)布的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中明確提出要“積極探索信息技術(shù)在‘眾創(chuàng)空間’、跨學(xué)科學(xué)習(xí)(STEAM教育)、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用，著力提升學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力、促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展”[5]。近年來(lái)，在化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，中學(xué)化學(xué)課程改革取得一些成果，但同時(shí)也暴露了中學(xué)化學(xué)教學(xué)形式單一、容易受傳統(tǒng)模式的影響、評(píng)價(jià)機(jī)制僵化等問題。STEAM教育的根本目標(biāo)是做到以學(xué)生為主體，全力提升學(xué)生核心素養(yǎng)和綜合創(chuàng)新能力。因此，學(xué)?？梢源蚱圃械慕虒W(xué)模式的僵局，結(jié)合自身特點(diǎn)與地域特點(diǎn)，開發(fā)地方與校本資源，利用校本課程或者社團(tuán)活動(dòng)，豐富課程設(shè)置，滿足學(xué)生的需求。我校高中學(xué)生就是利用每周二下午的社團(tuán)活動(dòng)時(shí)間，自主成立化學(xué)社團(tuán)，開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。在STEAM教育理念的引領(lǐng)下，化學(xué)社團(tuán)的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)歷經(jīng)如下幾個(gè)階段。

1.模仿與實(shí)踐階段

學(xué)生一開始開展社團(tuán)活動(dòng)，主要基于自己的興趣，比較傾向于做一些趣味性和現(xiàn)象性比較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。STEAM教育注重實(shí)踐和過程，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生已經(jīng)可以自主地上網(wǎng)找資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)踐探究。然而在該階段，學(xué)生主要還是依靠網(wǎng)上提供的現(xiàn)有方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，例如，學(xué)生可以根據(jù)網(wǎng)上提供的方案成功制作出黃晶雨、銀鏡等成品，過程雖然實(shí)現(xiàn)自主操作，但是設(shè)計(jì)思維上還是依賴模仿。對(duì)于水葫蘆造紙的設(shè)計(jì)方案最初就源于學(xué)生的一次簡(jiǎn)單的再生紙實(shí)驗(yàn)，學(xué)生根據(jù)網(wǎng)上收集的方案，將廢棄紙張進(jìn)行浸泡、粉碎、漂白、洗漿、抄紙、晾曬等一系列的過程制備再生紙。模仿與實(shí)踐階段是學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的必經(jīng)階段也是首要階段，在以往的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和思維模式的影響下，學(xué)生接受新的知識(shí)，掌握新的操作方法都需要一個(gè)觀察模仿的實(shí)踐階段。

2.基于項(xiàng)目與問題階段

學(xué)生通過探究大量網(wǎng)上尋找的實(shí)驗(yàn)方案，漸漸地發(fā)現(xiàn)有些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并不是最佳方案，于是開始基于現(xiàn)有方案的弊端，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案改進(jìn)，通過查閱資料或咨詢化學(xué)教師，尋求解決方法。例如當(dāng)學(xué)生完成了再生紙實(shí)驗(yàn)后，對(duì)于網(wǎng)上的設(shè)計(jì)方案提出了疑問，如何選取合適的廢紙張？廢紙張和水的最佳比例是什么？根據(jù)自己提出的問題，學(xué)生進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：(1)通過比較廢棄的A4紙、油印紙和報(bào)紙的再生紙效果探究最佳的原料選??；(2)設(shè)計(jì)不同的水紙的比例探究最佳的配比。在這一階段，學(xué)生不再完全地依賴現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)方案，而是進(jìn)入提出問題、查找資料、提出假設(shè)、驗(yàn)證假設(shè)的基于問題解決的實(shí)驗(yàn)探究階段?；陧?xiàng)目與問題階段是一個(gè)承上啟下的階段，它的實(shí)現(xiàn)需要學(xué)生在模仿與實(shí)踐階段打下扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和大量的實(shí)驗(yàn)素材積累，同時(shí)也為整合階段提供了探究性思維準(zhǔn)備。

3.跨學(xué)科整合階段

美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)的Sanders教授認(rèn)為，STEAM教育是在建構(gòu)主義和認(rèn)知科學(xué)理論的指導(dǎo)下，以科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)對(duì)問題或項(xiàng)目進(jìn)行探討[6]。由此可見，STEAM教育并不是5門學(xué)科的簡(jiǎn)單疊加，而是根據(jù)一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題的需要，將學(xué)生的零碎知識(shí)有效地整合為一個(gè)整體的過程。從一開始的模仿別人的實(shí)驗(yàn)方案到改進(jìn)方案，學(xué)生也開始意識(shí)到所有的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都是局限在化學(xué)方法上，而現(xiàn)實(shí)生活中遇到的一些問題如河流污染整治、廢棄電池回收處理等，不僅需要化學(xué)知識(shí)還需要其他學(xué)科知識(shí)的輔助。因此當(dāng)學(xué)生提出水葫蘆這種植物可否代替廢紙張或部分代替廢紙張進(jìn)行再生纖維的回收利用時(shí)，教師鼓勵(lì)他們打破現(xiàn)有的學(xué)科壁壘，查閱資料尋找解決方案。在這期間，學(xué)生自己查閱大量水葫蘆的生物學(xué)知識(shí)，自學(xué)了纖維化學(xué)的知識(shí)，提出用水葫蘆制作再生紙的具體實(shí)驗(yàn)方案，在實(shí)驗(yàn)過程中不斷調(diào)整實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和討論交流，并在實(shí)驗(yàn)后期的數(shù)據(jù)處理上運(yùn)用數(shù)學(xué)上的方法進(jìn)行誤差分析，確保方案的可行性。在這個(gè)階段，學(xué)生遇到的最大的問題是如何使已經(jīng)分離的水葫蘆纖維組織進(jìn)行再次重組，于是學(xué)生借鑒了傳統(tǒng)的麥草蒸煮法，提出了用日常生活可見的白糖、糯米粉、明礬和碳酸鈉等藥品代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氫氧化鈉、十二烷基苯磺酸鈉、羧甲基纖維素鈉和EDTA等藥品作為煮熟劑。學(xué)生又針對(duì)煮熟劑的選取和加熱時(shí)間的不同進(jìn)行一系列的探究實(shí)驗(yàn)(見表1)，最終得到了最佳的水葫蘆再生紙方案?？鐚W(xué)科整合階段并不是所有的中學(xué)化學(xué)探究活動(dòng)都會(huì)經(jīng)歷的，在以往的學(xué)生的探究活動(dòng)中，學(xué)生能夠從模仿實(shí)踐階段跨越到項(xiàng)目研究階段，但是很少有學(xué)生能夠打破學(xué)科壁壘進(jìn)行學(xué)科知識(shí)的整合創(chuàng)新，因此這個(gè)階段的實(shí)現(xiàn)是基于STEAM教育理念下的一次大膽的嘗試，為中學(xué)生化學(xué)探究活動(dòng)提供了多維度的研究方法和思維拓展，在探究活動(dòng)中具有重要的意義。

表1 不同煮熟劑成分和加熱時(shí)間正交處理

三、STEAM教育對(duì)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的積極作用

根據(jù)STEAM教育理念，教師利用社團(tuán)課引導(dǎo)學(xué)生初步探索以具體的項(xiàng)目或者問題為學(xué)習(xí)的中心，實(shí)現(xiàn)有效的跨學(xué)科整合的教學(xué)過程。在這一學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生通過自己上網(wǎng)找資料，學(xué)習(xí)學(xué)科的知識(shí)，設(shè)計(jì)方案，改進(jìn)方案，學(xué)習(xí)并使用軟件處理大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過這種實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，學(xué)生可以將科學(xué)、技術(shù)、工程、人文、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科進(jìn)行交叉融合，由實(shí)踐解決現(xiàn)實(shí)問題、進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，不斷培養(yǎng)和提升創(chuàng)新素養(yǎng)[7]?，F(xiàn)在學(xué)生提出的探究活動(dòng)，不再局限于化學(xué)本學(xué)科的現(xiàn)實(shí)問題，而是更加大膽地跨越學(xué)科壁壘進(jìn)行實(shí)驗(yàn)猜想，例如學(xué)生提出探究防水涂層材料和活性炭進(jìn)行一定比例的混合能否設(shè)計(jì)出新型的具有吸附功能的納米防水材料？STEAM教育由于涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域，對(duì)于學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的形成有天然的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也創(chuàng)造出許多傳統(tǒng)學(xué)科所不具備的主題，如環(huán)境保護(hù)等，這都有助于學(xué)生形成系統(tǒng)全面的創(chuàng)新品格和創(chuàng)新能力。