朱銘鑫

摘 要：STEAM教育源自美國，并在近十年里進(jìn)入我國，成為基礎(chǔ)教育領(lǐng)域里一次具有創(chuàng)新性與前瞻性的重要探索。為了更好地實(shí)現(xiàn)STEAM教育的本土化，筆者應(yīng)用了一種傳統(tǒng)文化背景下利用項(xiàng)目式教學(xué)的STEAM課程設(shè)計(jì)模式，并給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)案例。

關(guān)鍵詞：STEAM教育; 傳統(tǒng)文化; 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

中圖分類號：G434? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1006-3315（2021）4-142-002

1.引言

STAEM教育起源于美國，由前身“STEM教育”的概念發(fā)展而來，旨在打破學(xué)科之間的界限，在各種教學(xué)活動(dòng)中發(fā)展學(xué)生的各學(xué)科素養(yǎng)，提高解決實(shí)際問題的能力，以培養(yǎng)能適應(yīng)科技高速發(fā)展的社會的人才。STEM教育首先提出于20世紀(jì)80年代，并迅速成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。早期的STEM教育僅僅整合了科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四個(gè)領(lǐng)域，而忽視了人文藝術(shù)這一無法排除的元素。后來，喬治·雅克曼提出在原有的STEM基礎(chǔ)上融合人文藝術(shù)（Arts），以在培養(yǎng)學(xué)生審美能力的同時(shí)以更多元的視角去理解不同學(xué)科之間的聯(lián)系，并使之拓展成當(dāng)今的STEAM教育[1]。我國的STEM研究成果在2016年呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長，2017年，第一屆中國STEM教育發(fā)展大會成功舉辦，會上發(fā)布了《中國STEM教育白皮書》，分析了我國STEM教育發(fā)展的現(xiàn)狀，并提出了要探索推動(dòng)我國STEM教育持續(xù)健康發(fā)展的中國特色本土化發(fā)展道路，以培養(yǎng)更多面向未來的具有國際競爭力的創(chuàng)新型人才。[2]筆者認(rèn)為，為了使STEAM教育更有效地在中小學(xué)階段成為原有課程體系的補(bǔ)充，立足于我國源遠(yuǎn)流長的傳統(tǒng)文化背景，結(jié)合各級各類學(xué)校的實(shí)際情況，開發(fā)出富有科技特色和文化特色的課程項(xiàng)目是一項(xiàng)富有現(xiàn)實(shí)意義的有力舉措。

2.《泰順廊橋》STEAM課程設(shè)計(jì)

泰順縣位于浙江南部，山清水秀，并保存著唐、宋、明、清等朝代的木拱廊橋達(dá)30余座，其數(shù)量之多，做工之精巧、造型之巧妙，是為一絕，故有“千橋之鄉(xiāng)”的美譽(yù)。廊橋是泰順山地文化精神的體現(xiàn)，是中國古代建筑文化的精髓，在交通、建筑藝術(shù)、民間信仰等方面都具有深厚的文化內(nèi)涵[3]。筆者選取泰順廊橋這一建筑文化背景，創(chuàng)設(shè)真實(shí)有效的教學(xué)情境，并運(yùn)用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式設(shè)計(jì)體現(xiàn)STEAM教育理念的教學(xué)活動(dòng)，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)與人文素養(yǎng)。

2.1課程性質(zhì)

《泰順廊橋》是建立在傳統(tǒng)文化背景下，研究位于泰順縣內(nèi)古代廊橋中建造材料的組成及性質(zhì)的一門融合化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)等學(xué)科的STEAM綜合課程。課程要求學(xué)生從廊橋本身出發(fā)，分組探究與材料相關(guān)的問題，并完成相應(yīng)的STEAM學(xué)習(xí)任務(wù)。

2.2課程目標(biāo)

2.2.1了解泰順廊橋的歷史、地理位置、建筑特點(diǎn)等跨學(xué)科知識，感受古代橋梁工匠的精巧設(shè)計(jì)，對廊橋的文化特點(diǎn)產(chǎn)生美的感悟。

2.2.2能仿照古人制造相應(yīng)的簡易模型，提高動(dòng)手實(shí)踐能力，培養(yǎng)工程素養(yǎng)。

2.2.3能從不同角度對材料的性能進(jìn)行綜合評估，并對材料的應(yīng)用有進(jìn)一步的了解。

2.2.4能通過科學(xué)閱讀、查找文獻(xiàn)等方式對材料的后續(xù)改進(jìn)措施作進(jìn)一步的探究。

2.3設(shè)計(jì)思路

《泰順廊橋》STEAM課程將教學(xué)素材按照內(nèi)容有次序地編排成四個(gè)環(huán)節(jié)，包括“探文化之源”“踐古人之行”“析科技內(nèi)涵”“觀后續(xù)發(fā)展”。四個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，缺一不可，構(gòu)成了本STEAM課程設(shè)計(jì)的主線，在給予課程實(shí)施者和組織者在教學(xué)設(shè)計(jì)上的啟示的同時(shí)，也對學(xué)習(xí)者的知識建構(gòu)起到重要的指導(dǎo)作用。它們組成了課程的“骨架”，而每個(gè)環(huán)節(jié)所對應(yīng)的教學(xué)素材則為與“骨架”緊密相連的“肌肉”，并最終構(gòu)建成傳統(tǒng)文化背景下融合學(xué)科知識的STEAM教學(xué)設(shè)計(jì)模型。

2.4課程內(nèi)容

課程內(nèi)容的選擇是根據(jù)特定的教育價(jià)值觀及相應(yīng)的課程目標(biāo)，從學(xué)科知識、當(dāng)代社會生活經(jīng)驗(yàn)或?qū)W習(xí)者的經(jīng)驗(yàn)中選擇課程要素的過程。在進(jìn)行本STEAM課程的內(nèi)容選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)注重以下幾個(gè)要點(diǎn)：（1）課程內(nèi)容是否契合本文化主題;（2）課程內(nèi)容是否真實(shí)有效，能引發(fā)學(xué)生的共鳴;（3）課程內(nèi)容是否具有科學(xué)性與邏輯性;（4）課程內(nèi)容是否能幫助學(xué)生感受傳統(tǒng)文化的魅力與價(jià)值。

在清楚了上述要點(diǎn)之后，筆者在明確了課程的主題后，查閱了包括建筑、材料等領(lǐng)域的專業(yè)文獻(xiàn)，對所研究對象產(chǎn)生比較清楚的認(rèn)識，從而對課程內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)的分析與甄別，并根據(jù)STEAM課程設(shè)計(jì)的原則將課程內(nèi)容合理地編排在包含之前所述四個(gè)環(huán)節(jié)的框架內(nèi)。另外，在實(shí)踐時(shí)也根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況對課程內(nèi)容進(jìn)行修改，以更好地落實(shí)本STEAM課程的教學(xué)目標(biāo)。而下述為該四個(gè)環(huán)節(jié)所包含的具體內(nèi)容。

2.4.1探文化之源。這個(gè)環(huán)節(jié)在課程的設(shè)計(jì)與實(shí)施中發(fā)揮著情境導(dǎo)入的作用，揭示了本課程的文化主題。泰順廊橋作為中國古代橋梁的典型作品，具有源遠(yuǎn)流長的歷史與極高的藝術(shù)價(jià)值。本環(huán)節(jié)的內(nèi)容應(yīng)涉及廊橋的歷史、地理位置、結(jié)構(gòu)、材料等從不同角度出發(fā)的基本介紹。初步了解廊橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，認(rèn)識廊橋的基本文化特征，感受廊橋的美應(yīng)成為本環(huán)節(jié)的主要任務(wù)，同時(shí)也需要讓學(xué)生在首次課上就對這種結(jié)合傳統(tǒng)文化的STEAM課程產(chǎn)生足以驅(qū)動(dòng)他們繼續(xù)學(xué)習(xí)下去的興趣與動(dòng)力，并且清楚自己的研究對象與研究目的。教師可通過圖片、音頻、閱讀材料等方式充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的感官，引發(fā)學(xué)生的思考，創(chuàng)設(shè)更加真實(shí)有效的教學(xué)情境，從而促進(jìn)教學(xué)效率的提升。在《清明上河圖》上我們可以看到這種也被稱為“疊梁拱”的虹橋結(jié)構(gòu)，它在泰順廊橋里得到了再現(xiàn)，體現(xiàn)著古人在建筑方面的智慧。

2.4.2踐古人之行。所謂踐古人之行，就是把自己看作古代橋梁工匠，通過分析觀察橋梁的結(jié)構(gòu)、材料、跨徑等方面的問題用比較方便得到的工具和材料小組合作，制造出屬于自己的古橋。在這個(gè)環(huán)節(jié)，教學(xué)者需要引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合相關(guān)資料思考大致的造橋過程，思考可能存在的問題以及提出相應(yīng)的解決方案，在動(dòng)手實(shí)踐過程中驗(yàn)證自己的猜想或者發(fā)現(xiàn)新的問題。泰順廊橋作為一種木拱橋，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得它不需要用到一釘一鉚即可把材料穩(wěn)定地連接，且能承載較大的荷載，體現(xiàn)著榫卯結(jié)構(gòu)的巨大魅力。在教學(xué)實(shí)踐時(shí)，教學(xué)者應(yīng)時(shí)刻關(guān)注學(xué)生的分工情況，避免出現(xiàn)有的學(xué)生工作量很大，而有的學(xué)生幾乎不動(dòng)手的情況，在學(xué)生遇到困難時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行單獨(dú)講解或集中講解，以保障教學(xué)活動(dòng)的正常進(jìn)行。

2.4.3析科技內(nèi)涵。在制作了相應(yīng)的STEAM模型之后，學(xué)生對本課程所研究的對象和擬解決的關(guān)鍵問題已經(jīng)有了直觀的認(rèn)識，但對文化情境中蘊(yùn)含的科學(xué)原理與工程原理仍需要進(jìn)一步的探究，而這種對科技內(nèi)涵的探索也是一次對其文化價(jià)值從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識的過程。筆者認(rèn)為與橋梁相關(guān)的問題可以劃分為結(jié)構(gòu)、材料、選址三個(gè)層次，每一個(gè)層次里都由幾個(gè)驅(qū)動(dòng)性問題引領(lǐng)教學(xué)活動(dòng)的開展。驅(qū)動(dòng)性問題即為學(xué)生在進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)時(shí)的研究目標(biāo)，它源于教學(xué)者在創(chuàng)設(shè)文化情境時(shí)的有意義的設(shè)問，也源于學(xué)習(xí)者對研究對象中科學(xué)原理和工程原理的思考。由于該課程項(xiàng)目還處于起步階段，且筆者在研究生階段所學(xué)專業(yè)與其中的材料層次聯(lián)系最為密切，故本STEAM課程目前僅把重心放在與造橋材料相關(guān)的問題上，而相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)性問題則包括木材的密度、硬度、可燃性等方面。

2.4.4觀后續(xù)發(fā)展。中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化之所以得到傳承，正是由于后人在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有的生產(chǎn)力水平，通過進(jìn)一步的研究來不斷相應(yīng)文化產(chǎn)品的價(jià)值，并使其精神內(nèi)涵得到延伸。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，我們已經(jīng)對泰順廊橋的科技內(nèi)涵進(jìn)行了探究，通過各種STEAM教學(xué)任務(wù)分析了材料的優(yōu)缺點(diǎn)，并對材料進(jìn)行了綜合性的評估。而在廊橋的發(fā)展過程中，古代的橋梁工匠是通過何種方式發(fā)揚(yáng)該材料的優(yōu)點(diǎn)或針對該材料的缺點(diǎn)進(jìn)行橋梁整體性能的改進(jìn)的呢？在現(xiàn)代化學(xué)工藝的基礎(chǔ)上，現(xiàn)代人又是怎么對材料作進(jìn)一步的探討與改性的呢？對廊橋后續(xù)發(fā)展的探討，體現(xiàn)著文化傳承的理念，而沒有文化的傳承，即使科技內(nèi)涵再豐富，藝術(shù)價(jià)值再高，也僅僅是停留在史書上的記載而已。同時(shí)，它也展示了傳統(tǒng)文化在當(dāng)代的重大價(jià)值，對豐富我國的精神文明建設(shè)是一種有力的補(bǔ)充。

3.《泰順廊橋》STEAM課程實(shí)踐

3.1教學(xué)安排

筆者在江蘇省宿遷市的一所九年一貫制學(xué)校進(jìn)行STEAM課程實(shí)踐。教學(xué)對象為初一、初二的部分在數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科表現(xiàn)較為優(yōu)異的學(xué)生，授課時(shí)間為每星期四下午的社團(tuán)實(shí)踐課，授課地點(diǎn)為化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生以3人為一組組成STEAM活動(dòng)小組，以進(jìn)行模型的搭建、古橋科技內(nèi)涵的探索等教學(xué)活動(dòng)。

3.2教學(xué)情分析

筆者針對初一、初二學(xué)生的知識基礎(chǔ)和心理發(fā)展特點(diǎn)進(jìn)行了以下教情分析和學(xué)情分析：

3.2.1教情分析。本STEAM課程涉及知識點(diǎn)覆蓋數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等學(xué)科，呈現(xiàn)跨學(xué)科的特征。包括物理學(xué)科中的“質(zhì)量與密度”、化學(xué)學(xué)科中的“燃燒與滅火”等方面的知識。若教學(xué)對象為初三學(xué)生，則教師在講解相關(guān)內(nèi)容時(shí)只需稍微復(fù)習(xí)即可;但若教學(xué)對象為初一、初二甚至是小學(xué)高年級的學(xué)生，就要充分調(diào)查學(xué)生在學(xué)習(xí)本次課程前所掌握的知識，以此為依據(jù)設(shè)計(jì)補(bǔ)充的閱讀材料，并配以相應(yīng)的易于吸收的講解，為STEAM教學(xué)活動(dòng)的開展盡可能地掃清障礙。

3.2.2學(xué)情分析。3.2.2.1學(xué)生對于跨學(xué)科的知識基本還是第一次接觸，運(yùn)用多學(xué)科思維綜合解決問題的能力還有待提高。

3.2.2.2由于本課程運(yùn)用分組合作探究的方式，而中學(xué)生正處于對新鮮事物充滿好奇心的年齡階段，且自律性較差，因此教師在課程實(shí)施時(shí)需要密切關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)與實(shí)踐狀態(tài)，保證課堂處于一個(gè)輕松但不失紀(jì)律性的氛圍，確保STEAM教學(xué)活動(dòng)有條不紊地開展。

3.2.2.3學(xué)生在課堂上會遇到不少陌生的概念，教師需要以淺顯易懂的方式加以解釋，確保學(xué)生是在對研究對象產(chǎn)生大致認(rèn)識的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究的。

3.3實(shí)踐過程

筆者在《泰順廊橋》STEAM課程中主要擔(dān)任課程的設(shè)計(jì)者與教學(xué)者等工作，在這個(gè)過程也得到了實(shí)習(xí)學(xué)校的幫助。在課程的起始階段，筆者向?qū)W生介紹了幾種典型的中國古代橋梁類型，并滲透了STEAM教育的概念，讓學(xué)生對傳統(tǒng)文化背景下的STEAM課程有初步的印象。隨后，筆者向?qū)W生播放了與泰順廊橋有關(guān)的視頻，展示了相關(guān)圖片，還介紹了廊橋所處地理位置，并針對廊橋的結(jié)構(gòu)、材料特點(diǎn)啟發(fā)學(xué)生對其的思考。

學(xué)生在觀察了泰順廊橋的形態(tài)后，運(yùn)用預(yù)先加工好的成套的圓木棒和方木棒搭建了具有虹橋結(jié)構(gòu)的木拱橋。在學(xué)生收獲了充足的經(jīng)驗(yàn)之后，筆者提出了幾個(gè)驅(qū)動(dòng)性問題：（1）木頭加工成各種復(fù)雜形狀的原理;（2）使用木頭造橋會有什么優(yōu)點(diǎn)，請說出原因;（3）使用木頭造橋會有什么缺點(diǎn)，請說出原因。筆者圍繞著上述幾個(gè)驅(qū)動(dòng)性問題，設(shè)計(jì)了一系列的STEAM實(shí)踐活動(dòng)。例如，學(xué)生會利用托盤天平測量不同木方（教學(xué)中用到了松木、杉木、櫸木等木方）的質(zhì)量，然后通過刻度尺測量它們各自的體積，利用公式計(jì)算出其密度。隨后也比較了不同木材的吸水性和可燃性。在課堂教學(xué)中，筆者也向?qū)W生介紹了古人對木頭防腐的主要工藝——刷桐油。因此，在指導(dǎo)學(xué)生給木方表面刷了一層桐油后，筆者引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)對這種改性后的木方進(jìn)行同樣的探究木材的吸水性和可燃性的實(shí)驗(yàn)。在完成上述實(shí)驗(yàn)后，筆者要求學(xué)生搜集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對材料的性能作一個(gè)評估。

4.小結(jié)

筆者立足于傳統(tǒng)文化背景，選取了泰順廊橋這一建筑文化瑰寶為主題，嘗試設(shè)計(jì)了融合化學(xué)學(xué)科的STEAM課程，并在中學(xué)得到了初步的實(shí)踐。在實(shí)施課程的過程中，學(xué)生對傳統(tǒng)文化的興趣明顯提高，并展現(xiàn)出一定的思維能力與動(dòng)手操作能力。盡管在課程實(shí)施過程中遭遇了這樣那樣的困難，但筆者相信以此為契機(jī)，可以為STEAM教育的本土化貢獻(xiàn)一份微薄之力。

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