基于6E設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式的STEAM活動(dòng)設(shè)計(jì)

嚴(yán)文法 蘆瑾 金普軍

摘要： 發(fā)展STEAM課程是當(dāng)前課程改革的重點(diǎn)方向之一。將STEAM活動(dòng)跨學(xué)科的理念與現(xiàn)行高中化學(xué)課程結(jié)合，選擇高中化學(xué)中的核心概念“金屬的腐蝕與防護(hù)”，設(shè)置真實(shí)的技術(shù)及工程問題“青銅器文物除銹”，依據(jù)以工程設(shè)計(jì)為主軸的“參與、探索、解釋、工程、深化、評(píng)價(jià)”6E設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式，有效促進(jìn)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞： STEAM教育; 6E設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式; 青銅器文物除銹; 化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

文章編號(hào)： 1005-6629（2018）11-0061-05中圖分類號(hào)： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

STEAM即科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）、數(shù)學(xué)（Mathematics）首字母的簡(jiǎn)寫。STEAM教育倡導(dǎo)將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)多學(xué)科的疊加或有效融合，著眼于創(chuàng)新型復(fù)合人才的培養(yǎng)，從而體現(xiàn)出在科技創(chuàng)新及經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展方面的重要作用[1]。我國(guó)最新頒布的《普通高中課程方案（2017年版）》[2]對(duì)課程內(nèi)容有明確要求：“注重學(xué)科內(nèi)容選擇、活動(dòng)設(shè)計(jì)與學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)養(yǎng)成的有機(jī)聯(lián)系。關(guān)注學(xué)科間的聯(lián)系與整合。增強(qiáng)課程內(nèi)容與社會(huì)生活的內(nèi)在聯(lián)系”。STEAM教育所倡導(dǎo)的以發(fā)展素養(yǎng)為核心、重視學(xué)科整合的理念與之相吻合。在化學(xué)教育中引進(jìn)STEAM理念之后，學(xué)生通過應(yīng)用跨學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問題，發(fā)展對(duì)周圍世界的求知欲，嘗試將所學(xué)知識(shí)及技術(shù)應(yīng)用于探究活動(dòng)，進(jìn)而有助于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

1 STEAM教育的概念

STEAM教育初期為STEM教育，起源于美國(guó)，時(shí)間上可追溯到20世紀(jì)60年代。發(fā)展初期，只是單純地要求重視和加強(qiáng)對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等四門理工類學(xué)科的教育。在之后的發(fā)展中，STEM的概念從最初代表科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四個(gè)獨(dú)立的學(xué)科領(lǐng)域逐步發(fā)展為學(xué)科交叉和知識(shí)融合，對(duì)象也由最初的高等教育領(lǐng)域逐漸擴(kuò)展到了K12階段[3]。這是STEM教育深化推進(jìn)的必然趨勢(shì)。近年來衍生出不同的STEM變式，進(jìn)一步整合STEM教育之外的其他學(xué)科，典型代表就是將藝術(shù)進(jìn)一步融合的STEAM教育[4]。

STEAM教育在我國(guó)也受到關(guān)注和重視。在教育部2017年最新出臺(tái)的《普通高中課程方案（2017年版）》及《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》[5]中，都已經(jīng)滲透STEAM教育的理念。并在《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)STEAM給出明確定義： STEAM應(yīng)是一種項(xiàng)目學(xué)習(xí)和問題解決為導(dǎo)向的跨學(xué)科課程組織方式。

2 6E設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式

6E設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式[6， 7]是美國(guó)國(guó)際技術(shù)與工程教育學(xué)會(huì)于2014年提出的落實(shí)STEM教育的活動(dòng)模式。其六個(gè)階段分別為： 參與、探索、解釋、工程、深化、評(píng)價(jià)。該模式結(jié)合了“科學(xué)探究”的思維和“工程設(shè)計(jì)”的實(shí)踐，重視學(xué)生在感知和洞察真實(shí)情境的問題中，運(yùn)用跨學(xué)科的知識(shí)，主動(dòng)完成“需要學(xué)習(xí)”和“自主設(shè)計(jì)”的循環(huán)過程，解決真實(shí)情景的問題。

3 基于6E設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式的“青銅器文物除銹”STEAM活動(dòng)設(shè)計(jì)

3.1 活動(dòng)選題

珍貴文物屬于國(guó)家和世界甚至是全人類的共同財(cái)富。習(xí)近平總書記指出：“文物承載燦爛文明，傳承歷史文化，維系民族精神，是老祖宗留給我們的寶貴遺產(chǎn)，是加強(qiáng)社會(huì)主義精神文明建設(shè)的深厚滋養(yǎng)。保護(hù)文物功在當(dāng)代、利在千秋。”文物修復(fù)是一項(xiàng)既具有歷史意義又融合時(shí)代特征的工作[8]。文物修復(fù)相關(guān)領(lǐng)域包括化學(xué)化工、材料科學(xué)、檢測(cè)分析、歷史考古、美術(shù)鑒賞等等，是體現(xiàn)科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)這五個(gè)方面完美融合的載體，也是對(duì)學(xué)生滲透文化自信教育的良好素材。青銅文物以其雄渾古樸的造型、絢麗精美的紋飾，彌漫著遠(yuǎn)古的氣息，給人以深沉凝重的歷史感。青銅器本身具有極高的歷史文化價(jià)值、藝術(shù)觀賞價(jià)值和考古價(jià)值，是我國(guó)古文明的象征之一[9]。但是由于長(zhǎng)期受埋藏環(huán)境因素的影響，青銅器出土?xí)r絕大部分表面都會(huì)包裹泥土和各種銹蝕產(chǎn)物，極大地影響了其外觀，見圖1。青銅器除銹是文物修復(fù)中重要的一個(gè)方面，其基本原理適合高中學(xué)生的知識(shí)能力水平和認(rèn)知發(fā)展水平。

“青銅器文物除銹”技術(shù)體現(xiàn)了我國(guó)高中化學(xué)課程電化學(xué)中的核心概念“金屬的腐蝕與防護(hù)”?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》[10]對(duì)于“金屬的腐蝕與防護(hù)”核心概念下的相關(guān)內(nèi)容在必修課程、選擇性必修課程及選修課程均有涉及。各個(gè)層次的教學(xué)要求各有側(cè)重，如表1所示。

本次STEAM活動(dòng)內(nèi)容主要基于選擇性必修課程模塊一《化學(xué)反應(yīng)原理》中“金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)”的水平。本節(jié)內(nèi)容在于促進(jìn)學(xué)生對(duì)金屬腐蝕現(xiàn)象的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，利用電化學(xué)原理分析青銅器的吸氧腐蝕，加強(qiáng)知識(shí)的理解和運(yùn)用。利用已有技術(shù)手段對(duì)青銅器進(jìn)行防護(hù)，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合靈活的運(yùn)用，對(duì)前面所學(xué)的電解和原電池的知識(shí)起到鞏固和提高的作用。

3.2 活動(dòng)目標(biāo)

在知識(shí)層面上，以化學(xué)學(xué)科的“金屬的腐蝕與防護(hù)”為主體知識(shí)。通過電化學(xué)腐蝕的典型案例——鎏金青銅器的腐蝕，促進(jìn)學(xué)生對(duì)金屬腐蝕現(xiàn)象的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，利用電化學(xué)的原理分析腐蝕現(xiàn)象，提高知識(shí)的理解和運(yùn)用。同時(shí)又整合了物理學(xué)科的知識(shí)，要求學(xué)生了解青銅器的物理性質(zhì)、物理除銹方法原理、超聲波除銹原理。

在技術(shù)層面上，主要是針對(duì)青銅器文物除銹提出的物理除銹法、超聲波清洗法、化學(xué)反應(yīng)法、溶膠凝膠法四種技術(shù)手段。要求學(xué)生掌握四種技術(shù)的基本原理，完成四種技術(shù)的操作，并由此分析出各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。

在工程問題層面上，解決工程問題是在團(tuán)隊(duì)合作的基礎(chǔ)上，篩選優(yōu)化現(xiàn)有技術(shù)來解決實(shí)際問題的過程。本活動(dòng)中，學(xué)生要通過活動(dòng)小組內(nèi)部的有效組織和溝通，掌握四種技術(shù)手段的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合環(huán)境的特殊性條件，篩選優(yōu)化出技術(shù)手段。

在藝術(shù)層面上，以歷史發(fā)展為主線，描述、分析、討論青銅器相關(guān)的冶煉、鑄造、造型、雕塑、繪畫、文字等多種藝術(shù)。其目的在于通過青銅藝術(shù)的介紹，了解我國(guó)古代的青銅器的歷史價(jià)值和藝術(shù)價(jià)值，感受文物的藝術(shù)魅力和文化底蘊(yùn)，提升審美能力，增強(qiáng)對(duì)歷史文物的敬畏之心。

在數(shù)學(xué)層面上，主要涉及實(shí)驗(yàn)讀數(shù)、反應(yīng)物的比例以及基于數(shù)據(jù)及結(jié)果的推理分析的能力。在本活動(dòng)中，數(shù)學(xué)更多的是作為一種分析的手段與工具，主要通過數(shù)學(xué)的應(yīng)用提升學(xué)生數(shù)學(xué)思維以及數(shù)學(xué)應(yīng)用能力。

3.3 活動(dòng)設(shè)計(jì)

依據(jù)活動(dòng)目標(biāo)，按照6E設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式設(shè)計(jì)“青銅器文物除銹”的活動(dòng)流程，見表2。

4 討論

核心素養(yǎng)是指學(xué)生在接受相應(yīng)學(xué)段的教育過程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終生發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。高中化學(xué)核心素養(yǎng)具體包括宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任[13]。與更注重事實(shí)性知識(shí)的傳統(tǒng)課堂教學(xué)相比，STEAM活動(dòng)更注重學(xué)生在整合跨學(xué)科的知識(shí)應(yīng)用中調(diào)動(dòng)思維、主動(dòng)學(xué)習(xí)、建構(gòu)方案、解決問題，因此在促進(jìn)核心素養(yǎng)發(fā)展方面具有更大優(yōu)勢(shì)[14]。在宏觀辨識(shí)與微觀探析方面，本活動(dòng)以現(xiàn)實(shí)問題情境“青銅器文物的除銹”為主題，引導(dǎo)學(xué)生從宏觀以及微觀的視角對(duì)青銅器銹跡進(jìn)行分析和表征，是對(duì)學(xué)生宏微符三重表征能力的檢驗(yàn)與提升;在變化觀念與平衡思想方面，本活動(dòng)中通過不同的除銹技術(shù)展現(xiàn)化學(xué)變化的多樣性，對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的銹跡的產(chǎn)生運(yùn)用化學(xué)變化的規(guī)律分析，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)化學(xué)守恒及物質(zhì)反應(yīng)的理解;在證據(jù)推理與模型認(rèn)知方面，本活動(dòng)更強(qiáng)調(diào)運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)開展研究，教師引導(dǎo)學(xué)生的自我挖掘與建構(gòu)，學(xué)生需要依據(jù)原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，依據(jù)表征結(jié)果改進(jìn)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，分析復(fù)雜的化學(xué)問題情境中的關(guān)鍵要素，這個(gè)自我學(xué)習(xí)過程對(duì)于提升個(gè)體的證據(jù)推理能力也是有益的;在科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)方面，本活動(dòng)倡導(dǎo)學(xué)生根據(jù)文獻(xiàn)和實(shí)際需要提出綜合性的研究課題，根據(jù)假設(shè)提出多種探究方案，評(píng)價(jià)和優(yōu)化方案，能對(duì)實(shí)驗(yàn)中的異常現(xiàn)象和已有結(jié)論進(jìn)行反思、提出質(zhì)疑和新的實(shí)驗(yàn)設(shè)想;在科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任方面，學(xué)生要依據(jù)“綠色化學(xué)”和“文物修復(fù)基本原則”對(duì)各個(gè)技術(shù)過程進(jìn)行分析，權(quán)衡利弊，作出合理的決策。基于STEAM教育下的化學(xué)教學(xué)不僅符合我國(guó)目前科學(xué)教育研究的新思路，也將為我國(guó)中學(xué)化學(xué)課堂注入新的活力。

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