基于STEAM理念的環(huán)境科學(xué)課程設(shè)計與實施

許婉婷 鐘文婷 郭恩池 葉曉嵐 周少娜

[摘? ?要]為探究基于STEAM理念實施科學(xué)課程的有效方法，研究者以“水資源與水污染”環(huán)境科學(xué)課程為例進(jìn)行了設(shè)計，并在兩所農(nóng)村小學(xué)嘗試實施了演示實驗和自主實驗教學(xué)。結(jié)果顯示，相比于演示實驗教學(xué)，采用自主實驗教學(xué)的學(xué)生課堂享受度更高、自我監(jiān)控水平更高，課堂參與度和教學(xué)效果也較好。

[關(guān)鍵詞]小學(xué)科學(xué);STEAM;演示實驗;自主實驗;心流體驗

起源于美國的STEAM教育強(qiáng)調(diào)融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科的綜合教育理念，旨在通過跨學(xué)科學(xué)習(xí)，培養(yǎng)創(chuàng)新型、綜合型、應(yīng)用型人才，提升國家競爭力。我國從2015年開始關(guān)注STEAM教育，并在2016年的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中提出要探索STEAM教育[1]。而2017年頒布的小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)則進(jìn)一步明確了科學(xué)課程趨向于跨學(xué)科的綜合素質(zhì)培養(yǎng)[2]。

盡管國內(nèi)對STEAM理念的基礎(chǔ)教育研究關(guān)注度很高，但有關(guān)STEAM教育的研究內(nèi)容較多側(cè)重理論[3]。在STEAM教育實踐上，國家的推動措施、投入資源等相對缺乏，STEAM教育的課程體系、活動設(shè)計以及教學(xué)資源還有待進(jìn)一步開發(fā)。在此，將基于小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，以“水資源與水污染”一課為例，討論基于STEAM理念開發(fā)與設(shè)計相關(guān)課程的原則和方法，并對演示實驗和自主實驗兩種教學(xué)方法進(jìn)行對比。

一、課程開發(fā)與設(shè)計

體現(xiàn)基于STEAM理念的重點是多學(xué)科融合?！八Y源與水污染”一課取材于小學(xué)科學(xué)課程，以小水滴故事為背景，融合STEAM理念[4]以及環(huán)境科學(xué)與可持續(xù)發(fā)展理念，設(shè)計了水質(zhì)測試與宣傳環(huán)保的任務(wù)，要求學(xué)生使用技術(shù)手段測量數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)思維處理數(shù)據(jù)，采取藝術(shù)化的手段表達(dá)環(huán)保理念或倡導(dǎo)環(huán)境保護(hù)。研究者分別采用演示實驗與自主實驗兩種方法實施了課程。

研究者在課程設(shè)計中特別考慮了以下問題。一是水樣測試涉及較深層的物理和化學(xué)知識，在選擇實驗參數(shù)時，要基于學(xué)生現(xiàn)有的知識水平，以及可用于教學(xué)的環(huán)境測量設(shè)備。二是獲取所需水樣（如河水、海水等）的方便性及可行性，根據(jù)實際條件，可選用相似的替代水樣。

二、研究過程

課程實施對象是廣東省某欠發(fā)達(dá)地區(qū)兩所農(nóng)村小學(xué)四、五年級的學(xué)生，共92名，平均年齡11.75歲。這些學(xué)生此前未接觸過科學(xué)課程，科學(xué)素養(yǎng)不高，但對科學(xué)實驗有較強(qiáng)的興趣。

1.實施教學(xué)

研究者將學(xué)生隨機(jī)分為演示實驗組和自主實驗組。每一組均混合了四、五年級的學(xué)生，以消除自然班影響（見表1）。

研究者按事先設(shè)計好的演示實驗與自主實驗的方法，分別對兩組學(xué)生實施具體教學(xué)，并組織前后測、心流體驗測量（見表2）。整個過程中，兩組學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)相同，主要區(qū)別在于：在演示實驗組，由教師在講臺上演示水質(zhì)測試實驗，由學(xué)生代表讀數(shù)，其他學(xué)生記錄測量數(shù)據(jù)，學(xué)生不分組;而自主實驗組，則由教師啟發(fā)學(xué)生思考檢測水質(zhì)的方法及注意事項，并將學(xué)生分組，由學(xué)生組內(nèi)分工合作，利用水質(zhì)測量儀器對不同水樣進(jìn)行檢測與記錄。

2.教學(xué)效果評價

采用自編問卷，從知識技能、深層理解和環(huán)境認(rèn)知三個方面分別對兩組學(xué)生的教學(xué)效果進(jìn)行測量，以檢驗兩種教學(xué)方法下學(xué)生對科學(xué)知識的吸收程度（見表3）。

3.心流體驗評價

心流體驗（Flow Experience）是個體感知到的最佳體驗狀態(tài)，它是學(xué)生參與學(xué)習(xí)過程的一個重要組成部分。皮爾斯（Pearce）等人認(rèn)為，心流體驗的構(gòu)念是享受、參與和控制，即學(xué)習(xí)者喜歡某種學(xué)習(xí)活動;學(xué)習(xí)者參與并集中于該學(xué)習(xí)活動;學(xué)習(xí)者對該學(xué)習(xí)活動具有控制感[5]。本研究采用心流體驗量表[6]測量學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中的心流體驗。該量表包括享受、參與、監(jiān)控三個維度，每個維度包含三個正向和一個反向問題，要求學(xué)生根據(jù)自己的真實體驗對問卷描述進(jìn)行5點評分。對兩組學(xué)生的心流體驗數(shù)據(jù)進(jìn)行信度分析，結(jié)果顯示克倫巴赫？琢系數(shù)（Cronbachs Alpha） 分別為0.76和0.88，說明該量表具有較好的信度。

三、實施效果分析

1.教學(xué)效果分析

本研究所有的數(shù)據(jù)管理與分析均采用SPSS軟件進(jìn)行。在剔除無效問卷和缺失數(shù)據(jù)后，最終獲得有效數(shù)據(jù)包括演示實驗組37份，自主實驗組45份。采用配對樣本T檢驗分別探究兩組教學(xué)方法在知識技能模塊的前后差異，結(jié)果顯示，演示實驗組和自主實驗組的后測成績均顯著高于前測成績（p<0.01）（見表4）。說明在課程實施中，兩種教學(xué)方法均能提高學(xué)生的知識技能。

2.心流體驗結(jié)果分析

采用獨立樣本T檢驗對兩個實驗組在享受、參與、監(jiān)控三個維度上的平均分進(jìn)行差異比較，結(jié)果見表5。具體來說，在享受維度和監(jiān)控維度上，自主實驗組的得分均顯著高于演示實驗組（p<0.01;p<0.05），這說明在自主實驗教學(xué)條件下學(xué)生可以獲得更好的課程體驗，以及更高的自我監(jiān)控能力;而在參與維度上，雖然兩種教學(xué)方法不存在顯著差異，但自主實驗組的平均值略高于演示實驗組，說明兩組學(xué)生都能較好地參與課堂活動，而自主實驗組的學(xué)生可能表現(xiàn)得更為投入。整體來說，自主實驗組學(xué)生在較好地參與課堂活動的同時，還能夠更好地享受課堂活動，也表現(xiàn)出了更高水平的自我監(jiān)控。這表明，科學(xué)課的自主實驗教學(xué)法更能寓教于樂，使學(xué)生更享受課堂，并產(chǎn)生了更強(qiáng)的學(xué)習(xí)動力和學(xué)習(xí)自覺性。

四、結(jié)論

在基于STEAM理念的科學(xué)課程的設(shè)計與實施過程中，體現(xiàn)了真實情境體驗、合作及以學(xué)生為中心等特點。相比于演示實驗法，采用自主實驗法的課堂在保障課堂教學(xué)效果的同時，使學(xué)生獲得了更高的課堂享受度，并在活動中表現(xiàn)出更高的自我監(jiān)控水平。這表明，在科學(xué)課堂中引入自主實驗，并基于STEAM理念設(shè)計的教學(xué)更有利于提高學(xué)生的參與度，使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，更好地掌握科學(xué)知識與技能，更享受科學(xué)課堂。因此，科學(xué)教師可以通過設(shè)計更多基于STEAM理念的自主實驗課程，讓學(xué)生參與到課堂中來，提高科學(xué)教學(xué)的有效性，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化“十三五”規(guī)劃》的通知[EB/OL].http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.

[2]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2017.

[3]王詩瑤，王永紅.跨學(xué)科STEM教育的思辨、現(xiàn)狀與應(yīng)用[J].教學(xué)與管理，2018（33）：97-100.

[4]蘇樂.STEAM視角下的小學(xué)《科學(xué)》教學(xué)設(shè)計研究[D].曲阜：曲阜師范大學(xué)，2017.

[5]Pearce J M， Ainley M， Howard S. The ebb and flow of online learning[J]. Computers in Human Behavior， 2005， 21（5）：745-771.

[6]Chang C C， Liang C， Chou P N， Lin G Y. Is game-based learning better in flow experience and various types of cognitive load than non-game-based learning？Perspectives from multimedia and media richness[J].Computers in Human Behavior， 2017（71）：218-227.

（責(zé)任編輯? 郭向和）