基于中國(guó)古代科技文化的小學(xué)STEAM課程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

高慧 姚翠薇

[摘 ? 要]從中國(guó)古代科技文化的角度開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)小學(xué)STEAM課程，不僅可以弘揚(yáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，培養(yǎng)小學(xué)生的家國(guó)情懷，還可以培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和實(shí)踐能力。選取古代科技文化中的典型代表“造紙術(shù)、航海技術(shù)和建筑學(xué)”，從課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、課程實(shí)施策略、課程評(píng)價(jià)等方面闡述了課程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的基本思路。

[關(guān)鍵詞]中國(guó)古代科技;小學(xué);STEAM課程

一、STEAM教育的內(nèi)涵與研究現(xiàn)狀

STEAM教育是一種運(yùn)用工程設(shè)計(jì)思維，以解決真實(shí)情景下的實(shí)際問(wèn)題為目標(biāo)的教育模式。其主要內(nèi)涵包括四個(gè)方面。一是聚焦于現(xiàn)實(shí)世界存在的問(wèn)題與困難。問(wèn)題可以來(lái)自社會(huì)生活的方方面面，采取基于問(wèn)題或基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)形式。二是通過(guò)工程設(shè)計(jì)流程制定解決方案。包括定義問(wèn)題，進(jìn)行背景研究，制定多種解決方案，開(kāi)發(fā)和制作原型，測(cè)試、評(píng)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)等。三是通過(guò)協(xié)作學(xué)習(xí)進(jìn)行開(kāi)放式探索。STEAM教育的理論基礎(chǔ)是“做中學(xué)”，學(xué)生需要通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作與動(dòng)手實(shí)踐探索解決問(wèn)題的辦法，并可能涉及多輪迭代優(yōu)化。四是鼓勵(lì)多樣化并認(rèn)可失敗的意義。STEAM教育并不追求統(tǒng)一的學(xué)習(xí)結(jié)果，而是鼓勵(lì)解決方案的多樣化，并認(rèn)可學(xué)生在此過(guò)程中的失敗，倡導(dǎo)在失敗的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)，促進(jìn)學(xué)生形成系統(tǒng)性思維[1]。

以“STEAM教育”為關(guān)鍵詞檢索知網(wǎng)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)相關(guān)論文的發(fā)表數(shù)量呈逐年上升趨勢(shì)。內(nèi)容主要涉及：對(duì)國(guó)內(nèi)外STEAM教育的內(nèi)涵、發(fā)展現(xiàn)狀和實(shí)施路徑的研究;各類(lèi)學(xué)校對(duì)STEAM教育的實(shí)踐研究，包括課例研究、課程體系建設(shè)等;STEAM教育與創(chuàng)新教育研究;STEAM教師的培養(yǎng)研究;關(guān)于STEAM教育其他方面的研究。2019年，以“STEAM教育”和“小學(xué)”為主題詞在知網(wǎng)檢索出77篇期刊論文和56篇碩博論文，研究集中在以下領(lǐng)域。

一是關(guān)于STEAM課程體系構(gòu)建和課程實(shí)施的理論研究。如胡衛(wèi)平等人提出，應(yīng)從制定教育政策、滲透學(xué)科課程、實(shí)施有效課堂教學(xué)、促進(jìn)教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展、開(kāi)設(shè)STEAM活動(dòng)課程、注重教育評(píng)價(jià)等方面構(gòu)建中小學(xué)STEAM教育體系[2]。周東岱等人設(shè)計(jì)了STEAM教育理念指導(dǎo)下的小學(xué)課程體系重構(gòu)流程，并進(jìn)行了實(shí)踐研究[3]。崔鴻等人闡述了基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的STEAM教育的價(jià)值意義和存在的問(wèn)題[4]。袁磊等人提出了STEAM教育理念下開(kāi)展小學(xué)研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)的過(guò)程模型，并對(duì)其價(jià)值進(jìn)行了探討[5]。袁磊等人提出了基于學(xué)科課程項(xiàng)目化重構(gòu)的小學(xué)STEAM課程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的完整流程，并通過(guò)實(shí)踐案例展示了該開(kāi)發(fā)流程的應(yīng)用，有助于培養(yǎng)學(xué)生的高階思維與動(dòng)手實(shí)踐能力，促進(jìn)STEAM課程本土化發(fā)展[6]。

二是STEAM教育在各學(xué)科領(lǐng)域的探索。主要包括課例研究、教學(xué)模式研究等。如郝秋香提出通過(guò)創(chuàng)設(shè)教學(xué)環(huán)境、開(kāi)展主題活動(dòng)、融合各學(xué)科知識(shí)、因材施教、教師提升等策略開(kāi)展STEAM教育[7]。梁玲玲提出基于STEAM教育理念的科學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)具有啟發(fā)性、情境性、設(shè)計(jì)性、跨學(xué)科性、開(kāi)發(fā)性，并提供了課例。楊春麗等人則對(duì)STEAM教育理念下的創(chuàng)客教育進(jìn)行了研究[8]。

三是關(guān)于STEAM教師培養(yǎng)的研究。例如龍海霞探討了STEAM教育理念下培養(yǎng)全科教師的價(jià)值與要求[9]，馬長(zhǎng)俊則探討了STEAM教育師資建設(shè)的方法與途徑[10]。

總體來(lái)看，STEAM教育與小學(xué)課程的接軌尚處于探索階段，而以中國(guó)古代科技文化作為課程資源進(jìn)行課程開(kāi)發(fā)的研究成果更是寥寥無(wú)幾。中國(guó)古代科學(xué)技術(shù)在人類(lèi)文明發(fā)展史中占有非常重要的地位。指南針、火藥、造紙、印刷術(shù)的發(fā)明極大地促進(jìn)了世界文明和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展[11]。而STEAM教育倡導(dǎo)將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等學(xué)科進(jìn)行融合，基于真實(shí)世界中的問(wèn)題，以工程思維為導(dǎo)向展開(kāi)教學(xué)[12]。因此，從中國(guó)古代科技文化的視角建構(gòu)小學(xué)STEAM課程，不僅可以弘揚(yáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，培養(yǎng)小學(xué)生的家國(guó)情懷，還可以提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

二、中國(guó)古代科技文化簡(jiǎn)介

中國(guó)古代科學(xué)技術(shù)在人類(lèi)文明發(fā)展史中占有非常重要的地位。習(xí)近平總書(shū)記指出：中華民族在綿延五千多年的文明發(fā)展進(jìn)程中，創(chuàng)造了聞名于世的科技成果。我們的先人在農(nóng)、醫(yī)、天、算等方面形成了系統(tǒng)化的知識(shí)體系，獲得了以四大發(fā)明為代表的一大批發(fā)明創(chuàng)造[13]?；厮莶⑹崂碇袊?guó)古代科技發(fā)展的脈絡(luò)，有利于甄選合適的課程開(kāi)發(fā)內(nèi)容。

1.中國(guó)古代科技文化回溯

舊石器時(shí)代，中國(guó)古代先祖以采掘野生植物和漁獵動(dòng)物為生，學(xué)會(huì)了選擇質(zhì)地堅(jiān)硬的石料制造工具，發(fā)明了石鏃和弓箭。新石器時(shí)代，出現(xiàn)了有鋒利刃口的磨光石器和陶器，原始畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)開(kāi)始發(fā)展。新石器時(shí)代晚期，開(kāi)始使用金屬，進(jìn)入金石并用的時(shí)代?？茖W(xué)技術(shù)的孕育始于原始社會(huì)。如在選擇石料、打制石器的過(guò)程中萌芽了礦物學(xué)、力學(xué)和地質(zhì)學(xué)，在狩獵和原始農(nóng)牧業(yè)中形成了動(dòng)植物學(xué)，在使用火和制造陶器的過(guò)程中產(chǎn)生了化學(xué)。隨著農(nóng)業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的需要，青銅冶煉技術(shù)成為奴隸社會(huì)時(shí)期生產(chǎn)力發(fā)展的主要標(biāo)志。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，鐵器得到推廣應(yīng)用，鐵質(zhì)農(nóng)具和牛耕技術(shù)極大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)離不開(kāi)水，于是誕生了鄭國(guó)渠和都江堰，同時(shí)已有的生產(chǎn)技術(shù)更加成熟，例如冶鐵采礦技術(shù)、制車(chē)工藝、樂(lè)器制作、練絲、染色、皮革加工等。這時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)了與科學(xué)技術(shù)有關(guān)的著作，如先秦時(shí)期的《考工記》;科學(xué)家的代表人物是墨翟，他最早發(fā)現(xiàn)了小孔成像原理。

漢代農(nóng)具的杰出代表是耬車(chē)，這種播種工具一直沿用了兩千多年，至今仍在某些地區(qū)使用。東漢時(shí)期的蔡倫發(fā)明了造紙術(shù)，秦漢時(shí)期的張衡發(fā)明了漏水轉(zhuǎn)渾天儀和候風(fēng)地動(dòng)儀。建筑業(yè)方面，秦長(zhǎng)城和漢代宮殿令人矚目。這一時(shí)期還出現(xiàn)了著名醫(yī)學(xué)家華佗和張仲景。

中國(guó)古代科學(xué)技術(shù)體系在三國(guó)兩晉南北朝時(shí)期得到進(jìn)一步發(fā)展，涌現(xiàn)了更多科學(xué)家和科學(xué)著作。如賈思勰的《齊民要術(shù)》是最早的綜合性農(nóng)學(xué)專(zhuān)著，酈道元的《水經(jīng)注》對(duì)河流流經(jīng)地區(qū)的土壤、地貌、氣候、物產(chǎn)等進(jìn)行了系統(tǒng)記述，對(duì)我國(guó)古代歷史和地理研究具有重要參考價(jià)值。凸輪、竹蜻蜓、風(fēng)箏也發(fā)明于這一時(shí)期。

隋唐五代是中國(guó)封建社會(huì)發(fā)展的鼎盛時(shí)期。制瓷和紡織業(yè)發(fā)展迅速，雕版印刷術(shù)的發(fā)明促進(jìn)了新思想、新文化的傳播，使唐宋文化空前繁榮。隋朝中期，李春主持設(shè)計(jì)并制造的趙州橋，是世界上現(xiàn)存最早、跨度最大的空腹式單孔圓弧拱石橋;隋唐大運(yùn)河完成了開(kāi)鑿?；瘜W(xué)的發(fā)展促成了黑火藥的發(fā)明。孫思邈的《千金方》代表了這一時(shí)期的醫(yī)學(xué)發(fā)展水平。

宋朝繼續(xù)實(shí)施開(kāi)明的文化政策，四大發(fā)明中的三項(xiàng)誕生于這一時(shí)期。畢昇的活字印刷術(shù)促進(jìn)了文化的普及與傳播。吹灰法、烹熬法使金屬冶煉技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展。景德鎮(zhèn)的青花瓷開(kāi)始走向全世界。建筑技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，盧溝橋和萬(wàn)安橋誕生。科學(xué)家的代表人物是沈括，《夢(mèng)溪筆談》被稱(chēng)為中國(guó)科學(xué)史的里程碑。指南針、造船工藝與技術(shù)、航海術(shù)在明代取得了巨大進(jìn)步，并成就了鄭和七下西洋的壯舉。明代建筑中杰出代表包括北京故宮、萬(wàn)里長(zhǎng)城、天壇等。預(yù)防天花的人痘接種技術(shù)成為早期免疫學(xué)的一項(xiàng)重大成就，在世界醫(yī)學(xué)史上占有重要地位?！侗静菥V目》成為我國(guó)古代醫(yī)藥學(xué)的經(jīng)典著作[14]。

2.中國(guó)古代科技文化研究現(xiàn)狀

以“中國(guó)古代科技文化”為主題詞在知網(wǎng)上檢索文獻(xiàn)，可以看出相關(guān)研究總體上呈逐年上升趨勢(shì)（見(jiàn)圖1），研究主題的分布主要集中于中國(guó)古代科技的一些具體項(xiàng)目，但還未見(jiàn)涉及中國(guó)古代科技文化在小學(xué)STEAM教育中的應(yīng)用（見(jiàn)圖2）。

三、基于中國(guó)古代科技文化的

小學(xué)STEAM課程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

1.課程目標(biāo)

以中國(guó)古代科技文化為載體，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)適合小學(xué)生的STEAM課程，在小學(xué)階段弘揚(yáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，提升小學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)、創(chuàng)新實(shí)踐能力、合作能力和解決問(wèn)題的能力。

2.課程內(nèi)容

結(jié)合《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》，研究選擇了造紙術(shù)、大航海技術(shù)和中國(guó)古代建筑作為內(nèi)容載體，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)基于中國(guó)古代科技文化的小學(xué)STEAM課程。具體教學(xué)內(nèi)容如表1所示。

3.課程實(shí)施策略

依據(jù)STEAM課程設(shè)計(jì)的理念，以工程設(shè)計(jì)思維為主線，按照創(chuàng)設(shè)情境、提出問(wèn)題、設(shè)計(jì)方案、制作驗(yàn)證、討論改進(jìn)等流程進(jìn)行課程的設(shè)計(jì)與實(shí)施。課程可先從社團(tuán)開(kāi)始，再推廣到常態(tài)課。以中國(guó)古代建筑（橋梁）為例，具體課程實(shí)施策略如表2所示。

4.課程評(píng)價(jià)

課程評(píng)價(jià)體系的建構(gòu)原則以學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，評(píng)價(jià)的項(xiàng)目和方式等如表3所示。

綜上所述，中國(guó)古代科技文化內(nèi)涵豐富，后續(xù)課程開(kāi)發(fā)還可從中汲取更多素材和內(nèi)容。目前已開(kāi)發(fā)的課程還需要在教學(xué)實(shí)踐中落實(shí)，并根據(jù)實(shí)施效果進(jìn)行調(diào)整，豐富課程開(kāi)發(fā)范式，逐步形成完整的基于中國(guó)古代科技文化的STEAM課程體系。

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（責(zé)任編輯 ?郭向和）