高中化學融合STEAM教育理念的項目式學習建構(gòu)及案例開發(fā)

李申申，崔繼文

（佳木斯大學 藥學院，黑龍江 佳木斯 154007）

在社會高度智能化發(fā)展的今天，需要由人完成的認知任務日益復雜多變，因此，社會需要的不再是單一、專門化的人才，而是能夠應對復雜社會變化的復合型人才。STEAM教育體現(xiàn)了跨學科性，有利于復合型人才的培養(yǎng)，是集科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學5門學科發(fā)展于一體，基于多學科交叉融合方式培養(yǎng)復合創(chuàng)新型人才的教育理念，是一種側(cè)重科學、技術(shù)、工程、數(shù)學、藝術(shù)和計算機等學科的融合教育[1]。為培養(yǎng)更多的科技人才，中國教育發(fā)動了課程改革。在《中國教育現(xiàn)代化2035》對拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)需求以及“加大應用型、復合型、技術(shù)技能型人才培養(yǎng)的比重”[2]的客觀現(xiàn)實要求下，國內(nèi)也開始關注STEAM教育的發(fā)展與實施，探索STEAM教育模式，在STEAM教育中應用信息技術(shù)，構(gòu)建跨學科、跨學段的完整STEAM教育體系[3]。

1 高中化學融合STEAM教育理念的現(xiàn)實困境

STEAM教育與新課程改革強調(diào)的以學生為本，學生學會學習、學會創(chuàng)造，并且能夠應用所學知識解決真實情境下的問題等理念相契合，但要真正讓STEAM教育理念與化學進行有機融合，仍面臨一定的現(xiàn)實困境。

1.1 STEAM教育理念落地受限于分科課程

我國目前的課程體系建立在嚴格的學科分類基礎上，能高效地進行學科知識教學，但知識脫離情境，缺乏綜合性和應用性[4]。因此，STEAM教育的內(nèi)涵發(fā)展和外延影響均存在一定的局限。雖然我國在機器人、3D打印、創(chuàng)客教育方面已經(jīng)取得一定的成績，但并未融入中小學課程改革，只是激發(fā)了學生的學習興趣，并未改變基礎教育的本質(zhì)。STEAM教育理念真正落地需要一定的載體，而這個載體是課程資源的整合。在現(xiàn)有化學課程資源的整合之下，能夠體現(xiàn)STEAM教育的跨學科融合性。因此，如何在現(xiàn)有的高中化學課程資源中融入STEAM教育理念，是首要解決的問題。

1.2 STEAM教育實踐融合困于教師教學

STEAM教育如何與現(xiàn)有的高中化學課程資源相融合，對切實可行的實踐方法和手段進行探究是當前的另一困境。多數(shù)教師在理念上表示認同，但苦于找不到合適的方法、手段與具體的實施方案，致使STEAM教育的落地困于教師的教學。因此，以何種方式促進學生跨學科的整合學習，是推動STEAM教育理念落實到化學教育必須要考量的問題。目前，STEAM教育跨學科課程以協(xié)同整合、優(yōu)化重組，支持學生以跨課程的方式開展項目式學習[5]。盡管這種開放式的項目式學習并不少見，但在化學中融合該理念的化學教師并不多見。因此，教師選擇何種教育方式，是STEAM教育理念落地化學教育的關鍵環(huán)節(jié)。

2 高中化學融合STEAM教育理念落地路徑

2.1 整合學科課程資源，促進STEAM教育理念落地

化學是一門基礎學科，與社會經(jīng)濟的發(fā)展、社會文明關系密切，也是現(xiàn)代科學技術(shù)的重要基礎。因此，化學學科的基礎性、綜合性和應用性，與STEAM教育理念存在內(nèi)在的一致性。另外，在2017版的新課程標準中，強調(diào)化學學科課程內(nèi)容結(jié)合生活實際，關注社會問題，倡導情景的創(chuàng)設，促進學生學習方式的轉(zhuǎn)變，注重學生創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)，說明化學教育與STEAM教育在強調(diào)學科融合、解決真實問題、促進創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面存在耦合性，為在化學教育中落實STEAM教育理念、幫助學生跨學科學習、提升學生創(chuàng)新實踐能力提供了可能性[6]。

2.2 探索項目式學習，注重多學科融合教學

STEAM教育以基于項目的學習、問題的學習為主要教學（學習）方式，引導學生通過合作與實踐，完成主題項目和解決生活中遇到的難題[7]。在我國現(xiàn)有的分科式教學的背景下，在化學學科內(nèi)開展跨學科主題項目式學習，無疑是STEAM教育理念落地的可行路徑之一。因此，化學課程中的跨學科項目式主題學習將從化學學科出發(fā)，選取合適的跨學科教學主題，運用化學及相關學科（如數(shù)學、物理、生物、地理等學科）的知識與方法，設計和實施系統(tǒng)化的教學，培養(yǎng)學生運用跨學科思維解決真實情境下的復雜問題等能力[8]。

3 踐行STEAM教育理念的高中化學項目式學習建構(gòu)

3.1 項目式學習主題建構(gòu)

跨學科項目式主題的建構(gòu)是項目式學習建構(gòu)的首要環(huán)節(jié)?？鐚W科項目式學習要求學生運用跨學科思維，創(chuàng)造性地解決真實情境下的復雜問題，并提升學生解決綜合問題的能力。因此，跨學科的項目主題應具備以下特征：（1）跨學科性。所選的主題不僅運用化學學科知識來解決問題，還涉及其他學科；（2）真實情境性。選定一個主題背景，創(chuàng)設真實情境貫穿始終，學生置身于真實的情境中解決問題；（3）生活的關聯(lián)性。與生活實際相聯(lián)系，學生能夠運用所學知識解釋生活現(xiàn)象以及實際問題，鍛煉學生的思維能力，使其向高階思維轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)獨立思考能力；（4）學生實踐性。所設計的項目主題還應具備實踐性，學生在實踐探索的過程中，運用高階思維解決復雜問題，提高解決學科復雜問題的能力；（5）開放性。主題的選取既能夠體現(xiàn)化學學科的特點，又能夠體現(xiàn)社會發(fā)展的價值和時代性。綜合以上特征，選定以高中化學涉及的跨學科內(nèi)容—乳液的制作為主題。

3.2 項目式學習操作流程建構(gòu)

確定項目主題后，選擇與該主題相關的跨學科的教學內(nèi)容進行教學背景和教學情境的設計?；诖?，為學生設計驅(qū)動式的問題，并根據(jù)項目主題的任務進行設定。對學生所要完成的項目任務進行拆分，形成子任務，對于每一個子任務的完成情況，教師要進行有針對性的評價，評價方式主要為形成性評價和總結(jié)性評價。對于學生能夠自己完成的任務，教師無需為學生提供學習支架；若學生覺得所要完成的項目任務存在一定的困難，教師應給予適當?shù)膸椭c引導，與學生共同完成項目任務，同時，組織學生進行最終的項目成果匯報。具體操作流程如圖1所示。

在該項目式學習流程的指導下，以“化妝品—制作乳液”為例進行如下課程設計。該課程設計立足化學學科進行真實情境創(chuàng)設，學生在真實的情境中解決復雜的問題，領悟科學素養(yǎng)，培養(yǎng)跨學科思維及人文素養(yǎng)，逐步體現(xiàn)出跨學科項目學習模式在化學教學中培養(yǎng)學生綜合實踐能力的作用，并驗證其操作的可行性，為STEAM教育理念融入化學學科提供事實支撐。

4 高中化學項目式學習案例開發(fā)—以“化妝品—乳液的制作”為例

4.1 項目啟動：確定主題與教學目標

以“化妝品—乳液的制作”為主題的教學內(nèi)容，是對人教版高中化學必修二第三章“有機物”的內(nèi)容進行整合。該部分知識與生物、地理、物理等學科聯(lián)系緊密，有利于開展跨學科教學，且適合學生自己親自動手制作。因此，確定項目主題為“化妝品—乳液的制作”。

教學目標設計為：

（1）了解乳液的制作過程，認識并了解芳香植物—薰衣草、洋甘菊（生物），同時了解兩種植物的生長環(huán)境和相關氣候（地理）、重要的營養(yǎng)物質(zhì)油脂性質(zhì)（化學）及古法榨油（物理）。

（2）運用蒸餾的方法提取植物中的精油（化學）。

（3）通過調(diào)查和收集資料尋找證據(jù)，經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問題的過程，培養(yǎng)嚴謹、求真務實的態(tài)度，與同伴合作進行乳液的制作，提高學生的邏輯思維能力與實踐能力。

（4）體會化學與生物、地理、物理等學科的關聯(lián)，感悟多學科之間的內(nèi)在聯(lián)系。

4.2 項目任務規(guī)劃：初步了解乳液的制作過程

（1）教師出示多種乳液及說明書，尋找不同乳液的主要成分表，分析各種成分的作用及特點，總結(jié)長期使用對皮膚可能起到的有益作用或不良影響，同時，引導學生自己制作好用又安全的乳液。

（2）學生自主查閱資料或依據(jù)生活經(jīng)驗進行分組討論。多數(shù)學生就精油、植物提取油原料（芳香植物薰衣草、稻米、葡萄）的種植、生產(chǎn)、加工、分類等問題進行討論，部分學生發(fā)現(xiàn)了影響乳液制作的因素并進行討論交流。

（3）師生共同匯報，提供支架，了解制作乳液的步驟及影響乳液制作的因素。

（4）教師引導學生制定并劃分項目任務。

任務一：學生進行小組活動，教師引導學生針對乳液制作項目設計思維導圖（見圖2）。

任務二：學生查閱市面上的乳液成分說明以及每種成分的功效，同時，將涉及的有機物進行分類，主要針對稻米油進行重點介紹，了解薰衣草精油。教師引導學生從化學學科的角度了解稻米油屬于油脂，認識油脂中液態(tài)油的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、存在形式、提取方法及用途；從生物學的角度認識油脂中固態(tài)脂的分類及作用。

任務三：設計并確定最終的乳液制作方案、小組分工、花費的時間以及查閱制作乳液的相關注意事項，為乳液的成功制作打下基礎。

任務四：制作乳液，展示純手工工藝、純天然原料并進行匯報，對項目產(chǎn)品進行分析，歸納出成功與不足之處。

4.3 項目活動開展：準備乳液制作的相關材料

圖1 具體操作流程

圖2 項目設計思維導圖

（1）教師對班級同學進行分組，小組同學進行合作與分工，查閱相關資料，對薰衣草精油和稻米油原料的種植、加工、生產(chǎn)、分類進行匯報。教師引導學生歸納并總結(jié)本節(jié)課所學習的知識（精油的提取及油脂相關知識的介紹）。

（2）學生依據(jù)自己查閱的制作乳液的相關步驟，通過小組交流討論，分析所需的材料、人員的安排以及時間的合理劃分，在教師的幫助下準備所需材料來制作乳液，并如實填寫作品制作記錄表。

（3）教師實時關注學生的活動過程，適時給予指導幫助。

4.4 項目作品展示：匯報成果

（1）教師組織學生進行小組匯報，展示自己小組的作品—乳液。

（2）學生小組匯報并展示各項成果：準備制作乳液所需的原料及其功效，并將原料中涉及的相關化學知識進行梳理（以思維導圖的形式呈現(xiàn)），展示過程記錄單、發(fā)言匯報等。

（3）組織學生進行互評，并揭示該過程中涉及的知識與生物、地理、工程等學科的聯(lián)系，突出跨學科性。

（4）拓展延伸，學生將純天然手工制作的乳液帶回家使用，并與市面上的乳液進行對比，記錄效果，寫成一篇科學小論文。

4.5 《乳液的制作》項目反思

為檢驗該模式的實施效果，在有限的范圍內(nèi)選取案例學校試驗班開始教學實踐，并運用訪談法，訪談試驗學校的老師，觀察學生上課前后的狀態(tài)變化。訪談老師認為，該課程較好地鍛煉了學生4個方面的能力：（1）學生獲取信息、提取有效信息的能力得到一定的提升；（2）學生在設計乳液制作方案的過程中，邏輯思維能力得到了鍛煉；（3）學生在制作乳液的過程中，動手操作能力和科學探究能力得到了提高；（4）學生在進行小組討論和匯報時，鍛煉了自主學習能力與語言表達能力，同時，學生的團隊合作意識也得到了增強。

5 結(jié)語

跨學科項目式學習有利于融合STEAM教育理念，并且能夠較好地培養(yǎng)學生的綜合能力，如學生在獲取信息、分析問題、解決問題的過程中，逐步運用多學科知識解決問題的能力。然而，在現(xiàn)有的分科教學中，強調(diào)在單一學科、單一領域內(nèi)落實STEAM教育仍然需要較長時間的探索。未來在不同的國情、省情、校情之下，STEAM教育的具體落實路徑是不斷創(chuàng)新豐富的。STEAM教育理念落實形式多樣，但最關鍵的在于實踐效果。實踐的成功將有助于STEAM教育的推廣與發(fā)展，同時，在長期的、大規(guī)模的實證研究中，有利于驗證跨學科項目式學習模式的有效性。