基于 STEM 理念的中醫(yī)文化進(jìn)校園科技創(chuàng)新實(shí)踐

高茹 李作林 和淵

背景介紹

近年來(lái)，書法、國(guó)畫等傳統(tǒng)文化已廣泛走進(jìn)校園。中醫(yī)藥文化進(jìn)校園為中醫(yī)藥學(xué)的發(fā)展找到了一個(gè)更年輕的基點(diǎn)，也為青年人樹立更廣泛、更深厚的文化自信提供了土壤。

可根據(jù)不同階段學(xué)生的特點(diǎn)和接受程度，設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)闹嗅t(yī)藥文化進(jìn)校園模式，學(xué)齡前兒童以興趣吸引為主；小學(xué)階段以接觸體驗(yàn)為主，提高學(xué)生動(dòng)手能力；中學(xué)階段以探索思考為主，開闊自身視野，提升道德修養(yǎng)。2016年，人大附中“中醫(yī)文化進(jìn)校園”研修課程成功開設(shè)，獲得了師生的一致好評(píng)。在這一背景下，人大附中通用技術(shù)教研組立足于技術(shù)學(xué)科特點(diǎn)，將傳統(tǒng)中醫(yī)文化與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相融合，構(gòu)建了基于 STEM 理念的中醫(yī)文化進(jìn)校園科技創(chuàng)新實(shí)踐課程。

課程目標(biāo)

依據(jù) STEM 理念，將傳統(tǒng)中醫(yī)文化與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，從滿足用戶的真實(shí)需求出發(fā)，以按摩器等中醫(yī)類產(chǎn)品開發(fā)為目標(biāo)，學(xué)生經(jīng)歷文獻(xiàn)檢索，市場(chǎng)調(diào)研，學(xué)習(xí)機(jī)械原理、控制原理、機(jī)械制圖、材料工藝等學(xué)科知識(shí)，完整經(jīng)歷技術(shù)設(shè)計(jì)的過(guò)程，最終設(shè)計(jì)制作與中醫(yī)文化相關(guān)的技術(shù)產(chǎn)品。在技術(shù)創(chuàng)新的過(guò)程中，讓學(xué)生了解、感受中醫(yī)文化，并用實(shí)際行動(dòng)弘揚(yáng)中醫(yī)文化。

調(diào)研用戶需求，發(fā)現(xiàn)實(shí)際問(wèn)題，提出設(shè)計(jì)課題，探究解決方案。

制訂項(xiàng)目研究計(jì)劃，并按照計(jì)劃分步實(shí)施。

綜合運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)，從多方案中選擇最優(yōu)方案，設(shè)計(jì)制作模型或原型。

積極參與項(xiàng)目研究，注重團(tuán)隊(duì)分工、有效溝通、高效合作。

展示作品，綜合分析設(shè)計(jì)產(chǎn)品滿足用戶需求的情況、經(jīng)濟(jì)效益，以及潛在風(fēng)險(xiǎn)，意識(shí)到技術(shù)產(chǎn)品對(duì)社會(huì)、環(huán)境可能帶來(lái)的影響，形成正確的價(jià)值取向。

在項(xiàng)目研究的各個(gè)階段，均進(jìn)行反思和評(píng)價(jià)，提升元認(rèn)知能力。

課程內(nèi)容及課時(shí)規(guī)劃

適用年級(jí)為高一，課程內(nèi)容及課時(shí)規(guī)劃見表1。

教學(xué)指導(dǎo)建議

讓學(xué)習(xí)回歸真實(shí)生活，創(chuàng)設(shè)基于真實(shí)需求的問(wèn)題情境

上班一族，下午犯困，效率低下;久坐電腦旁，皮膚干燥，眼睛干澀，能否為該類人群設(shè)計(jì)制作一款用于提神醒腦、補(bǔ)水養(yǎng)顏的產(chǎn)品？做眼保健操可有效緩解眼部疲勞、預(yù)防近視，但很多人都做得不夠規(guī)范，能否設(shè)計(jì)制作一套自動(dòng)做眼保健操的裝置？

在教學(xué)中落實(shí)?STEM 理念

引導(dǎo)學(xué)生在用戶需求分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)分析、方案構(gòu)思、圖紙繪制、制作、測(cè)試、編寫說(shuō)明書等環(huán)節(jié)，有機(jī)融合科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程、藝術(shù)、心理等學(xué)科知識(shí)，并融入中醫(yī)文化內(nèi)容，在多元的、多學(xué)科的學(xué)習(xí)環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)與實(shí)踐。? 基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)，堅(jiān)持以學(xué)生為主體設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)

從明確任務(wù)、收集信息、制訂計(jì)劃，到作出決策、組織實(shí)施、過(guò)程檢查、結(jié)果評(píng)估等，均由學(xué)生獨(dú)立完成。在課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生清楚課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，親歷學(xué)習(xí)過(guò)程，自己得出結(jié)論，既有獨(dú)立自主學(xué)習(xí)，也有小組合作學(xué)習(xí)。

評(píng)價(jià)方式

形成性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)結(jié)合

形成性評(píng)價(jià)側(cè)重于教師對(duì)學(xué)生發(fā)展情況的持續(xù)監(jiān)控，總結(jié)性評(píng)價(jià)側(cè)重于學(xué)生在跨學(xué)科知識(shí)、能力、態(tài)度和素養(yǎng)等方面的綜合發(fā)展情況。

使用多種評(píng)價(jià)方法

通過(guò)傳統(tǒng)的作業(yè)、試卷等評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)基本知識(shí)的掌握情況；通過(guò)學(xué)生的設(shè)計(jì)分析、設(shè)計(jì)圖、實(shí)施方案和測(cè)試反思等評(píng)價(jià)學(xué)生綜合能力和素養(yǎng)的發(fā)展情況；通過(guò)學(xué)生自我評(píng)價(jià)和組內(nèi)互評(píng)等方式評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、參與度等。

實(shí)施過(guò)程

環(huán)節(jié)1：走進(jìn)技術(shù)世界，感受設(shè)計(jì)過(guò)程（1課時(shí)）

從學(xué)生身邊的發(fā)明案例引入，讓學(xué)生感受技術(shù)設(shè)計(jì)就在身邊，探究、分析案例的特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)方式，引導(dǎo)學(xué)生意識(shí)到綜合應(yīng)用跨學(xué)科知識(shí)是實(shí)現(xiàn)技術(shù)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的重要途徑。

采用案例教學(xué)的方式，打破學(xué)生對(duì)技術(shù)的神秘感，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的自信、興趣和意愿，為項(xiàng)目學(xué)習(xí)作好鋪墊。

環(huán)節(jié)2：發(fā)現(xiàn)與明確問(wèn)題，確定設(shè)計(jì)課題（2課時(shí)）

以“滿足特定需求的中醫(yī)藥技術(shù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)”為主題，3人1組，結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，挖掘用戶需求，自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，確定設(shè)計(jì)定位，形成不同的設(shè)計(jì)課題。半命題式、半開放式的主題，既有利于保證學(xué)生的設(shè)計(jì)始終圍繞主題開展，又為學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供空間，也更接近真實(shí)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程，讓學(xué)生的設(shè)計(jì)從真實(shí)需求出發(fā)，回歸真實(shí)的問(wèn)題解決。教學(xué)時(shí)，圍繞用戶、需求、產(chǎn)品、設(shè)計(jì)等關(guān)鍵詞，以層層遞進(jìn)的問(wèn)題為引導(dǎo)，讓學(xué)生的設(shè)計(jì)定位更準(zhǔn)確。

環(huán)節(jié)3：理論學(xué)習(xí)與調(diào)研（12課時(shí)）

設(shè)計(jì)本身富有創(chuàng)造性，但任何創(chuàng)造都不能是無(wú)源之水、無(wú)本之木。優(yōu)秀的設(shè)計(jì)一定是建立在扎實(shí)的理論分析和深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，本環(huán)節(jié)既為學(xué)生的設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)，也是體現(xiàn) STEM 理念的重要環(huán)節(jié)之一。教學(xué)時(shí)，采用學(xué)生自主學(xué)習(xí)、教師啟發(fā)式講授及實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)等多種方式。

自主學(xué)習(xí)包括文獻(xiàn)檢索、專利查詢和產(chǎn)品調(diào)研。文獻(xiàn)檢索除了常規(guī)的網(wǎng)頁(yè)檢索外，還包括從文學(xué)作品中挖掘中醫(yī)藥文化，從中國(guó)知網(wǎng)等數(shù)據(jù)庫(kù)查找與中醫(yī)藥文化相關(guān)的學(xué)術(shù)資源，在設(shè)計(jì)伊始就讓學(xué)生明確感受到跨學(xué)科學(xué)習(xí)，以及設(shè)計(jì)的文化性、專業(yè)性和復(fù)雜性。專利查詢側(cè)重引導(dǎo)學(xué)生從技術(shù)、工程角度認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)，一方面拓展視野，站在巨人的肩膀上，讓自己的設(shè)計(jì)走得更遠(yuǎn)；另一方面樹立專利意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生尊重智慧成果、保護(hù)智慧成果的意識(shí)和素養(yǎng)。產(chǎn)品調(diào)研側(cè)重于引導(dǎo)學(xué)生收集和分析相關(guān)產(chǎn)品的信息，包括功能、結(jié)構(gòu)、造型、外觀、用戶群等，啟發(fā)學(xué)生的思維。

啟發(fā)式講授對(duì)于專業(yè)性比較強(qiáng)的內(nèi)容，如簡(jiǎn)單機(jī)械原理、控制系統(tǒng)的工作過(guò)程等內(nèi)容，以教師啟發(fā)式講授為主。學(xué)生了解實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的多種機(jī)械方式，以及開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程，知道自己的設(shè)計(jì)擬采用的機(jī)械傳動(dòng)方式或控制方式。

實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)機(jī)械原理和控制原理對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)難度較大，只有通過(guò)實(shí)踐，才能將抽象的理論轉(zhuǎn)化為具體的實(shí)踐。學(xué)生分析電動(dòng)篩的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并識(shí)讀圖紙，使用提供的套材，組裝電動(dòng)篩模型，該過(guò)程中學(xué)生需運(yùn)用機(jī)械、數(shù)學(xué)、物理、材料、工藝等學(xué)科知識(shí)，進(jìn)行制作體驗(yàn)，感受機(jī)械傳動(dòng)的具體實(shí)現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上，分析其復(fù)雜的控制實(shí)現(xiàn)。對(duì)于組裝過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)梳理總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注細(xì)節(jié)，感受科學(xué)知識(shí)在產(chǎn)品中的具體體現(xiàn)，如精確的尺寸、合理的摩擦是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的重要保證。在電動(dòng)篩機(jī)械結(jié)構(gòu)體驗(yàn)和分析之后，設(shè)置問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考：如何實(shí)現(xiàn)電動(dòng)篩工作的自動(dòng)控制、定量控制和精確控制？從而將控制的相關(guān)理論應(yīng)用到具體案例的分析和設(shè)計(jì)中，加深學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)工作過(guò)程的理解。

環(huán)節(jié)4：制訂設(shè)計(jì)方案（8課時(shí)）

構(gòu)思方案制訂設(shè)計(jì)方案的過(guò)程，是思維發(fā)散形成多個(gè)構(gòu)思方案，然后進(jìn)行收斂、聚焦的過(guò)程。同時(shí)，也是跨學(xué)科知識(shí)應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。教學(xué)中，先由小組頭腦風(fēng)暴，全班交流評(píng)價(jià)，再回歸小組討論，修改完善。小組頭腦風(fēng)暴時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生利用思維導(dǎo)圖，發(fā)散設(shè)計(jì)涉及的各個(gè)方面，運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)，形成多個(gè)可能的解決方案。在全班交流評(píng)價(jià)時(shí)，通過(guò)角色扮演，由其他組同學(xué)充當(dāng)用戶，對(duì)設(shè)計(jì)組的方案提出意見和建議。在廣泛交流的基礎(chǔ)上，各個(gè)小組運(yùn)用 SWOT 分析法，最終確定出1個(gè)切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案。

表達(dá)方案圖紙繪制采用教師啟發(fā)式講授和學(xué)生練習(xí)相結(jié)合的方式，先由簡(jiǎn)單的練習(xí)掌握繪制規(guī)范，然后自主繪制設(shè)計(jì)產(chǎn)品圖紙。部分設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

環(huán)節(jié)5：模型或原型的制作（10課時(shí)）

該環(huán)節(jié)是設(shè)計(jì)物化的重要環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學(xué)生工程思維、物化能力的重要環(huán)節(jié)。教學(xué)時(shí)，采用教師啟發(fā)式講授、演示，學(xué)生獨(dú)立操作的方式，讓學(xué)生在實(shí)踐中得到鍛煉和提高。部分作品如圖2所示。?

環(huán)節(jié)6：測(cè)試、交流與評(píng)價(jià)（2課時(shí)）

此環(huán)節(jié)的教學(xué)，主要突出學(xué)生的主體地位。各小組充分展示、介紹自己的設(shè)計(jì)，并請(qǐng)用戶實(shí)際體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)真正的小組自評(píng)和組間互評(píng)，同時(shí)，將生生評(píng)價(jià)和師生評(píng)價(jià)有機(jī)整合在一起。在課堂展示、交流、評(píng)價(jià)的同時(shí)，將評(píng)價(jià)落實(shí)到紙上，學(xué)生通過(guò)反思整個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程，形成自己的收獲體會(huì)和自我評(píng)價(jià)。

環(huán)節(jié)7：編寫使用說(shuō)明書（1課時(shí)）

該環(huán)節(jié)學(xué)生可進(jìn)一步梳理產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路，表達(dá)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能、使用方法、保養(yǎng)維護(hù)等內(nèi)容。說(shuō)明書的技術(shù)產(chǎn)品語(yǔ)言描述既要規(guī)范、準(zhǔn)確，也要考慮用戶的閱讀需要，同時(shí)還應(yīng)注重圖文版面美觀、整潔。

實(shí)踐效果及挑戰(zhàn)

實(shí)踐效果

學(xué)生完整地經(jīng)歷了基于 STEM 理念的技術(shù)課程學(xué)習(xí)，感受到技術(shù)問(wèn)題的解決、技術(shù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程，這是綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)、工程、人文等學(xué)科知識(shí)和能力的過(guò)程。特別是對(duì)于傳統(tǒng)中醫(yī)文化的認(rèn)識(shí)，很多學(xué)生實(shí)現(xiàn)了從知之甚少、毫無(wú)興趣，到將中醫(yī)藥文化融入作品設(shè)計(jì)制作中，成功開發(fā)出相應(yīng)的產(chǎn)品，潛移默化地增進(jìn)了學(xué)生對(duì)中醫(yī)文化的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，讓學(xué)生體驗(yàn)到傳統(tǒng)文化的學(xué)習(xí)不僅有理論學(xué)習(xí)的方式，還可以利用更貼近生活、更富有創(chuàng)造性的方式，讓文化的學(xué)習(xí)活起來(lái)、動(dòng)起來(lái)，在學(xué)生的心里播下中醫(yī)文化的種子，對(duì)于弘揚(yáng)傳統(tǒng)文化起到了積極的作用。

備課組的教師在課程研發(fā)、實(shí)施過(guò)程中，對(duì)于 STEM 理念有了更加深入的學(xué)習(xí)和理解，對(duì)于中醫(yī)文化也從生活經(jīng)驗(yàn)逐步上升到理論研究層面，并自主研發(fā)了系列教具。在2019年3月的國(guó)際技術(shù)與工程教育協(xié)會(huì)（ITEEA）第81屆年會(huì)上，該課程獲得“全球優(yōu)秀項(xiàng)目獎(jiǎng)”（Program Excellence Award）。

課程反思

中醫(yī)文化博大精深，包羅萬(wàn)象。學(xué)生選擇哪些內(nèi)容開展研究、研究到什么程度、研究的結(jié)果采用什么呈現(xiàn)方式等問(wèn)題，對(duì)于非中醫(yī)藥專業(yè)背景的教師，都是極大挑戰(zhàn)。為此，學(xué)校邀請(qǐng)了中醫(yī)藥領(lǐng)域的專家“坐堂”，為課程內(nèi)容、載體、形式等把脈，聚焦中醫(yī)按摩產(chǎn)品和中藥加工裝置兩大主題的研究，使課程的推進(jìn)有了明確的方向。

學(xué)生創(chuàng)意很多，想法很好，但學(xué)校硬件條件有限，很多設(shè)計(jì)只能以功能模型或結(jié)構(gòu)模型的形式呈現(xiàn)，顯得有些簡(jiǎn)單、粗糙，距離“產(chǎn)品”還有一段距離。如何真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，讓好的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，是下一步需要思考和解決的問(wèn)題。

STEM 課程學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)，突出了形成性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合、自評(píng)與互評(píng)相結(jié)合，包含多項(xiàng)評(píng)價(jià)內(nèi)容、多個(gè)評(píng)價(jià)方法等，但還需要進(jìn)一步制訂更具體、可操作的評(píng)價(jià)量規(guī)，對(duì)學(xué)生素養(yǎng)、思維、態(tài)度等方面展開更為具體、客觀的評(píng)價(jià)。

本文為全國(guó)教育科學(xué)規(guī)劃教育部青年課題“普通高中生命教育‘大健康’課程群的構(gòu)建研究（EHA2004230）”的研究成果。