初中地理新課標(biāo)背景下實(shí)施STEAM教育的新探索

戴東怡 龍海麗

在初中地理新課標(biāo)頒布的背景下，本文以初中天文校本微課程“漫游地球：地球所在的宇宙環(huán)境是怎樣的？”主題案例為例，立足STEAM教育理念，融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)知識與技能，探討STEAM教育理念下初中天文校本課程在第二課堂的實(shí)施流程與開展策略。

一、案例設(shè)計的背景

STEAM教育包含Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）、Art（藝術(shù)）、Mathematics（數(shù)學(xué)）五大內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)與數(shù)學(xué)進(jìn)行有機(jī)融合，STEAM教育理念能夠加強(qiáng)各學(xué)科之間的聯(lián)系［1］。STEAM教育理念具有跨學(xué)科性、情境性、協(xié)作性等特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的參與性和體驗(yàn)性，注重培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力、自主學(xué)習(xí)的能力和創(chuàng)新能力，這一教育理念有助于提升學(xué)生各方面的素養(yǎng)［2］。基于STEAM教育理念實(shí)施初中天文校本微課程，通過開展跨學(xué)科主題的學(xué)習(xí)，有利于全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，培養(yǎng)全面發(fā)展的人。

在最新修訂的《義務(wù)教育地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中，課程目標(biāo)的首句即強(qiáng)調(diào)：“地理課程目標(biāo)要圍繞核心素養(yǎng)，體現(xiàn)課程性質(zhì)，反映課程理念”［3］，并在說明具體的“目標(biāo)要求”之前詳細(xì)闡述了“人地協(xié)調(diào)觀”“綜合思維”“區(qū)域認(rèn)知”“地理實(shí)踐力”四大核心素養(yǎng)的內(nèi)涵。此外，在最新版初中地理課標(biāo)中，對“地球的宇宙環(huán)境”主題的內(nèi)容要求和學(xué)業(yè)要求都做出了詳細(xì)的說明。據(jù)此，為貼切《義務(wù)教育地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》要求，在開展和實(shí)施“漫游地球：地球所在的宇宙環(huán)境是怎樣的？”主題案例教學(xué)時，設(shè)置的具體目標(biāo)內(nèi)容與STEAM教育理念的契合點(diǎn)如表1所示。

二、案例實(shí)施的流程

在初中地理新課標(biāo)背景下，融合STEAM教育理念，初中天文校本微課程在第二課堂中的開展實(shí)踐流程大致上可分為四個階段：原理學(xué)習(xí)階段、項(xiàng)目設(shè)計階段、操作實(shí)踐階段和展示交流階段。按照這四個階段步驟，對“漫游地球：地球所在的宇宙環(huán)境是怎樣的？”案例開展與實(shí)施的流程闡述如下。

1.原理學(xué)習(xí)階段

在實(shí)施STEAM初中天文校本微課程時，首要任務(wù)就是科學(xué)原理知識的學(xué)習(xí)，這是之后其他階段活動開展的基礎(chǔ)。只有學(xué)生掌握了一定的天文科學(xué)基礎(chǔ)知識，才能更好地針對天文問題進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計學(xué)習(xí)和操作實(shí)踐。最終，學(xué)生通過STEAM教育生成的學(xué)習(xí)成果作品的展現(xiàn)也離不開科學(xué)原理知識，“科學(xué)”元素貫徹于STEAM初中天文校本微課程的開展和實(shí)施的全過程。

（1）創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生對天文知識學(xué)習(xí)的興趣

在原理學(xué)習(xí)階段，首先需要創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生對天文知識學(xué)習(xí)的興趣。例如，通過Stellarium（虛擬星象儀）信息技術(shù)軟件真實(shí)地模擬宇宙中天體的運(yùn)動，將星座和各種天文現(xiàn)象再現(xiàn)出來，幫助學(xué)生從各種角度瀏覽星空，更好地理解地球的宇宙環(huán)境（圖1）。

Stellarium是一款可在手機(jī)或電腦上免費(fèi)使用的虛擬星象儀軟件，能夠根據(jù)觀測者所處的地點(diǎn)和時間將天空中的恒星、行星、衛(wèi)星等天體的位置顯示出來，真實(shí)地表現(xiàn)觀察者所在的天空［4］。信息技術(shù)軟件生動形象地模擬了地球的宇宙環(huán)境，學(xué)生在教師的講解和引導(dǎo)下逐步學(xué)會從地理的角度感知宇宙，體會地理與生活的密切相關(guān)性，從而激發(fā)了學(xué)生對天文知識的學(xué)習(xí)興趣。

（2）結(jié)合不同信息技術(shù)軟件特點(diǎn)演示天體層次系統(tǒng)

不同的信息技術(shù)軟件具有不同的特點(diǎn)，在呈現(xiàn)天文知識時具有不同優(yōu)勢。為了提升模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，教師應(yīng)當(dāng)注重知識內(nèi)容呈現(xiàn)形式的多樣化和新穎性，針對不同的知識點(diǎn)采用不同的信息技術(shù)軟件進(jìn)行模擬，進(jìn)而發(fā)展學(xué)生的區(qū)域認(rèn)知、綜合思維和人地協(xié)調(diào)觀等素養(yǎng)。

例如，Celestia是一款可在電腦端使用的教育類天文軟件，該軟件能存取NASA影像資料庫中的星球與星系目錄并真實(shí)地模擬宇宙環(huán)境，讓使用者在操作和觀察軟件呈現(xiàn)的畫面時仿佛身歷其境地在太空中遨游［5］。通過Celestia軟件演示地球在宇宙中的位置（圖2），引導(dǎo)學(xué)生觀察并說出宇宙中物質(zhì)的存在形式和特點(diǎn)、描述天體系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和地球在宇宙中的位置，學(xué)生通過觀察Celestia軟件演示的動畫，獲得對天體層次系統(tǒng)的認(rèn)知，加深對“地月系”“太陽系”“銀河系”的了解。

PowerPoint（以下簡稱“PPT”）是微軟公司開發(fā)的Office程序組中一個用于制作演示文檔的工具，這款軟件可以制作一些簡單的動畫、圖片、文字組合，將知識可視化。當(dāng)今，課堂教學(xué)中最常見的信息技術(shù)教學(xué)工具便是教師自制的PPT，PPT的使用能綜合展示網(wǎng)絡(luò)和教材資源，將教材語言生動形象化，輔助學(xué)生更好地理解學(xué)科知識。在地理課堂教學(xué)中，通過PPT展示天體層次系統(tǒng)圖（圖3），能加深學(xué)生對天體層次系統(tǒng)的理解和記憶，學(xué)生在理解學(xué)習(xí)地球所處的宇宙環(huán)境的過程中，需要從整個宇宙空間和太陽系等不同大小的尺度視角進(jìn)行區(qū)域認(rèn)知，從而培養(yǎng)了學(xué)生的區(qū)域認(rèn)知能力。

在原理學(xué)習(xí)階段，通過利用信息技術(shù)軟件輔助天文科學(xué)知識的學(xué)習(xí)，發(fā)展了科學(xué)領(lǐng)域、技術(shù)領(lǐng)域的素養(yǎng)。在感受地球的宇宙環(huán)境的過程中，學(xué)生對地球距離太陽的遠(yuǎn)近以及太陽系各天體之間的距離有了初步的認(rèn)識，獲得“數(shù)”的概念，發(fā)展了數(shù)學(xué)領(lǐng)域的素養(yǎng)。此外，在整個原理學(xué)習(xí)的過程中，沉浸在地球的宇宙環(huán)境中即體會到了浩瀚宇宙的神秘與美感，培育了藝術(shù)領(lǐng)域的素養(yǎng)。

2.項(xiàng)目設(shè)計階段

在完成原理知識學(xué)習(xí)階段之后，根據(jù)不同的情境性問題，以問題解決為導(dǎo)向，通過小組合作設(shè)計相應(yīng)的問題解決及活動開展方案。

在完成“地球的宇宙環(huán)境”科學(xué)原理知識學(xué)習(xí)之后，教師可結(jié)合星圖App演示宇宙星空（圖4），引導(dǎo)學(xué)生觀察地球的宇宙環(huán)境。星圖App是一款可以應(yīng)用于平板電腦或手機(jī)的軟件，通過信息技術(shù)模擬宇宙星空，教師可在這一環(huán)節(jié)拋出：“我們生活的地球在太陽系的行星中有何特別之處？”問題供學(xué)生思考。學(xué)生以地理學(xué)習(xí)小組為單位開展交流和討論，進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計。在項(xiàng)目設(shè)計階段，教師觀察學(xué)生在活動中的表現(xiàn)（如發(fā)現(xiàn)問題、參與交流和討論的積極性等），并及時跟進(jìn)、指導(dǎo)這一階段的學(xué)生活動。

STEAM教育具有協(xié)作性的特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)在群體協(xié)同中相互幫助、相互啟發(fā)?；诖?，學(xué)生之間組建地理第二課堂學(xué)習(xí)小組，以問題解決為導(dǎo)向，通過小組合作設(shè)計相應(yīng)的問題解決及活動開展方案。根據(jù)“我們生活的地球在太陽系的行星中有何特別之處？”這一問題，學(xué)習(xí)小組各成員自主分工、合作探究，進(jìn)行項(xiàng)目方案設(shè)計，并進(jìn)行方案評估分析。在項(xiàng)目設(shè)計階段，每個人都進(jìn)行了復(fù)雜溝通、社交技能、問題解決、自我管理以及系統(tǒng)思考等技能的訓(xùn)練，這一過程處處滲透著工程領(lǐng)域的教育。

3.操作實(shí)踐階段

在完成項(xiàng)目設(shè)計階段之后，學(xué)生通過運(yùn)用科學(xué)原理知識進(jìn)行問題解決和操作實(shí)踐。根據(jù)上一流程的項(xiàng)目設(shè)計方案，學(xué)生進(jìn)行情境性問題的解決，過程中運(yùn)用的數(shù)學(xué)知識和工具、信息技術(shù)手段等都是技術(shù)素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展過程。浩瀚的星空、詩意的銀河、變幻的極光等，學(xué)生沉浸于這些天文知識內(nèi)容中，是發(fā)展審美意識和藝術(shù)素養(yǎng)的過程。

在上一個項(xiàng)目設(shè)計階段中，通過小組合作探究學(xué)習(xí)，學(xué)生初步領(lǐng)悟了地球在太陽系中的普通性和特殊性，并擬訂了開展問題探究的項(xiàng)目方案。接下來，便進(jìn)入到了操作實(shí)踐階段。Solar Walk Lite是一款三維太陽系模型手機(jī)軟件，能夠?qū)⑻栂蛋舜笮行羌捌溥\(yùn)行軌道、太陽系中的衛(wèi)星等展示出來（圖5），還能通過3D示意圖再現(xiàn)太陽和行星的面貌并附有相應(yīng)介紹［6］。通過數(shù)據(jù)線連接，可以使得手機(jī)端的軟件界面同步到電腦端進(jìn)行展示。采用Solar Walk Lite軟件模擬演示太陽系，引導(dǎo)學(xué)生對太陽系結(jié)構(gòu)和各大行星的特點(diǎn)進(jìn)行觀察，歸納并說明行星地球的普通性和特殊性。學(xué)生在綜合分析地球的宇宙環(huán)境的過程中，需要從更加全面的角度看待地理現(xiàn)象和地理事物，從而提高了思維的靈活性，培養(yǎng)了綜合思維。

在這一階段中，學(xué)生操作信息技術(shù)軟件模擬八大行星運(yùn)行，通過對太陽系結(jié)構(gòu)和各大行星的學(xué)習(xí)，說明行星地球的普通性和特殊性，體會保護(hù)地球宇宙環(huán)境的必要性，培養(yǎng)了綜合思維與人地協(xié)調(diào)觀，操作信息技術(shù)軟件的過程中便是發(fā)展地理實(shí)踐力的過程，同時也更進(jìn)一步深化了技術(shù)領(lǐng)域的素養(yǎng)。

4.展示交流階段

STEAM教育強(qiáng)調(diào)分享，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生體驗(yàn)和獲得分享中的快樂感［1］。展示交流階段是STEAM初中天文校本微課程主題探究活動開展的最后一項(xiàng)流程，在這一環(huán)節(jié)，教師組織學(xué)生進(jìn)行成果作品的展示交流，學(xué)生以學(xué)習(xí)小組為單位分享本組的項(xiàng)目設(shè)計方案和作品完成的過程及最終成果。

在“漫游地球：地球所在的宇宙環(huán)境是怎樣的？”主題探究活動中，基于原理學(xué)習(xí)階段、項(xiàng)目設(shè)計階段和操作實(shí)踐階段的成果，教師組織學(xué)生對“我們生活的地球在太陽系的行星中有何特別之處？”這一問題探究結(jié)果進(jìn)行展示交流，學(xué)生以學(xué)習(xí)小組為單位分享本組的項(xiàng)目設(shè)計方案和小組成員的觀點(diǎn)，關(guān)于STEAM天文校本微課程的評價指標(biāo)體系如表2所示。學(xué)生通過分享本次主題探究活動中的經(jīng)驗(yàn)與技巧，獲得自我認(rèn)同感和參與成就感。

三、基于STEAM教育的初中天文校本微課程實(shí)施策略

基于STEAM教育理念在地理第二課堂中開展初中天文校本微課程，能夠在很大限度上發(fā)揮第二課堂的優(yōu)勢，補(bǔ)充第一課堂難以實(shí)現(xiàn)的教學(xué)內(nèi)容，拓展深化對學(xué)生知識、技能和情感層面的培養(yǎng)，培養(yǎng)全面發(fā)展的人?；赟TEAM教育理念的天文校本微課程在初中第二課堂的開展實(shí)施具有如下策略。

1.基于初中地理課程標(biāo)準(zhǔn)，培育學(xué)生的科學(xué)精神與實(shí)踐能力

在最新頒布的《義務(wù)教育地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中，特別規(guī)劃了10%的課時用以跨學(xué)科主題的學(xué)習(xí)［3］。天文學(xué)的研究對象是地球以外的天體，天文校本課程的實(shí)施有助于青少年開闊視野，建立宏觀的宇宙觀和世界觀，培育學(xué)生的科學(xué)探索精神?；赟TEAM教育理念，選擇那些日常生活中常見的天文現(xiàn)象為課題為開展天文校本課程，讓學(xué)生在STEAM教育的過程中體會地理課程的選擇與生活密切相關(guān)，通過引導(dǎo)學(xué)生從地理的角度思考和解決問題，逐步提升學(xué)生的地理素養(yǎng)和科學(xué)精神，在探索科學(xué)的過程中發(fā)展實(shí)踐技能。

2.基于STEAM教育理念，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力與邏輯思維

跨學(xué)科性是STEAM教育最重要的核心特點(diǎn)，情境是STEAM教育的重要組成部分，STEAM教育綜合了多學(xué)科的知識與技能，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)在真實(shí)的情境中綜合分析與解決問題的能力［1］?！凹夹g(shù)”是對科學(xué)知識的應(yīng)用，“工程”包含在問題解決和創(chuàng)新性中。地理學(xué)具備自然科學(xué)與人文科學(xué)的性質(zhì)，其與其他學(xué)科的聯(lián)系非常密切。在STEAM教育理念指導(dǎo)下開展地理第二課堂活動，要求學(xué)生運(yùn)用多學(xué)科知識、從全面綜合的角度分析解決生活中的問題，情境性地理問題解決的過程中，培養(yǎng)了學(xué)生的問題解決方案設(shè)計能力與綜合邏輯思維。

3.開展初中天文校本課程，發(fā)展學(xué)生的審美意識和藝術(shù)素養(yǎng)

最新頒布的《義務(wù)教育地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》關(guān)于學(xué)業(yè)質(zhì)量提出了具體要求：學(xué)生在不同的情境中，運(yùn)用地理信息技術(shù)、圖像、模型、模擬演示實(shí)驗(yàn)等工具和手段，能夠秉持求真求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，簡要描述地球與宇宙的關(guān)系，說明太空探索的意義和價值［3］。學(xué)生接觸天文學(xué)的過程，實(shí)際上也是投入到美的研究當(dāng)中，譬如浩瀚的星空、詩意的銀河、變幻的極光等，沉浸于這些天文觀測內(nèi)容之中自然而然獲得了美感的體會，從而提升理解和創(chuàng)造藝術(shù)的能力，發(fā)展了審美意識和藝術(shù)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學(xué)科整合模式［J］.開放教育研究，2015，21（4）：13-22.

［2］ 金慧，胡盈瀅.以STEM教育創(chuàng)新引領(lǐng)教育未來——美國《STEM 2026：STEM教育創(chuàng)新愿景》報告的解讀與啟示［J］.遠(yuǎn)程教育雜志，2017（1）：17-25.

［3］ 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［M］. 北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

［4］ 姜嚴(yán).Stellarium軟件在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用研究——以“月相與日月食”為例［J］.地理教學(xué)，2019（11）：62.

［5］ 馮滔，楊先.運(yùn)用Celestia軟件培養(yǎng)學(xué)生地理空間思維能力［J］.地理教學(xué)，2016（4）：8-9.

［6］ 劉德康.Solar Walk Lite手機(jī)軟件在“宇宙中的地球”一節(jié)中的應(yīng)用［J］.中學(xué)地理教學(xué)參考（下半月），2019（8）：57-59.

通信作者：龍海麗