基于中國古代科技文化的小學STEAM課程設(shè)計與開發(fā)

高慧 姚翠薇

[摘 ? 要]從中國古代科技文化的角度開發(fā)與設(shè)計小學STEAM課程，不僅可以弘揚中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，培養(yǎng)小學生的家國情懷，還可以培養(yǎng)學生的工程思維和實踐能力。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”，從課程目標、課程內(nèi)容、課程實施策略、課程評價等方面闡述了課程設(shè)計與開發(fā)的基本思路。

[關(guān)鍵詞]中國古代科技;小學;STEAM課程

一、STEAM教育的內(nèi)涵與研究現(xiàn)狀

STEAM教育是一種運用工程設(shè)計思維，以解決真實情景下的實際問題為目標的教育模式。其主要內(nèi)涵包括四個方面。一是聚焦于現(xiàn)實世界存在的問題與困難。問題可以來自社會生活的方方面面，采取基于問題或基于項目的學習形式。二是通過工程設(shè)計流程制定解決方案。包括定義問題，進行背景研究，制定多種解決方案，開發(fā)和制作原型，測試、評估和優(yōu)化設(shè)計等。三是通過協(xié)作學習進行開放式探索。STEAM教育的理論基礎(chǔ)是“做中學”，學生需要通過團隊合作與動手實踐探索解決問題的辦法，并可能涉及多輪迭代優(yōu)化。四是鼓勵多樣化并認可失敗的意義。STEAM教育并不追求統(tǒng)一的學習結(jié)果，而是鼓勵解決方案的多樣化，并認可學生在此過程中的失敗，倡導(dǎo)在失敗的基礎(chǔ)上不斷改進，促進學生形成系統(tǒng)性思維[1]。

以“STEAM教育”為關(guān)鍵詞檢索知網(wǎng)文獻，發(fā)現(xiàn)相關(guān)論文的發(fā)表數(shù)量呈逐年上升趨勢。內(nèi)容主要涉及：對國內(nèi)外STEAM教育的內(nèi)涵、發(fā)展現(xiàn)狀和實施路徑的研究;各類學校對STEAM教育的實踐研究，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”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、滲透學科課程、實施有效課堂教學、促進教師專業(yè)發(fā)展、開設(shè)STEAM活動課程、注重教育評價等方面構(gòu)建中小學STEAM教育體系[2]。周東岱等人設(shè)計了STEAM教育理念指導(dǎo)下的小學課程體系重構(gòu)流程，并進行了實踐研究[3]。崔鴻等人闡述了基于項目式學習的STEAM教育的價值意義和存在的問題[4]。袁磊等人提出了STEAM教育理念下開展小學研究性學習活動的過程模型，并對其價值進行了探討[5]。袁磊等人提出了基于學科課程項目化重構(gòu)的小學STEAM課程設(shè)計與開發(fā)的完整流程，并通過實踐案例展示了該開發(fā)流程的應(yīng)用，有助于培養(yǎng)學生的高階思維與動手實踐能力，促進STEAM課程本土化發(fā)展[6]。

二是STEAM教育在各學科領(lǐng)域的探索。主要包括課例研究、教學模式研究等。如郝秋香提出通過創(chuàng)設(shè)教學環(huán)境、開展主題活動、融合各學科知識、因材施教、教師提升等策略開展STEAM教育[7]。梁玲玲提出基于STEAM教育理念的科學課堂教學設(shè)計應(yīng)具有啟發(fā)性、情境性、設(shè)計性、跨學科性、開發(fā)性，并提供了課例。楊春麗等人則對STEAM教育理念下的創(chuàng)客教育進行了研究[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)全科教師的價值與要求[9]，馬長俊則探討了STEAM教育師資建設(shè)的方法與途徑[10]。

總體來看，STEAM教育與小學課程的接軌尚處于探索階段，而以中國古代科技文化作為課程資源進行課程開發(fā)的研究成果更是寥寥無幾。中國古代科學技術(shù)在人類文明發(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)明極大地促進了世界文明和科學技術(shù)的發(fā)展[11]。而STEAM教育倡導(dǎo)將科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學等學科進行融合，基于真實世界中的問題，以工程思維為導(dǎo)向展開教學[12]。因此，從中國古代科技文化的視角建構(gòu)小學STEAM課程，不僅可以弘揚中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，培養(yǎng)小學生的家國情懷，還可以提升學生的科學素養(yǎng)，提高解決實際問題的能力。

二、中國古代科技文化簡介

中國古代科學技術(shù)在人類文明發(fā)展史中占有非常重要的地位。習近平總書記指出：中華民族在綿延五千多年的文明發(fā)展進程中，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]。回溯并梳理中國古代科技發(fā)展的脈絡(luò)，有利于甄選合適的課程開發(fā)內(nèi)容。

1.中國古代科技文化回溯

舊石器時代，中國古代先祖以采掘野生植物和漁獵動物為生，學會了選擇質(zhì)地堅硬的石料制造工具，發(fā)明了石鏃和弓箭。新石器時代，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)開始發(fā)展。新石器時代晚期，開始使用金屬，進入金石并用的時代。科學技術(shù)的孕育始于原始社會。如在選擇石料、打制石器的過程中萌芽了礦物學、力學和地質(zhì)學，在狩獵和原始農(nóng)牧業(yè)中形成了動植物學，在使用火和制造陶器的過程中產(chǎn)生了化學。隨著農(nóng)業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的需要，青銅冶煉技術(shù)成為奴隸社會時期生產(chǎn)力發(fā)展的主要標志。春秋戰(zhàn)國時期，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)離不開水，于是誕生了鄭國渠和都江堰，同時已有的生產(chǎn)技術(shù)更加成熟，例如冶鐵采礦技術(shù)、制車工藝、樂器制作、練絲、染色、皮革加工等。這時開始出現(xiàn)了與科學技術(shù)有關(guān)的著作，如先秦時期的《考工記》;科學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，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。東漢時期的蔡倫發(fā)明了造紙術(shù)，秦漢時期的張衡發(fā)明了漏水轉(zhuǎn)渾天儀和候風地動儀。建筑業(yè)方面，秦長城和漢代宮殿令人矚目。這一時期還出現(xiàn)了著名醫(yī)學家華佗和張仲景。

中國古代科學技術(shù)體系在三國兩晉南北朝時期得到進一步發(fā)展，涌現(xiàn)了更多科學家和科學著作。如賈思勰的《齊民要術(shù)》是最早的綜合性農(nóng)學專著，酈道元的《水經(jīng)注》對河流流經(jīng)地區(qū)的土壤、地貌、氣候、物產(chǎn)等進行了系統(tǒng)記述，對我國古代歷史和地理研究具有重要參考價值。凸輪、竹蜻蜓、風箏也發(fā)明于這一時期。

隋唐五代是中國封建社會發(fā)展的鼎盛時期。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;隋唐大運河完成了開鑿。化學的發(fā)展促成了黑火藥的發(fā)明。孫思邈的《千金方》代表了這一時期的醫(yī)學發(fā)展水平。

宋朝繼續(xù)實施開明的文化政策，四大發(fā)明中的三項誕生于這一時期。畢昇的活字印刷術(shù)促進了文化的普及與傳播。吹灰法、烹熬法使金屬冶煉技術(shù)得到進一步發(fā)展。景德鎮(zhèn)的青花瓷開始走向全世界。建筑技術(shù)進一步發(fā)展，盧溝橋和萬安橋誕生。科學家的代表人物是沈括，《夢溪筆談》被稱為中國科學史的里程碑。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、萬里長城、天壇等。預(yù)防天花的人痘接種技術(shù)成為早期免疫學的一項重大成就，在世界醫(yī)學史上占有重要地位。《本草綱目》成為我國古代醫(yī)藥學的經(jīng)典著作[14]。

2.中國古代科技文化研究現(xiàn)狀

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

三、基于中國古代科技文化的

小學STEAM課程設(shè)計與開發(fā)

1.課程目標

以中國古代科技文化為載體，開發(fā)設(shè)計適合小學生的STEAM課程，在小學階段弘揚中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，提升小學生科學核心素養(yǎng)、創(chuàng)新實踐能力、合作能力和解決問題的能力。

2.課程內(nèi)容

結(jié)合《義務(wù)教育小學科學課程標準》，研究選擇了造紙術(shù)、大航海技術(shù)和中國古代建筑作為內(nèi)容載體，開發(fā)設(shè)計基于中國古代科技文化的小學STEAM課程。具體教學內(nèi)容如表1所示。

3.課程實施策略

依據(jù)STEAM課程設(shè)計的理念，以工程設(shè)計思維為主線，按照創(chuàng)設(shè)情境、提出問題、設(shè)計方案、制作驗證、討論改進等流程進行課程的設(shè)計與實施。課程可先從社團開始，再推廣到常態(tài)課。以中國古代建筑（橋梁）為例，具體課程實施策略如表2所示。

4.課程評價

課程評價體系的建構(gòu)原則以學生發(fā)展核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，評價的項目和方式等如表3所示。

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

參考文獻

[1]范文翔，趙瑞斌，張一春.美國STEAM教育的發(fā)展脈絡(luò)、特點與主要經(jīng)驗[J].比較教育研究，2018（6）：17-26.

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[3]周東岱，樊雅琴，于穎，等.基于STEAM教育理念的小學課程體系重構(gòu)研究[J].電化教育研究，2017（8）：105-110，128.

[4]崔鴻，朱家華，張秀紅.基于項目的STEAM學習探析：核心素養(yǎng)的視角[J].華東師范大學學報（教育科學版），2017（4）：54-61，135-136.

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[6]袁磊，王健博樂.基于學科課程重構(gòu)的小學STEAM課程設(shè)計[J].現(xiàn)代遠距離教育，2019（2）：25-32.

[7]郝秋香.STEAM教育理念在小學科學課程中的應(yīng)用[J].中國校外教育，2019（3）：76-77.

[8]楊春麗，邸薇.基于STEAM教育的小學“創(chuàng)客”課程構(gòu)建[J].現(xiàn)代教育，2018（6）：59-61.

[9]龍海霞.STEAM教育理念下的小學全科教師培養(yǎng)[J].基礎(chǔ)教育研究，2018（19）：25-28.

[10]馬長俊.STEAM教育師資建設(shè)的思考與實踐——以都江堰市北街小學實驗外國語學校為例[J].教育科學論壇，2019（7）：39-40.

[11]周學益.中國古代科技由盛轉(zhuǎn)衰的回顧與思考[J].武漢水利電力大學學報，2000，20（7）：78-80.

[12]陳曉慧，徐彬，張哲.STEM教育研究與實踐的理念與路徑——訪不列顛哥倫比亞大學科學教育專家Samson Nashon教授[J].中國電化教育，2019（4）：1-4，22 .

[13]習近平.為建設(shè)世界科技強國而奮斗[N].人民日報，2016-06-01.

[14]楊金長.中國古代科學技術(shù)史[M].北京：人民軍醫(yī)出版社，2007.

（責任編輯 ?郭向和）