高中化學融合STEAM教育理念的項目式學習建構及案例開發

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教育體現了跨學科性，有利于復合型人才的培養，是集科學、技術、工程、藝術和數學5門學科發展于一體，基于多學科交叉融合方式培養復合創新型人才的教育理念，是一種側重科學、技術、工程、數學、藝術和計算機等學科的融合教育[1]。為培養更多的科技人才，中國教育發動了課程改革。在《中國教育現代化2035》對拔尖創新人才的培養需求以及“加大應用型、復合型、技術技能型人才培養的比重”[2]的客觀現實要求下，國內也開始關注STEAM教育的發展與實施，探索STEAM教育模式，在STEAM教育中應用信息技術，構建跨學科、跨學段的完整STEAM教育體系[3]。

1 高中化學融合STEAM教育理念的現實困境

STEAM教育與新課程改革強調的以學生為本，學生學會學習、學會創造，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教育的內涵發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、創客教育方面已經取得一定的成績，但并未融入中小學課程改革，只是激發了學生的學習興趣，并未改變基礎教育的本質。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。在現有化學課程資源的整合之下，能夠體現STEAM教育的跨學科融合性。因此，如何在現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同整合、優化重組，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節。

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，與社會經濟的發展、社會文明關系密切，也是現代科學技術的重要基礎。因此，化學學科的基礎性、綜合性和應用性，與STEAM教育理念存在內在的一致性。另外，在2017版的新課程標準中，強調化學學科課程內容結合生活實際，關注社會問題，倡導情景的創設，促進學生學習方式的轉變，注重學生創新精神和實踐能力的培養，說明化學教育與STEAM教育在強調學科融合、解決真實問題、促進創新能力培養等方面存在耦合性，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]。在我國現有的分科式教學的背景下，在化學學科內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，選取合適的跨學科教學主題，運用化學及相關學科（如數學、物理、生物、地理等學科）的知識與方法，設計和實施系統化的教學，培養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

3.1 項目式學習主題建構

跨學科項目式主題的建構是項目式學習建構的首要環節。跨學科項目式學習要求學生運用跨學科思維，創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）生活的關聯性。與生活實際相聯系，學生能夠運用所學知識解釋生活現象以及實際問題，鍛煉學生的思維能力，使其向高階思維轉化，培養獨立思考能力；（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化學學科的特點，又能夠體現社會發展的價值和時代性。綜合以上特征，選定以高中化學涉及的跨學科內容—乳液的制作為主題。

3.2 項目式學習操作流程建構

確定項目主題后，選擇與該主題相關的跨學科的教學內容進行教學背景和教學情境的設計。基于此，為學生設計驅動式的問題，并根據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，教師應給予適當的幫助與引導，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設，學生在真實的情境中解決復雜的問題，領悟科學素養，培養跨學科思維及人文素養，逐步體現出跨學科項目學習模式在化學教學中培養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—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”為主題的教學內容，是對人教版高中化學必修二第三章“有機物”的內容進行整合。該部分知識與生物、地理、物理等學科聯系緊密，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境和相關氣候（地理）、重要的營養物質油脂性質（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）通過調查和收集資料尋找證據，經歷發現、提出、分析、解決問題的過程，培養嚴謹、求真務實的態度，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，感悟多學科之間的內在聯系。

4.2 項目任務規劃：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生活經驗進行分組討論。多數學生就精油、植物提取油原料（芳香植物薰衣草、稻米、葡萄）的種植、生產、加工、分類等問題進行討論，部分學生發現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，認識油脂中液態油的結構、性質、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、分類進行匯報。教師引導學生歸納并總結本節課所學習的知識（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），展示過程記錄單、發言匯報等。

（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，在現有的分科教學中，強調在單一學科、單一領域內落實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教育的推廣與發展，同時，在長期的、大規模的實證研究中，有利于驗證跨學科項目式學習模式的有效性。