“雙減”背景下基于STEM教育的跨學科學習

宋潔

摘要：“雙減”政策對全面促進青少年的素質及能力的發展提出了新要求，對教師的專業能力也提出了更高要求。在“雙減”背景下，基于STEM教育跨學科學習這一理念，探尋跨學科學習資源整合方法，提升課堂的質量與容量。以人教版高中化學和生物教學中糖類、油脂、蛋白質部分的比較學習為例，以任務驅動，利用不同學科知識點梳理融合、學習方法對比，解決現實世界問題。同時結合STEM教育理念，培養學生的跨學科學習能力，促進獲取知識、整合知識及利用知識解決問題等綜合素質的提升。

關鍵詞：“雙減”；STEM；跨學科學習；綜合素質

文章編號：1008-0546（2023）09-0024-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2023.09.005

一、“雙減”政策背景介紹

202 1年7月，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發《關于進一步減輕義務教育階段學生作業負擔和校外培訓負擔的意見》（以下簡稱“雙減”）。國家出臺“雙減”政策的主要目的是想通過減少課內外簡單、低效、無創造性的重復勞動，提升課堂教學的質量和容量，讓學生能運用學科知識去分析解決現實社會問題，以促進學生綜合素質及能力的提升。[1]“雙減”政策要求減輕的是學生課內外學業負擔，但是并沒有減少對高素質人才的需求，所以要求基礎教育在課堂內、在滿足學生全面發展上花功夫。所以在“雙減”背景下，中央鼓勵支持學校立足課堂教學，優化教學方式，滿足不同層次學生的多樣化需求，探尋人才培養可持續發展的突破口與創新點，在不增加學生負擔的前提下，提供更優質的教育。所以“雙減”減輕學生課業負擔的同時對教育工作者的專業能力和素質提出了更高的要求。

二、基于STEM教育的跨學科學習理念簡介

近年來興起于美國的STEM教育進入我們的視野，其倡導的問題驅動跨學科交叉融合的教育理念為越來越多的人接受。STEM教育理念希望學生能認識與建立不同學科之間的聯系，在各學科領域間獲得綜合能力的發展。[2]lSTEM教育是用多學科知識、多種技能以及創新思維來解決現實問題，其核心理念是打破學科間的界限，跨學科、創新性地解決現實問題。在此過程中掌握分析問題、解決問題的能力，建立對學科和學科間內在聯系的認知，從而培養創新精神和能力。基于STEM教育的跨學科學習意味著教育者不再將重點放在某個學科知識點或者過于關注學科界限，而是將重心放在需要解決的問題或任務，各學科領域間不是孤立的，需要相互關聯來解決問題，打破和跨越學科邊界，從設計綜合性的教學任務、啟發思維的角度，調動多學科知識來完成任務，以實現提升綜合素質的育人目標。[3]現實社會的復雜性，生活中問題的多樣性，都不是學習過程中學生遇到的單一問題，所以要培養解決未來世界復雜問題的人就要改變單一學科思維，幫助學生建立跨學科學習的全局觀。[4]

三、“雙減”背景下基于STEM教育的跨學科學習實施步驟

為加快適應未來教育科技素養、科學思維等對各學科功能教育需求，提高課堂教學的實效性、加強知識體系的建立、幫助學生創新力和個性的發展，我們學習STEM教育的開放性、包容性，借鑒STEM教育的跨學科學習理念，設計跨學科整合的課程，將不同學科的知識通過一定的教學方法整合，幫助學生運用已有概念和經驗去探究生活中熟悉的問題，讓學生在獲取科學知識的同時獲得能力的提升。首先，尋找跨學科學習教育素材，以糖類、油脂、蛋白質部分知識內容為例進行跨學科學習探索。

1．教學目標整合

糖類、油脂、蛋白質這三大類營養物質與生命體的生命活動密切相關，是人體細胞的重要組成物質，同時也是重要的能源來源和營養物質，在人教版初、高中生物、化學六本教材中都有涉及，可見它的重要性。通過梳理化學和生物教材的教學目標（見表1）發現，因學科不同而各有側重，但是總體教學目標有多處相同。且生物、化學學科核心素養都有科學探究、科學精神、社會責任這幾個相同的維度，在完成知識目標的基礎上，通過三大營養物質的生物化學鑒定方法的異同對比學習培養學生的科學探究精神，通過學習三大營養物質對生命體健康的作用培養社會責任感，從而完成能力目標與情感目標。

2．教學內容的設計

STEM教育以問題驅動的跨學科知識學習理念，為課堂教學提供了一種新思路。跨學科學習不是簡單的課程內容的整合，更是思維方式的革新。將原本在教學活動中設計學習任務時的不同學科知識內容進行有機整合，可以幫助學生從全局性視角建構知識體系，更加系統地掌握相關知識，體現跨學科學習的優勢。[5]圍繞學習內容發現尋找不同學科的相關知識并把相關知識進行分析整合。在知識比較學習中滲透STEM教育跨學科學習理念。糖類、油脂、蛋白質與生命體的生命活動密切相關，是人體細胞的重要組成物質，同時也是重要的能源來源和營養物質，在初、高中化學以及初、高中生物學科中多次涉及這三類物質的知識，可見它們的重要性。梳理化學、生物教材中有關糖類、油脂、蛋白質部分的知識點進行比較學習。

通過對比化學和生物教材中的知識點，可以明確兩個學科都強調這三大營養物質對人類健康的影響以及它們的特征反應，主要不同點在于化學學科側重于三大營養物質的性質和結構，生物學科側重于它們的功能，可以借鑒STEM教育以問題驅動的理念，設計一個任務將兩個學科中涉及的內容串成一條主線，圍繞主線任務的解決完成教學目標。

3．教學任務的選擇

整個教學活動的核心是教學任務，直接關系到教學目標能否完成。STEM教育教學任務設計的核心是以問題或任務驅動，區別于傳統的教師講授的學習方式。糖類、脂肪和蛋白質這部分內容，在初中生物和化學教材中側重介紹它們對人類健康的作用，高中生物和化學側重性質和特征反應的認識。人教版化學2（必修）第三章第四節“基本營養物質”，重點介紹了糖類、油脂、蛋白質三類物質的共性與特性，而這部分內容在高一上的生物1（必修）的第二章第一節“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質”中有類似的內容，但是物質鑒定采用的方法有區別，如果教師沒有了解相關內容，把這部分當做新知識去講授，會讓學生有內容重復之感，在對知識的學習和理解方面也沒有更多的裨益。所以在講授這部分內容時，化學教師可以與生物教師聯合備課，運用跨學科學習這一教育理念，融合初高中生物、化學有關這三大營養物質的內容，提出“探究三大營養物質對人類健康的影響”這個學習任務，讓學生進行探究性學習，對比生物和化學學科的相關內容進行比較學習。

4．教學過程的實施

以“探究三大營養物質對人類健康的影響”這一任務為導向，讓學生通過課前預習教材和查找資料，分解完成這個任務需要解決的幾個問題：（1）三大營養物質的重要性。（2）三大營養物質特性的實際應用。（3）三大營養物質的特性是由什么決定的。并設計小組實驗：糖、蛋白質的檢測。解決了這幾個問題，不僅結合實際問題了解了糖類、脂肪、蛋白質性質及其特征反應在生活中的應用（設計鏡子的生產工藝、糖尿病檢測、生活中蛋白質變性的應用等實驗），并且加深理解初中三大營養物質對人類健康的影響這部分內容。在三大營養物質的實際應用中涉及到利用其特征反應，可以引導學生進行生物、化學學科的對比學習（見表2），了解不同學科的特點，體驗跨學科學習的魅力，引導學有余力的同學深入探究不同方法的本質內涵。例如，通過對比蔗糖、葡萄糖的斐林實驗現象理解醛基為什么會有這種特征反應，通過查閱資料認識醛基中碳氧雙鍵與其他酮、脂、羧酸結構中碳氧雙鍵的不同，從而理解結構決定性質繼而掌握它們的結構特征。又如，蛋白質的鑒定，生物學科利用蛋白質分子中含有的兩個以上的肽鍵會與雙縮脲試劑形成紫色絡合物這個性質；化學學科利用了含有苯環的蛋白質會與硝酸發生顏色反應。通過兩種方法的對比學習，加深對蛋白質結構的認識。這樣不僅將這些零散的知識點用一個個問題串成了一根線，而且這種學習方式教會學生學會自己建構知識體系的深入思考的學習方法，提升綜合素質能力。

5．總結評價

對學生的評價也是對教師教學方式的檢測。跨學科學習這種教學方式對于教師和學生都是挑戰，教師在教學活動中對學生知識與技能的形成、能力發展進行評價也是一個新嘗試。分小組用繪制思維導圖的形式完成對知識的梳理小結回答課程開始老師的三個問題，教師根據小組的思維導圖和學生的發言評價學生對知識的理解和掌握情況，在課堂總結中將教學活動與評價有機結合。而這種教學方式對學生能力發展的影響則需要一個相對較長時間來檢驗。小組總結和物質鑒定小組實驗時，可以進行同學間的相互評價，同學們對小組合作伙伴在小組活動時的表現進行相互評價。小組學習對于學生個性發展也有積極的促進作用。基于STEM跨學科學習的教學方式對學生學習能力、探究能力、問題意識等綜合素質培養等方面的促進作用還有待更多的實施案例來檢驗。

在“雙減”背景下，為滿足國家發展對高素質人才的迫切需求，在不增加學生課內外學業負擔的前提下與時俱進地優化教學方式，落實推進人才培養工作，是對教育工作者提出的更高要求。而融人STEM教育理念以任務為驅動、以解決實際問題為導向的課堂，學習用知識的遷移整合能力解決真實社會的問題，設計整合跨學科學習任務，在比較中學習，幫助學生梳理建構知識體系掌握獲取知識的方法和技能，對于學生綜合素質的提升和終身發展都有積極的作用。

參考文獻

[1] 向小琴，何博．“雙減”政策下初中課堂教學的實踐響應[J].教育與管理，2022（1）：29-31.

[2] 宋怡，肖敏．加拿大STEM教育項目“駐校科學家”述評[J].化學教育（中英文），2020（09）：95-100.

[3] 余勝泉，胡翔．STEM教育理念與跨學科整合模式[J]．開放教育研究，2015 （04）：13-22.

[4] 符爽，夏鳳琴．跨學科項目式學習現狀及改進策略[J].現代中小學教育．2020（36）：21-25．

[5] 趙慧臣．STEM教育視野下中學生探究學習的設計與實施[J]．現代教育技術，2017 （11）：26-32．