STEAM理念在中學環境教育中的應用研究

胡靜 陳成 杜琳 陳存

摘?要：STEAM教育作為一種跨學科融合的新型教育理念，是近年來教學改革和創新型人才培養研究的熱點。本文針對我國目前環境教育的不足，結合中學課堂的實際情況，提出與STEAM理念相結合的中學環境教學模式，并以初三化學“水的凈化”這一節為案例開展了教學設計及實踐。結果顯示：學生對基于STEAM理念的教學模式較為喜歡，該模式對于學生的學習效果及環境意識都有較大提升。

關鍵詞：STEAM教育；環境教育；教學模式；教學實踐

環境教育是指人們獲取有關環境保護的基礎知識，并且對環境問題做出一定的符合科學的判斷，并且自身有一定能力去保護環境和維護自身的健康的過程中去使用這些知識［1］。目前，我國的環境教育缺乏系統的教學，學校對于環境教育不夠重視，課堂中對于環境保護的課程資源相對較少，教學方式較為單一［2］。如何將環境教育更好地滲透入課堂教學，提高學生的環保素養，樹立可持續發展觀，培養生態文明理念和自然和諧的環保意識，成為亟待解決的問題。

STEAM教育是一門綜合教育體系，它集科學技術、建筑工程、藝術、數學等多門學科組成，打破學科與學科之間的界限，讓多個學科進行融合，在無形中提升學生對知識的運用能力，使學生運用多門學科的知識進行學習，提高自身的科學素養［3］。而環境教育以多學科和跨學科活動特征為載體，實踐性、綜合性很強，將其與STEAM教學理念相融合，讓學生在設計、動手做實驗中學，在環境保護實踐中理解知識，運用已有知識分析環境污染現象、解決現實問題，能激發學生環境保護和學習基礎知識的興趣，培養和鍛煉學生的實踐能力、創新能力。

本文基于STEAM教學理念，提出適用于中學環境教育的教學模式，并以人教版初三化學必修1中的“水的凈化”為例進行教學設計及課堂實施，并對教學效果進行了初步的調查，期望將STEAM理念融入國內中學環境教育中以此彌補現行環境教育中存在的不足，提升環境保護意識，培養發現問題、動手操作、處理問題的能力。

1?STEAM教育的興起

STEAM教育起源于美國，其發展脈絡大致可分為三個階段，即STSSTEMSTEAM。STS是科學（Science）、技術（Technology）和社會（Society）的縮寫，美國STS研究始于20世紀60年代末，其主要集中在科學技術的價值論上，并逐步形成了實用價值取向，在一定程度上促進了以STEM為代表的技術教育課程范式的形成。1986年，美國國家科學委員會（NSB）發布了第一份關于STEM教育《本科科學、數學和工程教育》的指導文件。在肯定STEM教育的突出地位的基礎上，提出了發展STEM教育的指導思想，成為STEM教育的戰略起點。2006年，弗吉尼亞理工大學碩士研究生喬吉特·雅克曼將代表人文藝術的藝術Arts融入現有的STEM教育中，創造性地提出了STEAM教育的概念。此后，美國迎來了STEAM教育的新時代。據格雷特·阿爾克曼的理論，藝術代表著廣泛的人文和藝術學科，包括社會研究、語言、形式、音樂、美學、表演等。如今，美國的STEAM教育是將現實問題作為教學任務，十分重視教學與現實世界之間的聯系［3］。其研究已經持續多年，研究成果已凝結為一個STEAM教育框架，該框架具有清晰的教學思維和行為培養準則，通過這些準則來使教學發揮作用［3］。

我國發布的關于STEAM教育的政策總體數量相對較少。2017年教育部發布的聲明中對STEAM教育的細節進行了解釋，并倡導了跨學科地學習STEAM觀念的教學方法。我國STEAM研究主要分為國外研究和本地化研究兩種。研究工作從以下幾個方面進行：STEAM的理解、發展路徑、內涵、相關研究與展望、STEAM與制造者的融合、跨學科視角的人才培養，包括教學的實踐和教學的內容過程設計等。到現在為止，我國的STEAM教育最主要的應用方面是社會環境、社會經濟困難等實際民生方面。通過工程設計過程，制訂相關解決方案，并根據制訂的解決方案進行一定的探索實踐，以此來學習和解決遇到的問題。但總體上，我國的STEAM教學模式還處在初步的試驗階段，缺少基礎建設設施和實用的STEAM教學模式。

國內外關于環境教育方面的研究充滿了很多不同的角度。Will?Foch通過分析相關的跨學科的和環境研究的一些案例提出，可持續性原則作為一種基本原則，應采用綜合教學法進行環境教育，其中涉及社會科學、自然科學等許多學科，提倡跨學科教學［4］。祝懷新提出了環境教學相關指導的原則應包括實用性、基礎性、生態性、多學科和跨學科課程相結合等原則［5］。只有這樣，學校才能培養與提高學生關于環境保護方面的素養，使他們能夠積極參與環境保護實踐。這些觀點與STEAM理念正好契合，但目前，關于STEAM理念在環境教育中的實踐研究還相對較少。

2?融入STEAM教學理念的中學環境教學模式

根據我國中學生特點及課程標準要求，并結合STEAM教育理念的相關概念，構建了結合STEAM理念教學課堂［67］，見下圖：

基于STEAM教育理念的中學環境教育教學模式構建示意圖

2.1?教師創設教學情境，吸引學生進入課堂

好的教學情境能激發學生學習興趣，激勵學生進行深入探究。教師在采用STEAM教學時要巧妙創設教學情境，把學生從無所謂的學習狀態轉化為迫不及待地想學習環境保護知識。中學生對于新學習的學科好奇心強，但是具有好玩的天性，剛上課堂時學生心思還沒有完全進入課堂，這時候老師需要為學生提供一個緩沖段，因此，教師在開展教學時需要為學生創設一個有趣的教學導入，才能激發學生的學習興趣，將學生思維帶回課堂，為教學的順利開展提供助力。

2.2?基于課程標準，提出探討問題

問題是貫穿STEAM教學的主線，以問題為導向，讓學生在實踐中獲取知識、理解知識以及運用知識。要在課程標準基礎上，選擇難度適中的水的凈化這一章節適合學生探討的環境保護問題。中學環境的保護內容十分貼近學生的生活，學生對身邊環境保護問題有一定的基礎認識，因此，基于身邊實際問題更加容易激發學生進一步探究的欲望。

2.3?引導學生分組收集資料，設計實驗方案

STEAM教學課堂中經常采用小組合作的學習方式，學生在明確老師提出的需要探究問題后，小組分工合作收集相關資料，并設計實驗方案。實驗方案的設計要根據研究主題的不同而變化。如果是驗證性實驗，則必須確保結果的可觀察性和量化；如果是制造實驗，則必須考慮材料的可用性；如果是創造性實驗，則必須考慮其可行性。

2.4?幫助學生構建知識框架

中學生有自己的知識缺陷，而學生沒有能力全面使用知識。教師需要幫助學生建立一個全面的知識框架，以便學生能夠了解如何解決問題，并且知道哪些知識可以用來設計對策。同時，中學生思維靈活，思路大膽，會產生獨特的想法，過高或不切實際的想法都會直接影響實驗的順利進行。因此，如果可行，教師必須對學生設計的實驗方案進行評估。對實驗方案的要求不強，指導學生進行重新設計，以確保每組實驗方案科學合理。

2.5?指導學生進行實驗，記錄實驗過程

實驗方案通過后，學生將根據方案設計實驗的步驟。同時學生應該密切關注實驗過程中出現的一些特殊現象，應及時記錄下來，以查明原因并進行深入研究。如果無法獲得預期的實驗結果或無法正常進行實驗，則需要重新設計實驗方案，并再次進行實驗操作。

2.6?小組分享實驗結果

完成實驗后，每個小組可以通過報告表格進行交流，可以根據研究主題的性質自由選擇報告表格。在交流和共享的過程中，每個小組不僅可以看到彼此實驗設計的優勢，而且可以互相發表意見，并不斷改進實驗過程。實驗中的疑惑互相討論和解決。小組分享的過程不僅使學生有機會展示自己，還鍛煉了他們的表達和交流能力。

3?課堂實施——以“水的凈化”為例

3.1?展示自來水廠凈化污水流程，創設教學情境

為學生展示各自來水廠的污水凈化，讓學生觀察污染水廠如何進行污染水的處理，引導學生思考在生活中我們如何處理身邊的污水，并對學生展示目前世界淡水資源的分布，讓學生思考如何有效地進行水資源保護以及多次利用，讓學生在情境中產生學習的興趣，激發學生的求知欲。

3.2?緊扣情境，提出問題

本節課以“水的凈化”知識點為中心，展開教學。在教師講解“水的凈化”后，學生對水的凈化有了科學的認識，讓學生以小組為單位設計污水的基本處理實驗，以驗證基本處理方法對水的凈化效果。學生在實驗過程中運用已學的知識設計實驗，教師給予正確的理論、方法指導，讓學生掌握水的凈化原理。理論與實踐相結合，讓學生在實驗中感受到理論知識的科學性，培養學生的學科素養，掌握正確地做實驗的步驟。

3.3?實驗準備

在明確實驗后，學生設計實驗計劃并積極準備實驗材料。河流侵蝕模擬實驗設備如下：被土壤污染的水、鐵架、濾紙、燒杯、漏斗、明礬、活性炭、U型管、棉花、玻璃棒。在凈水實驗中，學生在聽完老師的講課后可以輕松想到濾紙、漏斗和明礬，但他們可能不考慮U型管、棉花和活性炭?；钚蕴吭谒畠艋械闹饕δ苁侨コ愇?，色素和可溶性雜質，而U型管和棉花是活性炭在廢水處理中的實驗裝置。在準備設備的過程中，學生已初步建立了基本的實驗素養。

3.4?實驗構建STEAM知識框架

水的凈化實驗中，在理論知識上，學生通過教師講解，需要對污染水的基本處理方法有足夠的了解，比如靜置沉淀、用明礬讓水中雜質沉淀、用濾紙過濾水中沉淀下來的雜質、過濾操作注意事項、用活性炭去除污染水中的異味以及色素。在學生實驗設計中老師需要嚴格檢查學生的實驗步驟是否科學合理，實驗器材是否準備齊全等，這些操作可以鍛煉學生的科學素養。在工程上，讓學生學會、搭建實驗器材是由下到上、從左到右的基本概念。學生利用所學數學知識，構件表格，記錄數據，進行實驗對比，保證得到的實驗結果更加科學。

3.5?污染水凈化實驗

將實驗前準備好的污染水攪渾分別倒入兩個燒杯，一杯加入明礬，另一杯中什么都不加，讓學生對比觀察哪一杯的污染水中雜質更快沉淀，觀察實驗，記錄實驗數據。在污染水沉淀過程中，學生搭建過濾裝置，老師在旁邊指導，實驗裝置搭建完畢后，將沉淀完畢的污染水通過玻璃棒引流緩慢倒入內壁貼有濾紙的漏斗，觀察污染水過濾效果，記錄數據。再將過濾完畢的污染水通過底部裝滿活性炭、兩側用棉花封口的U型管，觀察實驗，記錄實驗結果。對比經過三次處理和剛開始的污染水有何變化，分析結果。

3.6?交流學習，培養環境意識

學生在完成實驗獲取知識的過程中，都會積累一定的經驗，也存在一些問題，在實驗結束后讓學生相互交流，尋找改進的途徑。在這個過程中，學生的表達能力、合作能力和解決問題的能力得到了提高，同時，對水處理技術的拓展討論，可以激發進一步探索的熱情，并理解水污染的復雜和凈水的困難。

4?課堂教學效果

通過問卷調查發現，77.5%的學生認為老師的教學方式更容易影響自己的學習效率，12.5%的學生認為同學間的關系容易影響自身的學習效率，10%的學生認為自身狀態更容易影響自身的學習效率。調查說明老師的教學方式在很大程度上影響了學生的課堂學習效率。對于學生喜歡的課堂教學方式，60%的學生喜歡在老師指導下以自主和合作學習為主的教學方式，25%的學生選擇師生互動、以老師啟發為主的教學方式，15%的學生喜歡老師講授、學生聽講的教學方式，說明學生更加喜歡自主開放的課堂教學方式。超過85%的學生認為本次課堂采取的教學方式對于學習非常有幫助，15%的學生認為老師采用的教學方式有一點幫助。在重難點的接受程度上，超過75%的學生表示對于本節課的重難點內容都可以掌握，77.5%的學生在課后作業完成時感覺較為容易，225%的學生表示有一點困難，說明學生的課堂知識掌握程度總體較好。通過課堂學習，所有學生都表示對于水污染和污水處理有所了解，更深刻地體會到水的來之不易。

5?結論

從課堂教學及問卷調查發現，基于STEAM理念的課堂教學效果良好，大大提升了學生的注意力與積極性，從教學過程中可以發現學生的知識掌握度提高。STEAM課程還幫助學生拓展了基礎知識與環境保護的聯系，提高了環保意識，增強了社會責任感。對于STEAM教育理念下的跨學科動手教學方法，學生們也很認可，這表明思維與實踐相結合更容易激發學生的積極性和主動性，實現高效學習。

參考文獻：

［1］閆國東，康建成，謝小進，等.中國公眾環境意識的變化趨勢［J］.中國人口·資源與環境，2015，20（10）：5560.

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［3］范文翔，趙瑞斌，張一春.美國STEAM教育的發展脈絡、特點與主要經驗［J］.比較教育研究，2018，40（06）：1726.

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［5］祝懷新.環境教育課程研究（上）［J］.外國教育資料，1995（01）：815+44

［6］宗若燦，楊成鐸.STEAM教育理念下培養學生科學探究能力的策略探究［J］.遼寧教育，2020（07）：8385.

［7］唐翠蘭，張麗娜，范福蘭.基于STEAM理念的深度學習活動設計與實踐［J］.中國教育信息化，2020（04）：16.

基金項目：成都師范學院教學改革項目（2019JG04）

作者簡介：胡靜（1997—?），男，漢族，四川遂寧人，本科，研究方向：環境教育。

*通訊作者：陳成（1984—?），女，在讀博士研究生，副教授，主要從事環境化學、環境教育的研究。