融入STEAM教育理念的高中地理實(shí)驗(yàn)進(jìn)階設(shè)計(jì)

摘 要：高中地理中涉及許多地理現(xiàn)象的演化過(guò)程，借助模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛞欢ǔ潭壬蠋椭鷮W(xué)生突破知識(shí)理解的障礙，操作實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝈憻拰W(xué)生的動(dòng)手能力，也給學(xué)生遭遇難題、克服困難預(yù)留充足空間，契合地理實(shí)踐力素養(yǎng)要求的“地理實(shí)踐活動(dòng)具備的意志品質(zhì)和行動(dòng)能力”。針對(duì)初高中階段均涉及的模擬實(shí)驗(yàn)，在高中階段的地理實(shí)驗(yàn)中融入STEAM教育理念，可以實(shí)現(xiàn)地理學(xué)科知識(shí)和技能的進(jìn)階，同時(shí)通過(guò)不同階段的實(shí)踐任務(wù)實(shí)現(xiàn)學(xué)生個(gè)人綜合素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：地理實(shí)驗(yàn)；地理實(shí)踐力；STEAM教育理念

黨的十九大提出了“落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)，發(fā)展素質(zhì)教育”的基本要求，明確了國(guó)家所需的人才應(yīng)是德智體美勞全面發(fā)展的。我國(guó)長(zhǎng)期施行的課程分科體制提高了教與學(xué)的成效，利于促進(jìn)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)；但是分科教學(xué)也一定程度上限制了學(xué)生的整體認(rèn)知和全面發(fā)展[1]。源于現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)問(wèn)題與分科學(xué)習(xí)所獲知識(shí)、技能之間需要架設(shè)一道聯(lián)結(jié)二者的橋梁。STEAM教育理念引入中學(xué)地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐即基于上述背景而開(kāi)展的教學(xué)嘗試。STEAM教育理念主張將科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）、藝術(shù)（Art）等學(xué)科知識(shí)進(jìn)行融合，運(yùn)用綜合的思維解決實(shí)際問(wèn)題[2]，契合我國(guó)“培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人”的教育根本目標(biāo)。

目前，新一輪的高中地理課程改革正在進(jìn)行，其中明確提出“加強(qiáng)地理實(shí)踐”。作為地理實(shí)踐主要途徑的地理實(shí)驗(yàn)，旨在通過(guò)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生從地理學(xué)科視角認(rèn)識(shí)真實(shí)世界，嘗試從科學(xué)探究的角度思考、行動(dòng)[3]，親歷科學(xué)知識(shí)產(chǎn)生的過(guò)程，增強(qiáng)地理實(shí)踐能力，即落實(shí)“地理實(shí)踐力”的學(xué)科核心素養(yǎng)。從學(xué)科角度出發(fā)，實(shí)驗(yàn)是地理學(xué)重要的研究方法；從學(xué)生素養(yǎng)培育角度出發(fā)，讓學(xué)生動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)既是目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的方式，也是評(píng)價(jià)學(xué)生素養(yǎng)達(dá)成度的途徑。

常規(guī)的高中地理實(shí)驗(yàn)對(duì)于提升學(xué)生認(rèn)知、理解地理學(xué)科知識(shí)、原理、過(guò)程的效果是毋庸置疑的，除此之外，實(shí)驗(yàn)涉及的材料準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)記錄、團(tuán)隊(duì)合作、成果展示等方面亦可作為促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的教學(xué)資源。筆者認(rèn)為融入STEAM教育理念的中學(xué)地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)可充分利用上述資源，提高教學(xué)效率，實(shí)現(xiàn)更深層的教學(xué)目標(biāo)。

筆者在設(shè)計(jì)“制作太陽(yáng)系模型”的前期調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的參與積極性不高，緣于這一話題在小學(xué)科學(xué)、初中地理均有涉及。相較于初中階段，高中生的抽象思維越發(fā)成熟，但是，面對(duì)宏大的宇宙空間，單純由教師通過(guò)語(yǔ)言或圖片、視頻等方式是難以“說(shuō)服”學(xué)生的。如何在高中地理學(xué)科中“玩”出不一樣的“太陽(yáng)系模型”，如何讓學(xué)生親身體驗(yàn)“宇宙的浩瀚”成為本次教學(xué)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)、難點(diǎn)。如何突破，筆者想到了引入STEAM教育理念到本次模型制作的實(shí)驗(yàn)中，將本已熟悉的教學(xué)內(nèi)容演變成綜合的、跨學(xué)科的探究性實(shí)踐活動(dòng)，設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)“引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷相對(duì)完整、規(guī)范的科學(xué)研究過(guò)程，培養(yǎng)動(dòng)手實(shí)踐能力及求真求實(shí)的科學(xué)態(tài)度”[4]。

一、目標(biāo)先行，設(shè)計(jì)實(shí)踐任務(wù)

結(jié)合STEAM教育理念，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生綜合應(yīng)用科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)等學(xué)科的知識(shí)、技能、方法輔助太陽(yáng)系模型的制作；依據(jù)真實(shí)問(wèn)題設(shè)計(jì)的實(shí)踐任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生參與探究、解決問(wèn)題的過(guò)程中，提升地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。

本次實(shí)驗(yàn)共分為三個(gè)階段：

第一，準(zhǔn)備階段。主要實(shí)踐任務(wù)設(shè)定為太陽(yáng)系科學(xué)探索的相關(guān)資料收集、模型制作基本數(shù)據(jù)的獲取，以及模型制作的材料準(zhǔn)備。預(yù)估成果包括“太陽(yáng)系的發(fā)現(xiàn)和起源”展示海報(bào)；太陽(yáng)系主要天體的赤道半徑和軌道半徑數(shù)據(jù)；準(zhǔn)備好模型制作所需的材料。

第二，模型制作階段。主要實(shí)踐任務(wù)為學(xué)生以小組為單位，共同合作，利用課堂時(shí)間完成太陽(yáng)系主要天體數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，并利用準(zhǔn)備好的材料做出太陽(yáng)系模型。預(yù)估成果為各小組完成各自的太陽(yáng)系模型。本階段需要學(xué)生親歷數(shù)據(jù)處理的過(guò)程，計(jì)算機(jī)操作技能的熟練程度會(huì)影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，小組中不同成員的分工合作自然顯現(xiàn)；模型制作并非把材料進(jìn)行簡(jiǎn)單，需要經(jīng)歷從無(wú)到有，再到精細(xì)的步驟，學(xué)生必須通力合作，不斷調(diào)試，才可能做出成員均滿意的作品。

第三，評(píng)價(jià)與總結(jié)階段。本階段的實(shí)踐任務(wù)設(shè)定為向全校師生展示本次實(shí)驗(yàn)制作的太陽(yáng)系模型，同時(shí)教師強(qiáng)調(diào)展覽的目的是提高觀展師生對(duì)天文學(xué)的認(rèn)識(shí)，為公眾科普貢獻(xiàn)自己的一份力量。為了辦成一場(chǎng)有意義的展覽，學(xué)生需要額外學(xué)習(xí)科普展覽的辦理知識(shí)，或者請(qǐng)教相關(guān)人士，使太陽(yáng)系模型展覽完整、有序。最后階段的設(shè)計(jì)促使學(xué)生必須由規(guī)范、有序的課堂學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向復(fù)雜、多變的現(xiàn)實(shí)生活，體驗(yàn)思維轉(zhuǎn)動(dòng)的樂(lè)趣。

實(shí)驗(yàn)預(yù)期達(dá)成的目標(biāo)如下：

（一）通過(guò)搜集、整理“太陽(yáng)系的發(fā)現(xiàn)和起源”，理解科學(xué)發(fā)展的曲折以及科學(xué)家對(duì)真理不懈追求的精神。（地理實(shí)踐力、科學(xué)）

（二）能夠選擇適宜的數(shù)據(jù)處理工具，借助信息技術(shù)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，理解太陽(yáng)系的寬廣和宇宙的無(wú)限。（技術(shù)、數(shù)學(xué)）

（三）利用前期準(zhǔn)備的材料，在符合實(shí)驗(yàn)科學(xué)性的前提下，提升太陽(yáng)系模型的可觀賞性。（地理實(shí)踐力、藝術(shù)）

（四）以小組為單位，共同完成太陽(yáng)系模型的制作，在這一過(guò)程中體驗(yàn)工程制造的樂(lè)趣，運(yùn)用集體智慧解決模型制作過(guò)程中的問(wèn)題。（工程）

（五）學(xué)會(huì)展示模型作品，并通過(guò)適當(dāng)方式吸引觀眾；學(xué)會(huì)向他人展示自身的優(yōu)點(diǎn)。（藝術(shù)、工程）

二、執(zhí)行任務(wù)，匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（一）準(zhǔn)備階段

1.教師活動(dòng)

太陽(yáng)系是人類的家園，真實(shí)的太陽(yáng)系是什么樣子的？現(xiàn)在，人類對(duì)太陽(yáng)系的探索可以畫(huà)上句號(hào)了嗎？

布置任務(wù)：搜集、整理太陽(yáng)系的發(fā)現(xiàn)與探索歷程；匯總反映太陽(yáng)系結(jié)構(gòu)的主要數(shù)據(jù)（包含主要天體的半徑及公轉(zhuǎn)軌道半徑）；準(zhǔn)備制作太陽(yáng)系模型的材料。

2.學(xué)生活動(dòng)

學(xué)生通過(guò)查詢專業(yè)網(wǎng)站、書(shū)籍等獲取太陽(yáng)系主要構(gòu)成天體的半徑及公轉(zhuǎn)軌道半徑的數(shù)據(jù)；咨詢數(shù)學(xué)教師或信息教師，學(xué)習(xí)處理數(shù)據(jù)集的方法；向通用技術(shù)教師詢問(wèn)制作太陽(yáng)系模型的材料選取。

3.設(shè)計(jì)意圖

一反常規(guī)地理實(shí)驗(yàn)的“情境材料呈現(xiàn)，學(xué)生探究”的活動(dòng)流程，更改為由學(xué)生合作完成一手情境資料的搜集、整理、呈現(xiàn)；由教師準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)的各個(gè)流程、器材，變成由學(xué)生自行搜集、處理模型制作所需的數(shù)據(jù)，并依據(jù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料。兩個(gè)轉(zhuǎn)變滲透STEAM教育理念，驅(qū)動(dòng)學(xué)生運(yùn)用綜合的思維解決實(shí)際問(wèn)題。

（二）實(shí)驗(yàn)階段

1.教師活動(dòng)

任務(wù)一：太陽(yáng)系主要天體的半徑和公轉(zhuǎn)軌道半徑采用同一個(gè)比例尺，按比例縮小來(lái)制作模型。

任務(wù)二：太陽(yáng)系主要天體的半徑和公轉(zhuǎn)軌道半徑分別采用一個(gè)比例尺，按比例縮小來(lái)制作模型。

2.學(xué)生活動(dòng)

學(xué)生借助計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)的換算，并探討實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用于制作模型的可行性。

初次實(shí)驗(yàn)可行性分析：太陽(yáng)系的主要天體及公轉(zhuǎn)軌道若按同一比例尺縮小，很難在教室空間內(nèi)完成模型的制作，因二者的數(shù)據(jù)大小差異較大。

再次實(shí)驗(yàn)可行性分析：太陽(yáng)系的主要天體及公轉(zhuǎn)軌道分別選取一個(gè)比例尺縮小，可以獲取在教室空間內(nèi)能夠制作出來(lái)的太陽(yáng)系模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.設(shè)計(jì)意圖

通過(guò)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)學(xué)、信息、通用技術(shù)等學(xué)科的知識(shí)、技能、方法輔助太陽(yáng)系模型的制作；借助計(jì)算機(jī)完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的換算，將現(xiàn)代信息技術(shù)與傳統(tǒng)的地理實(shí)驗(yàn)手段相結(jié)合，多角度闡述地理問(wèn)題，提高地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。

（三）評(píng)價(jià)與總結(jié)階段

1.教師活動(dòng)

布置任務(wù)：按照已獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)制作太陽(yáng)系模型；以學(xué)校師生作為觀展對(duì)象，結(jié)合“宇宙空間探索”“太陽(yáng)系發(fā)現(xiàn)之旅”“著名天文學(xué)家介紹”三部分內(nèi)容，設(shè)計(jì)內(nèi)涵豐富的太陽(yáng)系模型展會(huì)。

2.學(xué)生活動(dòng)

學(xué)生以小組為單位，共同整理前期搜集的宇宙科學(xué)發(fā)展的相關(guān)資料，制作“太陽(yáng)系的發(fā)現(xiàn)和起源”展示海報(bào)，配合制作完成的太陽(yáng)系模型進(jìn)行展示，引導(dǎo)觀展師生按照如下順序體會(huì)太陽(yáng)系的科學(xué)探索：太陽(yáng)系的古代探索與猜想，太陽(yáng)系的現(xiàn)代探尋之路，太陽(yáng)系的未來(lái)暢想。

3.設(shè)計(jì)意圖

以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)果或是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的驗(yàn)證，或是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄及結(jié)論探討，抑或?qū)嶒?yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鳎罱K的實(shí)驗(yàn)效果僅班級(jí)內(nèi)部的師生有所感悟；本次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)則希望能夠讓學(xué)生拓展實(shí)驗(yàn)的收獲，如面向師生的模型展示需要考慮如何規(guī)劃展覽線路，需要技術(shù)、工程等學(xué)科支撐海報(bào)制作、模型置放的完成，同時(shí)，作為一場(chǎng)展覽，還需要美術(shù)學(xué)科加持才能讓觀展師生獲得美的視覺(jué)體驗(yàn)。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不足與優(yōu)化

太陽(yáng)系模型在學(xué)生的學(xué)習(xí)生涯中并非第一次遇上，以往的模型多是根據(jù)太陽(yáng)系各天體的相對(duì)大小，用橡皮泥之類的材料制作出模型；本節(jié)實(shí)驗(yàn)課不同之處在于，模型制作之前需要先進(jìn)行模型數(shù)據(jù)的計(jì)算，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇、實(shí)驗(yàn)材料應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱鳌⒛Ｐ驼故九c說(shuō)明，相同的實(shí)驗(yàn)話題，在融入STEAM教育理念之后，豐富了實(shí)驗(yàn)本身，也拓展了實(shí)驗(yàn)前后的課外探究，實(shí)現(xiàn)初高中同一實(shí)驗(yàn)主題的進(jìn)階設(shè)計(jì)，更符合高中生的思維和學(xué)識(shí)水平。當(dāng)然，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)個(gè)別不足，有待進(jìn)一步改進(jìn)。

（一）任務(wù)顯零散，設(shè)計(jì)需條理

本次實(shí)驗(yàn)從前期準(zhǔn)備到模型制作、展覽布置，任務(wù)的下達(dá)均是由教師分次發(fā)布，加上實(shí)驗(yàn)的時(shí)間跨度較長(zhǎng)，容易給學(xué)生造成本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)是割裂為多個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的錯(cuò)覺(jué)，降低實(shí)驗(yàn)的完整性。為了增強(qiáng)本次實(shí)驗(yàn)的條理和體系，教師應(yīng)提前將實(shí)驗(yàn)任務(wù)以紙質(zhì)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)的形式發(fā)放到學(xué)生手中，布置學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)手冊(cè)要求完成各環(huán)節(jié)的內(nèi)容。

（二）多學(xué)科融合，專業(yè)略不足

本次實(shí)驗(yàn)嘗試融入STEAM教育理念，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要其他學(xué)科的知識(shí)或技能時(shí)僅要求學(xué)生去請(qǐng)教相應(yīng)科任教師或者由教師直接教授，專業(yè)度恐不足。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中涉及的科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)等學(xué)科內(nèi)容是否能夠達(dá)成本學(xué)科的核心素養(yǎng)，需要向相應(yīng)學(xué)科教師請(qǐng)教，以確保學(xué)科融合的

效果。

（三）模型可展覽，評(píng)價(jià)如何定

本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)的終點(diǎn)設(shè)定為展覽實(shí)驗(yàn)制作的太陽(yáng)系模型，結(jié)合教師布置的將展覽系列化的要求，能夠敦促學(xué)生將模型展覽布置得更有吸引力和可觀賞性。然而也存在一個(gè)問(wèn)題，不同學(xué)生小組的作品是共同參展的，如何評(píng)價(jià)各小組的實(shí)驗(yàn)效果呢？后續(xù)可考慮，在展覽現(xiàn)場(chǎng)放置投票箱，由觀展師生選出最受觀眾喜愛(ài)模型、最具創(chuàng)意模型等作品獎(jiǎng)項(xiàng)，進(jìn)一步激勵(lì)學(xué)生投入實(shí)驗(yàn)過(guò)程中。

四、結(jié)論

地理實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生地理實(shí)踐力的一種有效方式。地理實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在中學(xué)地理教學(xué)中占有一定的地位[5]。在本次實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的過(guò)程中，除了完成實(shí)驗(yàn)的預(yù)定目標(biāo)，也能夠考驗(yàn)了學(xué)生的觀察力、想象力、執(zhí)行力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力等。筆者設(shè)計(jì)了整個(gè)實(shí)驗(yàn)的框架，但是各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)器材的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展、實(shí)驗(yàn)的觀察均是由學(xué)生自行完成的，包括過(guò)程中遇到的許多問(wèn)題也都是由學(xué)生共同努力解決的。這樣一次地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展與新課標(biāo)對(duì)地理實(shí)踐力的素養(yǎng)要求完全契合。

地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)能有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，幫助學(xué)生理解地理重難點(diǎn)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生探究地理問(wèn)題的興趣，提升學(xué)生的學(xué)科思維能力，落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)。“宇宙中的地球”這部分內(nèi)容所涉空間廣，難以在有限的時(shí)空內(nèi)通過(guò)實(shí)地考察對(duì)它們進(jìn)行準(zhǔn)確描述，學(xué)生難以通過(guò)教師的講解獲得理解和掌握。本次實(shí)驗(yàn)課的重點(diǎn)不在于最終做出完美的太陽(yáng)系模型，但是學(xué)生經(jīng)歷了相對(duì)完整的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，對(duì)地球在宇宙中的定位也有了更深刻的理解。

地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該持續(xù)開(kāi)展。當(dāng)前已經(jīng)開(kāi)展的許多地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)常因其設(shè)計(jì)的淺表性、科學(xué)性問(wèn)題等原因無(wú)法被廣泛接納。筆者本次開(kāi)展太陽(yáng)系模型制作模擬實(shí)驗(yàn)，若僅將目標(biāo)定位為完成模型制作，未免太過(guò)應(yīng)付，倒不如考慮其他先進(jìn)教學(xué)理念的融合，讓筆者嘗試融入STEAM教育理念設(shè)計(jì)本次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，既完成了預(yù)定目標(biāo)，也培養(yǎng)了學(xué)生的地理實(shí)踐力素養(yǎng)。任何成功的理論均是源于初期的試錯(cuò)、反思，不斷完善，往接近科學(xué)的方向前進(jìn)。因此，勇于嘗試是推動(dòng)地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)，是落實(shí)地理實(shí)踐力素養(yǎng)的有效方式[6]。

結(jié)束語(yǔ)

深入探索地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施路徑。有學(xué)者指出現(xiàn)階段的地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的困境源于現(xiàn)有研究尚未從學(xué)理上探討地理實(shí)驗(yàn)存在的合法性問(wèn)題，未能追問(wèn)為什么必須有地理實(shí)驗(yàn)、應(yīng)該有怎樣的實(shí)驗(yàn)等元理論層面的中心議題。教學(xué)一線的地理教師是地理實(shí)驗(yàn)的主要實(shí)踐者，應(yīng)該努力將現(xiàn)有的地理實(shí)驗(yàn)成果展示出來(lái)，一方面讓專家、學(xué)者從更高層面為實(shí)驗(yàn)給予評(píng)價(jià)及改進(jìn)建議，另一方面也能夠起到“拋磚引玉”的作用，吸引更多同行加入地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展隊(duì)伍中。如此一來(lái)，地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)將從理論層面和實(shí)踐層面雙線發(fā)展，推動(dòng)地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)早日形成完整的課程體系。

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本文系福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目資助“基于STEAM教育理念的地理實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)施研究”（項(xiàng)目編號(hào)：JSZJ21064）。