擁抱“大概念”的STEAM課程進階教學策略

楊義洪 李玉坤

摘?要：以跨學科大概念及學科大概念為錨點的STEAM課程，以學生的核心素養提升作為目標導向，以STEAM教育理念橫向聯通和“學習進階”理論縱向統領，構建“動機-過程-評價-反思”進階學習模型.探索打破學科邊界，上下進階銜接、左右學科間聯通的擁抱“大概念”的STEAM進階課程體系，可進階提升學生核心素養，使學生成為復合型創新型人才.

關鍵詞：大概念；學習進階；STEAM；跨學科大概念

中圖分類號：G632???文獻標識碼：A???文章編號：1008-0333（2024）15-0127-04

當前社會的數字化轉型給經濟、社會領域帶來了重大變化，當然教育領域也發生了很大的變化.在21世紀，

隨著信息化的進展，人類進入了社會變革與產業結構急劇進化的不確定的時代，STEAM教育可以沖破傳統的學科邊界，讓學生直面現實世界的問題進行跨學科的探究，拓展了學生學習的廣度與深度[1].學習進階著重以核心概念為中心并以此為基礎，協調優化各個學科之間交叉的部分，促進學生對多學科之間概念體系的融合[2].大概念反映學科本質的學科思想和觀念，具有抽象性、概括性、統攝性和廣泛遷移價值[3]，主題大概念對發展學生核心素養具有獨特價值，從大概念素養發展功能的定位，基于大概念的教學內容的組織與呈現，通過探究式、建構式教學方式可引導學生建構大概念[4].擁抱大概念的單元整體教學設計，采取“自上而下 ”的逆向教學設計路徑，以學科核心素養為目標，創設真實問題情境，促進學生主動積極學習，發展學生高階思維， 為學生學科核心素養進階發展提供新的選擇[5].以跨學科大概念及學科大概念為錨點的STEAM課程，打破學科邊界，構建上下進階銜接、左右學科間聯通的課程體系[6]，能讓學習者在當前信息指數級發展的時代背景下積極面對未來的挑戰，成為復合型創新型人才.

1 擁抱“大概念”的STEAM課程進階教學設計框架

1.1 擁抱“大概念”的STEAM進階課程的橫段設計

1.1.1 主題選擇

一般選擇跨學科主題、現實生活中的真實問題，調動學生的學習動機，促進學生的有意義學習.主題應該橫貫各個學段，具有進階性，為學生對跨學科大概念的進階理解和深化提供支持.

1.1.2 主導學科選擇

根據選擇的主題確定該主題的主導學科.主導學科設計有利于概念的結構化，增強教師的合作和課程統整的執行力.

1.1.3 核心問題或任務確定

以跨學科大概念為錨點的橫向設計，以單元素養目標為導向選擇適切的主題，真實世界的具有挑戰性的劣構問題，發揮大概念的解決真實問題的功能，引導學生進行高階思維，發展科學思維素養.核心問題或任務必須與“大概念”的素養目標相匹配，可以是學生自己寫出感興趣的或生活中有困惑的問題或任務，也可以教師列出多個主題讓學生分組選擇，必須接近學生的最近發展區的，對學生來說具有挑戰性且通過借助支架可以達成的任務.

1.2 擁抱“大概念”的STEAM進階課程的縱面設計

以學習進階理論為指導，STEAM 進階課程的縱面設計，即為成就水平和學業表現在不同學段上的進階呈現，進階回答學生“怎么學”和“學到什么程度”的問題.錨定大概念及其在不同學段的認知、情感的能力指向，確定適切的主題及任務形態.

1.2.1 現狀調研分析

調研分析基于STEAM教育理論高中化學進階教學現狀；基于學習進階理論，調研分析初三、高中各學段學生對應主題的跨學科大概念和學科大概念的前概念（迷思概念）、教師相關主題專業素養、PCK情況及學生已具備的基于化學學科的核心素養的現狀.

具體的調查方式：對應主題的跨學科大概念和學科大概念的前概念診斷問卷、學生調查問卷、教師調查問卷.其中前概念診斷問卷不同一般的問卷，每題包含兩個小題，第二小題為選擇第一小題的選項的解釋，如果學生有不同理由可以在選項“其他”的橫線上給出自己的理由.這樣將主觀題與客觀題考查相結合，可準確而全面地了解學生各學段學生大概念現狀及教師教前準備.

1.2.2 構建理論模型

基于學生基礎及學習進階理論，構建“假設→實踐→測試→評價→修正”的提升學生核心素養的STEAM課程的縱向進階設計框架模型（參見圖1）.

1.2.3 構建有效的進階學習模型

基于STEAM進階課程指導化學教學實踐，設計診斷性、形成性評價項目，用SPSS軟件統計分析學生、教師學習表現的訪談與實證數據，描繪學生的成就水平和動機水平，檢測學習進階的各種水平及其具體指標，修訂并完善學習進階的框架，同時構建了“動機-過程-評價-反思”進階學習模型（參見圖2）.

以學科大概念和跨學科大概念為錨點，生活中具有挑戰性的“真實性”劣構問題及引起學生的認知沖突的問題，調動學生的學習動機；以“協作學習”學習共同體的方式參與、教師提供合適的學習支架引領學習過程；以“化學核心素養”的提升作為學習目標，設計多角度貫穿學習過程的合理評價、及時反饋體系；以學生的學習評價反思學生的學和教師的教，學生及時調整學習過程、教師優化教學策略.

2 擁抱“大概念”的STEAM單元整體進階教學設計：以“電化學”單元為例

2.1 單元設計的望遠鏡思維

電化學單元與必修課程中元素化合物的性質、氧化還原反應、離子反應、化學反應與能量變化等相關聯，同時有電流、電勢差、電壓、滲透壓、能量守恒等跨學科大概念.該單元與生活密切相關，學了該單元我們可以分析生活中化學電源的工作原理，設計具有一定功能的簡單電池，并用控制變量法對設計的電池進行優化.能利用電化學原理提出物質轉化的方案，認識能量的合理轉化對人類社會可持續發展的重要意義.學生能綜合考慮多因素分組合作設計電化學裝置，在學習過程中進階形成合理利用能量轉化的可持續發展綠色環保意識.

2.2 單元設計的放大鏡思維

這一單元共設計四個單元鏈，從學生的認知發展規律及學科大概念的進階發展進行單元整體教學設計.第一個單元鏈單液原電池，分組實驗鐵直接插入硫酸銅及鐵、銅塊（石墨）形成原電池，讓學生通過實驗分析歸納電化學體系的基本要素及簡單原電池的工作原理.第二單元鏈雙液原電池及燃料電池，通過深入分析探究雙液原電池的構成及工作原理.第三單元鏈電解池，讓學生設計簡單的電解池（如簡單的電鍍實驗）并再次分析歸納總結電化學體系的基本要素及電解池的工作原理，了解電解在化工生產中的應用、討論電鍍工業對環境造成的影響.第四課單元鏈化學電源，讓學生查閱文獻并解說電池的歷史沿革和發展，并調查市場常用化學電池的工作原理及生產工藝，通過化學電源的優化發展史，思考在設計化學電源時需要綜合考慮哪些因素，討論各類電池的回收方法及回收價值.最后控制變量法設計氫氧燃料電池并能用控制變量法探究影響電池發電效率的因素得出最優的簡易燃料電池參數.總體來說，這個單元屬于進階提升的并聯結構，跨學科大概念、大概念1、大概念2、大概念3均貫穿于整個單元中.前兩個單元鏈側重于大概念1與大概念2且逐步加深，進階發展，第三單元鏈側重大概念2與大概念3，同時也有融合，最后一個單元鏈充分融合跨學科大概念及三個學科大概念.

2.3 單元目標設計

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》提出重視以學科大概念為核心，使課程內容結構化，促進學科核心素養的落實，并強調在必修階段，突出化學基本觀念（大概念） 的統領作用[7].通過學科專家背對背整合提煉物理、化學、生物的課程標準，確定電化學單元大概念及具體單元目標.

2.4 單元評價設計

2022年12月4日神舟十四號載人航天飛船成功返航，代表了中國航天又站在了一個新的起點，在航天器中，電源是極其重要的組成部分，它好比人的“心臟”，其工作一刻也不能停歇.在太空環境中，載人航天器是航天員賴以生存的空間，必須給航天員提供基本的生存條件，其中涉及氧氣再生、二氧化碳清除、水處理及食物的供給，氫氧燃料電池是不錯的選擇.請同學們提供的試劑和儀器設計簡單的氫氧燃料電池，并用其發電使圣誕賀卡發出聲音.從燃料電池放電能力的角度（電極材料活性的差異、電極插入電解質溶液的深淺、兩個電極之間距離、電解質的類型及電解質溶液的濃度等因素）可以怎么優化該氫氧燃料電池裝置，探究出該燃料電池的最優的電池參數.實驗可選用儀器及試劑：50 mL燒杯、25 mL塑料瓶、20 mL一次性注射器、9 V干電池、6 V干電池組、2B鉛筆芯、1.5 V干電池碳棒、活性碳粉、稱量紙、牙簽、海綿、不同濃度的硫酸鉀溶液、2.0 mol·L-1硫酸鈉溶液、雙頭帶線鱷魚夾、可發光發聲的音樂賀卡.最終評價任務評價量規設計見表1.

2.5 學后反思

讓學生總結學完這個單元后對電化學及氧化還原知識有哪些新的理解？可采取哪些力所能及的措施促進電化學的可持續發展？布置持續性反思任務：電化學單元雖然結束了，但日常生活中天天接觸化學電源，請學生在今后一個月記錄日常生活中的化學電源，分析其工作原理、生產工藝和廢電池的回收再利用方法及價值，形成“化學.技術.社會.環境”的基本理念.學習科學已經多次證明反思對深層理解學習的重要性，通過學習反思進程記錄單，可幫助學生監控自己學習過程，提高學生的元認知水平，促進學生深度學習[8].

3 反思與展望

我們需要設計教學使學生的知識結構化，但是我們的老師的學科知識是否都結構化了？教師的學科理解水平直接決定了大部分學生的學科理解水平及學科內容結構化水平.我們測量了教師的某些核心概念的學科及跨學科理解水平，數據說明教師的學科理解水平不盡如人意.我們如何提高教師的學科及跨學科理解水平以及教學水平？如何確定教師的理解水平提高了？這些都是我們需要考慮的問題.同時跨學科教師必須對不同角度的觀點有開放的態度，教師的跨學科教學水平的發展需要各部門的共同努力，使學習者在當前信息指數級發展的情況積極面對未來的挑戰，使學生成為社會需要的有幸福感、良好素質、朝氣蓬勃及不斷成長的現代公民.

參考文獻：

［1］ 鐘啟泉.基于“跨學科素養”的教學設計：以STEAM與“綜合學習”為例[J].全球教育展望，2022，51（01）：3-22.

[2] 皇甫倩，常珊珊，王后雄.美國學習進階的研究進展及啟示[J].外國中小學教育，2015（08）：53.

[3] 鄭長龍.核心素養導向的化學教學設計［M］.北京：

人民教育出版社，２０２１.

[4] 鄭長龍.大概念的內涵解析及大概念教學設計與實施策略[J].化學教育（中英文），2022，43（13）：6-12.

[5] 任明滿.大單元教學：歷史脈絡、研究現狀及路徑選擇[J].課程·教材·教法，2022，42（04）：97-105.

[6] 劉登琿，卞冰冰.大概念統攝下的STEM課程一體化建構策略：STEM Road Map的實踐與啟示[J].全球教育展望，2022，51（04）：101-111.

[7] 中華人民共和國教育部 .普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020．

[8] [美]R.Keith Sawyer.

劍橋學習科學手冊[M].徐曉東，楊剛，阮高峰，劉海華，等譯.北京：教育科學出版社，2021.

［責任編輯：季春陽］