高中化学融合STEAM教育理念的项目式学习建构及案例开发

李申申，崔继文

（佳木斯大学 药学院，黑龙江 佳木斯 154007）

在社会高度智能化发展的今天，需要由人完成的认知任务日益复杂多变，因此，社会需要的不再是单一、专门化的人才，而是能够应对复杂社会变化的复合型人才。STEAM教育体现了跨学科性，有利于复合型人才的培养，是集科学、技术、工程、艺术和数学5门学科发展于一体，基于多学科交叉融合方式培养复合创新型人才的教育理念，是一种侧重科学、技术、工程、数学、艺术和计算机等学科的融合教育[1]。为培养更多的科技人才，中国教育发动了课程改革。在《中国教育现代化2035》对拔尖创新人才的培养需求以及“加大应用型、复合型、技术技能型人才培养的比重”[2]的客观现实要求下，国内也开始关注STEAM教育的发展与实施，探索STEAM教育模式，在STEAM教育中应用信息技术，构建跨学科、跨学段的完整STEAM教育体系[3]。

1 高中化学融合STEAM教育理念的现实困境

STEAM教育与新课程改革强调的以学生为本，学生学会学习、学会创造，并且能够应用所学知识解决真实情境下的问题等理念相契合，但要真正让STEAM教育理念与化学进行有机融合，仍面临一定的现实困境。

1.1 STEAM教育理念落地受限于分科课程

我国目前的课程体系建立在严格的学科分类基础上，能高效地进行学科知识教学，但知识脱离情境，缺乏综合性和应用性[4]。因此，STEAM教育的内涵发展和外延影响均存在一定的局限。虽然我国在机器人、3D打印、创客教育方面已经取得一定的成绩，但并未融入中小学课程改革，只是激发了学生的学习兴趣，并未改变基础教育的本质。STEAM教育理念真正落地需要一定的载体，而这个载体是课程资源的整合。在现有化学课程资源的整合之下，能够体现STEAM教育的跨学科融合性。因此，如何在现有的高中化学课程资源中融入STEAM教育理念，是首要解决的问题。

1.2 STEAM教育实践融合困于教师教学

STEAM教育如何与现有的高中化学课程资源相融合，对切实可行的实践方法和手段进行探究是当前的另一困境。多数教师在理念上表示认同，但苦于找不到合适的方法、手段与具体的实施方案，致使STEAM教育的落地困于教师的教学。因此，以何种方式促进学生跨学科的整合学习，是推动STEAM教育理念落实到化学教育必须要考量的问题。目前，STEAM教育跨学科课程以协同整合、优化重组，支持学生以跨课程的方式开展项目式学习[5]。尽管这种开放式的项目式学习并不少见，但在化学中融合该理念的化学教师并不多见。因此，教师选择何种教育方式，是STEAM教育理念落地化学教育的关键环节。

2 高中化学融合STEAM教育理念落地路径

2.1 整合学科课程资源，促进STEAM教育理念落地

化学是一门基础学科，与社会经济的发展、社会文明关系密切，也是现代科学技术的重要基础。因此，化学学科的基础性、综合性和应用性，与STEAM教育理念存在内在的一致性。另外，在2017版的新课程标准中，强调化学学科课程内容结合生活实际，关注社会问题，倡导情景的创设，促进学生学习方式的转变，注重学生创新精神和实践能力的培养，说明化学教育与STEAM教育在强调学科融合、解决真实问题、促进创新能力培养等方面存在耦合性，为在化学教育中落实STEAM教育理念、帮助学生跨学科学习、提升学生创新实践能力提供了可能性[6]。

2.2 探索项目式学习，注重多学科融合教学

STEAM教育以基于项目的学习、问题的学习为主要教学（学习）方式，引导学生通过合作与实践，完成主题项目和解决生活中遇到的难题[7]。在我国现有的分科式教学的背景下，在化学学科内开展跨学科主题项目式学习，无疑是STEAM教育理念落地的可行路径之一。因此，化学课程中的跨学科项目式主题学习将从化学学科出发，选取合适的跨学科教学主题，运用化学及相关学科（如数学、物理、生物、地理等学科）的知识与方法，设计和实施系统化的教学，培养学生运用跨学科思维解决真实情境下的复杂问题等能力[8]。

3 践行STEAM教育理念的高中化学项目式学习建构

3.1 项目式学习主题建构

跨学科项目式主题的建构是项目式学习建构的首要环节。跨学科项目式学习要求学生运用跨学科思维，创造性地解决真实情境下的复杂问题，并提升学生解决综合问题的能力。因此，跨学科的项目主题应具备以下特征：（1）跨学科性。所选的主题不仅运用化学学科知识来解决问题，还涉及其他学科；（2）真实情境性。选定一个主题背景，创设真实情境贯穿始终，学生置身于真实的情境中解决问题；（3）生活的关联性。与生活实际相联系，学生能够运用所学知识解释生活现象以及实际问题，锻炼学生的思维能力，使其向高阶思维转化，培养独立思考能力；（4）学生实践性。所设计的项目主题还应具备实践性，学生在实践探索的过程中，运用高阶思维解决复杂问题，提高解决学科复杂问题的能力；（5）开放性。主题的选取既能够体现化学学科的特点，又能够体现社会发展的价值和时代性。综合以上特征，选定以高中化学涉及的跨学科内容—乳液的制作为主题。

3.2 项目式学习操作流程建构

确定项目主题后，选择与该主题相关的跨学科的教学内容进行教学背景和教学情境的设计。基于此，为学生设计驱动式的问题，并根据项目主题的任务进行设定。对学生所要完成的项目任务进行拆分，形成子任务，对于每一个子任务的完成情况，教师要进行有针对性的评价，评价方式主要为形成性评价和总结性评价。对于学生能够自己完成的任务，教师无需为学生提供学习支架；若学生觉得所要完成的项目任务存在一定的困难，教师应给予适当的帮助与引导，与学生共同完成项目任务，同时，组织学生进行最终的项目成果汇报。具体操作流程如图1所示。

在该项目式学习流程的指导下，以“化妆品—制作乳液”为例进行如下课程设计。该课程设计立足化学学科进行真实情境创设，学生在真实的情境中解决复杂的问题，领悟科学素养，培养跨学科思维及人文素养，逐步体现出跨学科项目学习模式在化学教学中培养学生综合实践能力的作用，并验证其操作的可行性，为STEAM教育理念融入化学学科提供事实支撑。

4 高中化学项目式学习案例开发—以“化妆品—乳液的制作”为例

4.1 项目启动：确定主题与教学目标

以“化妆品—乳液的制作”为主题的教学内容，是对人教版高中化学必修二第三章“有机物”的内容进行整合。该部分知识与生物、地理、物理等学科联系紧密，有利于开展跨学科教学，且适合学生自己亲自动手制作。因此，确定项目主题为“化妆品—乳液的制作”。

教学目标设计为：

（1）了解乳液的制作过程，认识并了解芳香植物—薰衣草、洋甘菊（生物），同时了解两种植物的生长环境和相关气候（地理）、重要的营养物质油脂性质（化学）及古法榨油（物理）。

（2）运用蒸馏的方法提取植物中的精油（化学）。

（3）通过调查和收集资料寻找证据，经历发现、提出、分析、解决问题的过程，培养严谨、求真务实的态度，与同伴合作进行乳液的制作，提高学生的逻辑思维能力与实践能力。

（4）体会化学与生物、地理、物理等学科的关联，感悟多学科之间的内在联系。

4.2 项目任务规划：初步了解乳液的制作过程

（1）教师出示多种乳液及说明书，寻找不同乳液的主要成分表，分析各种成分的作用及特点，总结长期使用对皮肤可能起到的有益作用或不良影响，同时，引导学生自己制作好用又安全的乳液。

（2）学生自主查阅资料或依据生活经验进行分组讨论。多数学生就精油、植物提取油原料（芳香植物薰衣草、稻米、葡萄）的种植、生产、加工、分类等问题进行讨论，部分学生发现了影响乳液制作的因素并进行讨论交流。

（3）师生共同汇报，提供支架，了解制作乳液的步骤及影响乳液制作的因素。

（4）教师引导学生制定并划分项目任务。

任务一：学生进行小组活动，教师引导学生针对乳液制作项目设计思维导图（见图2）。

任务二：学生查阅市面上的乳液成分说明以及每种成分的功效，同时，将涉及的有机物进行分类，主要针对稻米油进行重点介绍，了解薰衣草精油。教师引导学生从化学学科的角度了解稻米油属于油脂，认识油脂中液态油的结构、性质、存在形式、提取方法及用途；从生物学的角度认识油脂中固态脂的分类及作用。

任务三：设计并确定最终的乳液制作方案、小组分工、花费的时间以及查阅制作乳液的相关注意事项，为乳液的成功制作打下基础。

任务四：制作乳液，展示纯手工工艺、纯天然原料并进行汇报，对项目产品进行分析，归纳出成功与不足之处。

4.3 项目活动开展：准备乳液制作的相关材料

图1 具体操作流程

图2 项目设计思维导图

（1）教师对班级同学进行分组，小组同学进行合作与分工，查阅相关资料，对薰衣草精油和稻米油原料的种植、加工、生产、分类进行汇报。教师引导学生归纳并总结本节课所学习的知识（精油的提取及油脂相关知识的介绍）。

（2）学生依据自己查阅的制作乳液的相关步骤，通过小组交流讨论，分析所需的材料、人员的安排以及时间的合理划分，在教师的帮助下准备所需材料来制作乳液，并如实填写作品制作记录表。

（3）教师实时关注学生的活动过程，适时给予指导帮助。

4.4 项目作品展示：汇报成果

（1）教师组织学生进行小组汇报，展示自己小组的作品—乳液。

（2）学生小组汇报并展示各项成果：准备制作乳液所需的原料及其功效，并将原料中涉及的相关化学知识进行梳理（以思维导图的形式呈现），展示过程记录单、发言汇报等。

（3）组织学生进行互评，并揭示该过程中涉及的知识与生物、地理、工程等学科的联系，突出跨学科性。

（4）拓展延伸，学生将纯天然手工制作的乳液带回家使用，并与市面上的乳液进行对比，记录效果，写成一篇科学小论文。

4.5 《乳液的制作》项目反思

为检验该模式的实施效果，在有限的范围内选取案例学校试验班开始教学实践，并运用访谈法，访谈试验学校的老师，观察学生上课前后的状态变化。访谈老师认为，该课程较好地锻炼了学生4个方面的能力：（1）学生获取信息、提取有效信息的能力得到一定的提升；（2）学生在设计乳液制作方案的过程中，逻辑思维能力得到了锻炼；（3）学生在制作乳液的过程中，动手操作能力和科学探究能力得到了提高；（4）学生在进行小组讨论和汇报时，锻炼了自主学习能力与语言表达能力，同时，学生的团队合作意识也得到了增强。

5 结语

跨学科项目式学习有利于融合STEAM教育理念，并且能够较好地培养学生的综合能力，如学生在获取信息、分析问题、解决问题的过程中，逐步运用多学科知识解决问题的能力。然而，在现有的分科教学中，强调在单一学科、单一领域内落实STEAM教育仍然需要较长时间的探索。未来在不同的国情、省情、校情之下，STEAM教育的具体落实路径是不断创新丰富的。STEAM教育理念落实形式多样，但最关键的在于实践效果。实践的成功将有助于STEAM教育的推广与发展，同时，在长期的、大规模的实证研究中，有利于验证跨学科项目式学习模式的有效性。