基于 STEM 理念的中医文化进校园科技创新实践

高茹 李作林 和渊

背景介绍

近年来，书法、国画等传统文化已广泛走进校园。中医药文化进校园为中医药学的发展找到了一个更年轻的基点，也为青年人树立更广泛、更深厚的文化自信提供了土壤。

可根据不同阶段学生的特点和接受程度，设计恰当的中医药文化进校园模式，学龄前儿童以兴趣吸引为主；小学阶段以接触体验为主，提高学生动手能力；中学阶段以探索思考为主，开阔自身视野，提升道德修养。2016年，人大附中“中医文化进校园”研修课程成功开设，获得了师生的一致好评。在这一背景下，人大附中通用技术教研组立足于技术学科特点，将传统中医文化与现代科学技术相融合，构建了基于 STEM 理念的中医文化进校园科技创新实践课程。

课程目标

依据 STEM 理念，将传统中医文化与现代科学技术相结合，从满足用户的真实需求出发，以按摩器等中医类产品开发为目标，学生经历文献检索，市场调研，学习机械原理、控制原理、机械制图、材料工艺等学科知识，完整经历技术设计的过程，最终设计制作与中医文化相关的技术产品。在技术创新的过程中，让学生了解、感受中医文化，并用实际行动弘扬中医文化。

调研用户需求，发现实际问题，提出设计课题，探究解决方案。

制订项目研究计划，并按照计划分步实施。

综合运用跨学科知识，从多方案中选择最优方案，设计制作模型或原型。

积极参与项目研究，注重团队分工、有效沟通、高效合作。

展示作品，综合分析设计产品满足用户需求的情况、经济效益，以及潜在风险，意识到技术产品对社会、环境可能带来的影响，形成正确的价值取向。

在项目研究的各个阶段，均进行反思和评价，提升元认知能力。

课程内容及课时规划

适用年级为高一，课程内容及课时规划见表1。

教学指导建议

让学习回归真实生活，创设基于真实需求的问题情境

上班一族，下午犯困，效率低下;久坐电脑旁，皮肤干燥，眼睛干涩，能否为该类人群设计制作一款用于提神醒脑、补水养颜的产品？做眼保健操可有效缓解眼部疲劳、预防近视，但很多人都做得不够规范，能否设计制作一套自动做眼保健操的装置？

在教学中落实 STEM 理念

引导学生在用户需求分析、产品设计分析、方案构思、图纸绘制、制作、测试、编写说明书等环节，有机融合科学、技术、数学、工程、艺术、心理等学科知识，并融入中医文化内容，在多元的、多学科的学习环境中进行设计学习与实践。Â 基于项目学习，坚持以学生为主体设计教学活动

从明确任务、收集信息、制订计划，到作出决策、组织实施、过程检查、结果评估等，均由学生独立完成。在课程学习中，学生清楚课程学习目标，亲历学习过程，自己得出结论，既有独立自主学习，也有小组合作学习。

评价方式

形成性评价与总结性评价结合

形成性评价侧重于教师对学生发展情况的持续监控，总结性评价侧重于学生在跨学科知识、能力、态度和素养等方面的综合发展情况。

使用多种评价方法

通过传统的作业、试卷等评价学生对基本知识的掌握情况；通过学生的设计分析、设计图、实施方案和测试反思等评价学生综合能力和素养的发展情况；通过学生自我评价和组内互评等方式评价学生的学习态度、参与度等。

实施过程

环节1：走进技术世界，感受设计过程（1课时）

从学生身边的发明案例引入，让学生感受技術设计就在身边，探究、分析案例的特点、实现方式，引导学生意识到综合应用跨学科知识是实现技术设计创新的重要途径。

采用案例教学的方式，打破学生对技术的神秘感，增强学生对课程学习的自信、兴趣和意愿，为项目学习作好铺垫。

环节2：发现与明确问题，确定设计课题（2课时）

以“满足特定需求的中医药技术产品的设计”为主题，3人1组，结合生活经验，挖掘用户需求，自主发现问题，确定设计定位，形成不同的设计课题。半命题式、半开放式的主题，既有利于保证学生的设计始终围绕主题开展，又为学生的创新设计提供空间，也更接近真实的产品设计过程，让学生的设计从真实需求出发，回归真实的问题解决。教学时，围绕用户、需求、产品、设计等关键词，以层层递进的问题为引导，让学生的设计定位更准确。

环节3：理论学习与调研（12课时）

设计本身富有创造性，但任何创造都不能是无源之水、无本之木。优秀的设计一定是建立在扎实的理论分析和深入调研的基础上，本环节既为学生的设计打基础，也是体现 STEM 理念的重要环节之一。教学时，采用学生自主学习、教师启发式讲授及实验体验等多种方式。

自主学习包括文献检索、专利查询和产品调研。文献检索除了常规的网页检索外，还包括从文学作品中挖掘中医药文化，从中国知网等数据库查找与中医药文化相关的学术资源，在设计伊始就让学生明确感受到跨学科学习，以及设计的文化性、专业性和复杂性。专利查询侧重引导学生从技术、工程角度认识设计，一方面拓展视野，站在巨人的肩膀上，让自己的设计走得更远；另一方面树立专利意识，培养学生尊重智慧成果、保护智慧成果的意识和素养。产品调研侧重于引导学生收集和分析相关产品的信息，包括功能、结构、造型、外观、用户群等，启发学生的思维。

启发式讲授对于专业性比较强的内容，如简单机械原理、控制系统的工作过程等内容，以教师启发式讲授为主。学生了解实现运动的多种机械方式，以及开环控制系统和闭环控制系统的工作过程，知道自己的设计拟采用的机械传动方式或控制方式。

实验体验机械原理和控制原理对于学生来说难度较大，只有通过实践，才能将抽象的理论转化为具体的实践。学生分析电动筛的机械结构，并识读图纸，使用提供的套材，组装电动筛模型，该过程中学生需运用机械、数学、物理、材料、工艺等学科知识，进行制作体验，感受机械传动的具体实现，并在此基础上，分析其复杂的控制实现。对于组装过程中出现的问题，及时梳理总结，引导学生关注细节，感受科学知识在产品中的具体体现，如精确的尺寸、合理的摩擦是机械运动的重要保证。在电动筛机械结构体验和分析之后，设置问题引导学生思考：如何实现电动筛工作的自动控制、定量控制和精确控制？从而将控制的相关理论应用到具体案例的分析和设计中，加深学生对控制系统工作过程的理解。

环节4：制订设计方案（8课时）

构思方案制订设计方案的过程，是思维发散形成多个构思方案，然后进行收敛、聚焦的过程。同时，也是跨学科知识应用的重要环节。教学中，先由小组头脑风暴，全班交流评价，再回归小组讨论，修改完善。小组头脑风暴时，引导学生利用思维导图，发散设计涉及的各个方面，运用跨学科知识，形成多个可能的解决方案。在全班交流评价时，通过角色扮演，由其他组同学充当用户，对设计组的方案提出意见和建议。在广泛交流的基础上，各个小组运用 SWOT 分析法，最终确定出1个切实可行的设计方案。

表达方案图纸绘制采用教师启发式讲授和学生练习相结合的方式，先由简单的练习掌握绘制规范，然后自主绘制设计产品图纸。部分设计图如图1所示。

环节5：模型或原型的制作（10课时）

该环节是设计物化的重要环节，也是培养学生工程思维、物化能力的重要环节。教学时，采用教师启发式讲授、演示，学生独立操作的方式，让学生在实践中得到锻炼和提高。部分作品如图2所示。Â

环节6：测试、交流与评价（2课时）

此环节的教学，主要突出学生的主体地位。各小组充分展示、介绍自己的设计，并请用户实际体验，实现真正的小组自评和组间互评，同时，将生生评价和师生评价有机整合在一起。在课堂展示、交流、评价的同时，将评价落实到纸上，学生通过反思整个学习的过程，形成自己的收获体会和自我评价。

环节7：编写使用说明书（1课时）

该环节学生可进一步梳理产品设计思路，表达产品的结构、性能、使用方法、保养维护等内容。说明书的技术产品语言描述既要规范、准确，也要考虑用户的阅读需要，同时还应注重图文版面美观、整洁。

实践效果及挑战

实践效果

学生完整地经历了基于 STEM 理念的技术课程学习，感受到技术问题的解决、技术产品的设计过程，这是综合运用数学、科学、技术、工程、人文等学科知识和能力的过程。特别是对于传统中医文化的认识，很多学生实现了从知之甚少、毫无兴趣，到将中医药文化融入作品设计制作中，成功开发出相应的产品，潜移默化地增进了學生对中医文化的认识。同时，让学生体验到传统文化的学习不仅有理论学习的方式，还可以利用更贴近生活、更富有创造性的方式，让文化的学习活起来、动起来，在学生的心里播下中医文化的种子，对于弘扬传统文化起到了积极的作用。

备课组的教师在课程研发、实施过程中，对于 STEM 理念有了更加深入的学习和理解，对于中医文化也从生活经验逐步上升到理论研究层面，并自主研发了系列教具。在2019年3月的国际技术与工程教育协会（ITEEA）第81届年会上，该课程获得“全球优秀项目奖”（Program Excellence Award）。

课程反思

中医文化博大精深，包罗万象。学生选择哪些内容开展研究、研究到什么程度、研究的结果采用什么呈现方式等问题，对于非中医药专业背景的教师，都是极大挑战。为此，学校邀请了中医药领域的专家“坐堂”，为课程内容、载体、形式等把脉，聚焦中医按摩产品和中药加工装置两大主题的研究，使课程的推进有了明确的方向。

学生创意很多，想法很好，但学校硬件条件有限，很多设计只能以功能模型或结构模型的形式呈现，显得有些简单、粗糙，距离“产品”还有一段距离。如何真正实现产品设计，让好的设计实现产品化，是下一步需要思考和解决的问题。

STEM 课程学习效果的评价，突出了形成性评价和总结性评价相结合、自评与互评相结合，包含多项评价内容、多个评价方法等，但还需要进一步制订更具体、可操作的评价量规，对学生素养、思维、态度等方面展开更为具体、客观的评价。

本文为全国教育科学规划教育部青年课题“普通高中生命教育‘大健康’课程群的构建研究（EHA2004230）”的研究成果。