初中地理新课标背景下实施STEAM教育的新探索

戴东怡 龙海丽

在初中地理新课标颁布的背景下，本文以初中天文校本微课程“漫游地球：地球所在的宇宙环境是怎样的？”主题案例为例，立足STEAM教育理念，融合科学、技术、工程、艺术和数学领域的相关知识与技能，探讨STEAM教育理念下初中天文校本课程在第二课堂的实施流程与开展策略。

一、案例设计的背景

STEAM教育包含Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）、Art（艺术）、Mathematics（数学）五大内容，强调通过项目式学习方式将科学、技术、工程、艺术与数学进行有机融合，STEAM教育理念能够加强各学科之间的联系［1］。STEAM教育理念具有跨学科性、情境性、协作性等特点，强调学生的参与性和体验性，注重培养学生解决问题的能力、自主学习的能力和创新能力，这一教育理念有助于提升学生各方面的素养［2］。基于STEAM教育理念实施初中天文校本微课程，通过开展跨学科主题的学习，有利于全面培养学生的综合能力，培养全面发展的人。

在最新修订的《义务教育地理课程标准（2022年版）》中，课程目标的首句即强调：“地理课程目标要围绕核心素养，体现课程性质，反映课程理念”［3］，并在说明具体的“目标要求”之前详细阐述了“人地协调观”“综合思维”“区域认知”“地理实践力”四大核心素养的内涵。此外，在最新版初中地理课标中，对“地球的宇宙环境”主题的内容要求和学业要求都做出了详细的说明。据此，为贴切《义务教育地理课程标准（2022年版）》要求，在开展和实施“漫游地球：地球所在的宇宙环境是怎样的？”主题案例教学时，设置的具体目标内容与STEAM教育理念的契合点如表1所示。

二、案例实施的流程

在初中地理新课标背景下，融合STEAM教育理念，初中天文校本微课程在第二课堂中的开展实践流程大致上可分为四个阶段：原理学习阶段、项目设计阶段、操作实践阶段和展示交流阶段。按照这四个阶段步骤，对“漫游地球：地球所在的宇宙环境是怎样的？”案例开展与实施的流程阐述如下。

1.原理学习阶段

在实施STEAM初中天文校本微课程时，首要任务就是科学原理知识的学习，这是之后其他阶段活动开展的基础。只有学生掌握了一定的天文科学基础知识，才能更好地针对天文问题进行项目设计学习和操作实践。最终，学生通过STEAM教育生成的学习成果作品的展现也离不开科学原理知识，“科学”元素贯彻于STEAM初中天文校本微课程的开展和实施的全过程。

（1）创设情境，激发学生对天文知识学习的兴趣

在原理学习阶段，首先需要创设情境，激发学生对天文知识学习的兴趣。例如，通过Stellarium（虚拟星象仪）信息技术软件真实地模拟宇宙中天体的运动，将星座和各种天文现象再现出来，帮助学生从各种角度浏览星空，更好地理解地球的宇宙环境（图1）。

Stellarium是一款可在手机或电脑上免费使用的虚拟星象仪软件，能够根据观测者所处的地点和时间将天空中的恒星、行星、卫星等天体的位置显示出来，真实地表现观察者所在的天空［4］。信息技术软件生动形象地模拟了地球的宇宙环境，学生在教师的讲解和引导下逐步学会从地理的角度感知宇宙，体会地理与生活的密切相关性，从而激发了学生对天文知识的学习兴趣。

（2）结合不同信息技术软件特点演示天体层次系统

不同的信息技术软件具有不同的特点，在呈现天文知识时具有不同优势。为了提升模拟实验教学的效果，教师应当注重知识内容呈现形式的多样化和新颖性，针对不同的知识点采用不同的信息技术软件进行模拟，進而发展学生的区域认知、综合思维和人地协调观等素养。

例如，Celestia是一款可在电脑端使用的教育类天文软件，该软件能存取NASA影像资料库中的星球与星系目录并真实地模拟宇宙环境，让使用者在操作和观察软件呈现的画面时仿佛身历其境地在太空中遨游［5］。通过Celestia软件演示地球在宇宙中的位置（图2），引导学生观察并说出宇宙中物质的存在形式和特点、描述天体系统的层次结构和地球在宇宙中的位置，学生通过观察Celestia软件演示的动画，获得对天体层次系统的认知，加深对“地月系”“太阳系”“银河系”的了解。

PowerPoint（以下简称“PPT”）是微软公司开发的Office程序组中一个用于制作演示文档的工具，这款软件可以制作一些简单的动画、图片、文字组合，将知识可视化。当今，课堂教学中最常见的信息技术教学工具便是教师自制的PPT，PPT的使用能综合展示网络和教材资源，将教材语言生动形象化，辅助学生更好地理解学科知识。在地理课堂教学中，通过PPT展示天体层次系统图（图3），能加深学生对天体层次系统的理解和记忆，学生在理解学习地球所处的宇宙环境的过程中，需要从整个宇宙空间和太阳系等不同大小的尺度视角进行区域认知，从而培养了学生的区域认知能力。

在原理学习阶段，通过利用信息技术软件辅助天文科学知识的学习，发展了科学领域、技术领域的素养。在感受地球的宇宙环境的过程中，学生对地球距离太阳的远近以及太阳系各天体之间的距离有了初步的认识，获得“数”的概念，发展了数学领域的素养。此外，在整个原理学习的过程中，沉浸在地球的宇宙环境中即体会到了浩瀚宇宙的神秘与美感，培育了艺术领域的素养。

2.项目设计阶段

在完成原理知识学习阶段之后，根据不同的情境性问题，以问题解决为导向，通过小组合作设计相应的问题解决及活动开展方案。

在完成“地球的宇宙环境”科学原理知识学习之后，教师可结合星图App演示宇宙星空（图4），引导学生观察地球的宇宙环境。星图App是一款可以应用于平板电脑或手机的软件，通过信息技术模拟宇宙星空，教师可在这一环节抛出：“我们生活的地球在太阳系的行星中有何特别之处？”问题供学生思考。学生以地理学习小组为单位开展交流和讨论，进行项目设计。在项目设计阶段，教师观察学生在活动中的表现（如发现问题、参与交流和讨论的积极性等），并及时跟进、指导这一阶段的学生活动。

STEAM教育具有协作性的特点，强调在群体协同中相互帮助、相互启发。基于此，学生之间组建地理第二课堂学习小组，以问题解决为导向，通过小组合作设计相应的问题解决及活动开展方案。根据“我们生活的地球在太阳系的行星中有何特别之处？”这一问题，学习小组各成员自主分工、合作探究，进行项目方案设计，并进行方案评估分析。在项目设计阶段，每个人都进行了复杂沟通、社交技能、问题解决、自我管理以及系统思考等技能的训练，这一过程处处渗透着工程领域的教育。

3.操作实践阶段

在完成项目设计阶段之后，学生通过运用科学原理知识进行问题解决和操作实践。根据上一流程的项目设计方案，学生进行情境性问题的解决，过程中运用的数学知识和工具、信息技术手段等都是技术素养和数学素养的发展过程。浩瀚的星空、诗意的银河、变幻的极光等，学生沉浸于这些天文知识内容中，是发展审美意识和艺术素养的过程。

在上一个项目设计阶段中，通过小组合作探究学习，学生初步领悟了地球在太阳系中的普通性和特殊性，并拟订了开展问题探究的项目方案。接下来，便进入到了操作实践阶段。Solar Walk Lite是一款三维太阳系模型手机软件，能够将太阳系八大行星及其运行轨道、太阳系中的卫星等展示出来（图5），还能通过3D示意图再现太阳和行星的面貌并附有相应介绍［6］。通过数据线连接，可以使得手机端的软件界面同步到电脑端进行展示。采用Solar Walk Lite软件模拟演示太阳系，引导学生对太阳系结构和各大行星的特点进行观察，归纳并说明行星地球的普通性和特殊性。学生在综合分析地球的宇宙环境的过程中，需要从更加全面的角度看待地理现象和地理事物，从而提高了思维的灵活性，培养了综合思维。

在这一阶段中，学生操作信息技术软件模拟八大行星运行，通过对太阳系结构和各大行星的学习，说明行星地球的普通性和特殊性，体会保护地球宇宙环境的必要性，培养了综合思维与人地协调观，操作信息技术软件的过程中便是发展地理实践力的过程，同时也更进一步深化了技术领域的素养。

4.展示交流阶段

STEAM教育强调分享，强调让学生体验和获得分享中的快乐感［1］。展示交流阶段是STEAM初中天文校本微课程主题探究活动开展的最后一项流程，在这一环节，教师组织学生进行成果作品的展示交流，学生以学习小组为单位分享本组的项目设计方案和作品完成的过程及最终成果。

在“漫游地球：地球所在的宇宙环境是怎样的？”主题探究活动中，基于原理学习阶段、项目设计阶段和操作实践阶段的成果，教師组织学生对“我们生活的地球在太阳系的行星中有何特别之处？”这一问题探究结果进行展示交流，学生以学习小组为单位分享本组的项目设计方案和小组成员的观点，关于STEAM天文校本微课程的评价指标体系如表2所示。学生通过分享本次主题探究活动中的经验与技巧，获得自我认同感和参与成就感。

三、基于STEAM教育的初中天文校本微课程实施策略

基于STEAM教育理念在地理第二课堂中开展初中天文校本微课程，能够在很大限度上发挥第二课堂的优势，补充第一课堂难以实现的教学内容，拓展深化对学生知识、技能和情感层面的培养，培养全面发展的人。基于STEAM教育理念的天文校本微课程在初中第二课堂的开展实施具有如下策略。

1.基于初中地理课程标准，培育学生的科学精神与实践能力

在最新颁布的《义务教育地理课程标准（2022年版）》中，特别规划了10%的课时用以跨学科主题的学习［3］。天文学的研究对象是地球以外的天体，天文校本课程的实施有助于青少年开阔视野，建立宏观的宇宙观和世界观，培育学生的科学探索精神。基于STEAM教育理念，选择那些日常生活中常见的天文现象为课题为开展天文校本课程，让学生在STEAM教育的过程中体会地理课程的选择与生活密切相关，通过引导学生从地理的角度思考和解决问题，逐步提升学生的地理素养和科学精神，在探索科学的过程中发展实践技能。

2.基于STEAM教育理念，培养学生的设计能力与逻辑思维

跨学科性是STEAM教育最重要的核心特点，情境是STEAM教育的重要组成部分，STEAM教育综合了多学科的知识与技能，强调培养在真实的情境中综合分析与解决问题的能力［1］。“技术”是对科学知识的应用，“工程”包含在问题解决和创新性中。地理学具备自然科学与人文科学的性质，其与其他学科的联系非常密切。在STEAM教育理念指导下开展地理第二课堂活动，要求学生运用多学科知识、从全面综合的角度分析解决生活中的问题，情境性地理问题解决的过程中，培养了学生的问题解决方案设计能力与综合逻辑思维。

3.开展初中天文校本课程，发展学生的审美意识和艺术素养

最新颁布的《义务教育地理课程标准（2022年版）》关于学业质量提出了具体要求：学生在不同的情境中，运用地理信息技术、图像、模型、模拟演示实验等工具和手段，能够秉持求真求实的科学态度，简要描述地球与宇宙的关系，说明太空探索的意义和价值［3］。学生接触天文学的过程，实际上也是投入到美的研究当中，譬如浩瀚的星空、诗意的银河、变幻的极光等，沉浸于这些天文观测内容之中自然而然获得了美感的体会，从而提升理解和创造艺术的能力，发展了审美意识和艺术素养。

参考文献：

［1］ 余胜泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式［J］.开放教育研究，2015，21（4）：13-22.

［2］ 金慧，胡盈滢.以STEM教育创新引领教育未来——美国《STEM 2026：STEM教育创新愿景》报告的解读与启示［J］.远程教育杂志，2017（1）：17-25.

［3］ 中华人民共和国教育部.义务教育地理课程标准（2022年版）［M］. 北京：北京师范大学出版社，2022.

［4］ 姜严.Stellarium软件在高中地理教学中的应用研究——以“月相与日月食”为例［J］.地理教学，2019（11）：62.

［5］ 冯滔，杨先.运用Celestia软件培养学生地理空间思维能力［J］.地理教学，2016（4）：8-9.

［6］ 刘德康.Solar Walk Lite手机软件在“宇宙中的地球”一节中的应用［J］.中学地理教学参考（下半月），2019（8）：57-59.

通信作者：龙海丽