基于STEAM 课程的户外课程开发——以户外露营为例

张宇 华东师范大学

一、户外教育与STEAM 教育联系与发展

我国的户外教育萌芽于20 世纪80 年代末，在起步阶段发展缓慢，1994 年全国青少年户外体验营的创建标志着中国户外教育正式拉开大幕。进入21 世纪后，在教育市场化进程中涌现出一批专业户外教育机构，这些机构提供专业且多样的户外课程，促进了户外教育的推广和普及，我国户外教育进入了快车道[1]。由于起步晚，各方面条件都还没有完全达到，现有户外教育仍存在很多问题，现有的户外教育约等于户外运动，教育功能发挥不足，户外只是教育的载体，重要是学生体验，而非户外这种形式。与当前教育体系的融合比较生硬，与学校教育之间脱节严重，与学科知识的交叉较少[2]，也没有对不同年龄阶段的孩子发展阶段进行区分，因此现有的户外教育课程教育功能发挥不足，而中国教育现在的发展阶段依然处在从“唯成绩论”的学科发展阶段向社会学习阶段的转型中，家长、学校和社会对这样的户外教育的接受度和参与度不够。

上述这些问题阻碍了户外教育的进一步发展，户外教育在中国的发展需要发挥中国特色，完善其教育功能，与现行教育体系和学科内容进行融合，满足学生和家长的教育需求。所幸，STEAM 课程为户外教育的延伸提供了良好基础[3]。STEAM 教育是指由科学、技术、工程、艺术、数学等学科共同构成的跨学科教育。STEAM 教育以实践问题为导向，强调多学科交叉融合之下解决实际问题能力的培养，STEAM 教育可以提供问题和学科知识，而户外教育替代虚拟的导入视频，提供真实的环境背景，更容易将学生代入其中，两者的结合可以更大的发挥课程价值[4][5]。

二、户外教育与STEAM 教育结合原则

户外课程与STEAM 课程融合的目标是将户外活动、自然环境和STEAM 学科相结合，通过实际体验和探索来促进学生的学习和发展。这种融合并不是简单的将一堂STEAM 课程从室内搬到室外，在内容安排和组织形式上都要进行调整。在课程内容上，由于很大可能会脱离传统课堂年级的组织形式，学生的年龄层次会存在差异，这要求组织者在面对学生时，需要考虑到学生的知识背景间的差异，与学校教育的知识联系，要求组织者对各阶段的学习内容和进度非常清楚，最大程度上抓住学生的兴趣点；在组织形式上，在户外开展的课程无法按照45 分钟的单元课堂进行安排，户外运动和知识内容的讲授不可避免的交叉，甚至教学地点会一直发生变化，这要求课堂的组织者需要对课堂流程进行详尽的规划设计，考虑到户外环境的复杂多变以及意外状况的处理。另外，传统的单一授课老师掌控课堂不再适用，需要根据课程内容、人数和环境适当增加助教、安全员、导游等等。

2.1 户外课程设计原则

(1)课程组织要以项目化学习为载体，强调跨学科融合和知识的直接应用

以STEAM 课程为基础，组织项目化的学习，户外课堂要和校内课堂做好衔接，同时也能使得知识和运动结合要更加的融洽。通过让学生参与实际的项目，使他们在项目中探究和解决问题，以此达到知识和技能提升的目的。

(2)课程设计上需要统筹协调户外运动和知识的传授

户外教育注定会是知识和运动穿插的教学形式，以户外徒步探索自然生态为例，课程设计需要考虑学生的运动量、体力、补给时间，在这个过程中穿插户外的观察、样本的采集，只有将这些问题都考虑到，才能保障课堂的正常进行。

(3)强调团队合作，户外活动的组织应该更有秩序

现有的户外教育以户外运动为主，因此带队老师更多的是充当一个“导游”的角色或者是“教练”的角色。项目化的户外课程通常需要学生分工合作，还需要团队间的相互支持，因此在此过程中要根据学生特点进行分组，并进行明确的分工，这样既可以减轻户外教师的管理压力，还可以提高学生的团队意识和合作能力。

(4)培养探索精神，知识的传授方式要以启发式为主

户外教育是学科教学的拓展、延伸和补充，因此户外课堂的选题要结合学生的知识和经验，注重与课本知识连接。活动前，教师要做好充分的准备，对能与课本知识相连接的户外课堂内容心中有数，在活动过程中克服随意性，通过巧妙的设计引导学生观察和思考。区别于课堂教学，户外课程没有“标准答案”，教师的责任不是评价对错，而是应该注重对学生的启发和引导。

(5)注重学生的自我表达

项目化的学习是一种以学生为中心的教学方法，这种教学方法可以调动学生的积极性。在户外整个活动过程中会有很多项目需要分组完成，每个人都是重要的一环，每个人要清楚自己的任务，完成相应的工作，还需要清楚的表达和沟通。学生在表达过程中会更加深入的思考，也会有更好的知识理解和自然体验，同时还可以锻炼自我表达能，发展自我意识，增强学生自信心。

2.2 户外课程与STEAM 课程融合案例分析

本文认为STEAM 课程与户外教育相互融合可以创造出更加综合、有趣和实用的学习体验。这里以传统的露营项目为主线，根据整个过程中涉及到的活动流程将相关STEAM 课程进行项目化的穿插，探讨两者的有机融合。这样的户外课程可以将片段式的、零散的STEAM 课程包括户外指南针的制作、森林生态中的植物认识、自制净水装置、燃烧反应与灭火的原理、光的折射等内容以户外教育为主题，通过徒步、露营、野炊、和捕鱼等户外活动合理的串联起来，在过程中教师以启发式的提问，引导学生回答，进行讲解。这样一方面使得STEAM 教育和知识学习更加的高效，另一方面可以使户外课程更加的丰富有趣。整个户外活动流程以及与各活动中涉及的STEAM 内容与沪教版的教材知识衔接如表1 所示。另外，本研究以前期准备（重点自制指南针）进行了详细的介绍，以此来展示和讨论户外教育与STEAM 教育的有机结合过程。

表1 露营活动策划书

活动二搭建天幕11:30-12:10露营地 分组搭建天幕讲解户外露营的基本知识，从天幕风绳的固定讲解风向的判断、从地钉和撑杆的安插，风绳的固定讲解受力分析物理：八年级受力分析活动三午餐 12:10-13:00露营地 美食分享讲解户外营地环境的保护/活动四溯溪捕鱼13:00-15:00露营地旁村庄鱼池捕鱼 通过捕鱼的过程中鱼的真实位置于所观察到的位置之间的差距，了解光的折射原理物理：光的折射与反射活动五准备晚餐物理：九年级水资源危机与节约用水16:00-17:30 15:00-16:00露营地池塘自制净水装置从户外准备饮用水为引导，启发学生如何对户外水资源进行净化处理，自制净化装置，准备饮用水。露营地烧烤处田野烹饪、隔空灭火参观农场，发现食物来源，体验粒粒皆辛苦的艰辛，并通过灭火环节教给学生基本的灭火技能和消防安全知识化学：完全燃烧和不完全燃烧活动六篝火晚会17:30-19:00露营地 课程评价与才艺展示增加才艺展示环节，培养学生的自信心/活动结束返程 19:00 露营地至集合点，解散营地卫生清洁，人数庆典，总结一天的活动养成环保意识 /

活动示例——自制指南针与户外方向和路线寻找

【活动目标】

(1)知识目标：了解户外判断方向的方法，认识磁场、磁性、磁体的概念，学习指南针的原理，和地图的使用方法。

(2)实践能力目标：在户外能够使用指南针判断方向，结合地图寻找路线。

(3)运动目标：在指南针的帮助下到达露营地。

(4)合作目标：在野外迷路时，和同学分工合作，一起寻找路线。

(5)创新目标：在讨论时能够举一反三，提出不同的指南针制作方法。

(6)文化意识：对中国古代指路技术的发展和演变有大致的了解，感受古代人民的智慧，培养民族自豪感。

【活动重点和难点】

理解指南针的原理，掌握户外判断方向的技巧是活动的重点。熟练应用地图在面对岔路时能够结合地图选择正确的路线时活动的难点。

【材料工具】

磁铁、钢针、吹塑纸、线、剪刀、水槽、盒式指南针、环形针、电池、导线、当日森林徒步的路线图，手表等。

【活动过程】

（一）实用背景引入

教师：同学们，我们今天将要在这篇丛林里进行徒步冒险，我们可能会遇到各种突发情况，那么各位冒险家们，你们觉得我们可能遇到哪些情况呢？

学生举例，其中包括迷路和脱离队伍走失等情况。

教师引导：嗯，没错，我们在丛林里由于四周环境多变，缺乏地标，有时会迷失方向，这个时候应该怎么办呢？

学生举例，可以用百度地图、指南针、GPS 定位等。

教师引导：古代可没有百度地图和GPS 定位，再说了在丛林里，手机很容易没有信号的，那怎么用呢？那时候的人们会借助太阳、月亮、星星甚至是树木的年轮，等判断方向，不过最常用的还是刚才同学们提到的指南针额，不过它以前可不叫这个名字，它叫司南，是我国的四大发明之一，尤其用于在海上辨别方向。那刚才提到指南针的同学，你知道指南针是怎么给出方向的吗？

学生回答：依靠磁场。

教师讲解什么是地磁场，地磁场的方向和南北方向之间的差异。指南针和地磁场之间的相互作用。

教师拿出准备材料，教师引导：现在我们只有老师这里有一个指南针，那么大家迷路了怎么办呢？我们来试试看，制作一个简易指南针吧。

（二）指南针的制作

教师引导：想要做指南针，首选要分清楚它的组成部分，同学们认为需要的最重要的材料是什么？为什么？（教师展示成品指南针，学生观察其组成部分）

教师引导：有什么可以替代小磁针呢？学生老师手里的小钢针可以吗？为什么？（介绍磁体概念）

教师引导：老师手里的回形针可以吗？为什么？有什么方法可以使老师手里的钢针变成磁针吗？（介绍磁化现象及原理）

教师带领大家进行分组，两人一组，将小钢针磁化，粘上少许吹塑纸，放在水中，制作指南针，并用成品指南针来辨别磁针的南北极，并进行记录和标记。

（该部分涉及的知识点较多，磁铁能够吸引铁、钴、镍等金属、磁极异性相吸同极相斥、磁体受力方向等问题，教师要给予及时的提示和指导）。

教师引导：我们不放来看一下，哪个小组做出的指南针效果好，相互借鉴学习，为后面徒步进行准备

（三）在户外判断方向的另一种办法

教师引导，如果在户外没有磁铁，怎么办呢？其实还可以用手电筒里的电池和导线来制作指南针，物理学家奥斯特曾经在做过著名的电生磁实验，通电的导体周围会产生磁场，通电线圈可以磁化大家手中的回形针哦（对电生磁的原理，通电线圈的磁场方向进行介绍）。我们不妨来试试（带领大家用电池和线圈进行指南针的制作）。

教师引导，如果连电池和导线也没有，甚至连回形针都没有怎么办？请学生思考，回答。

教师：其实还可以利用太阳和手表，当手表中的短针指向太阳的时候，短针和十二点正中间方向就是南方，在他的左边九十度角就是东方了，我们也可以知道其他的方位了。夜晚，如果我们能够找到北斗七星，或者北极星，那么也可以找到北方。

（四）地图的使用

教师：同学们，如果我们借助上面讨论的方法或者制作的指南针，找到了北方，那么怎么在迷路、或者面对岔路时，找到去营地的路呢？

学生：那要借助地图导航了。

教师：我们今天的路线，很多地方都没有手机信号，我们不妨试试我们刚才集合时发的地图，结合我们的指南针，来确定路线。

教师讲解地图的使用，要根据地图上的指示方向对准指南针的北方，则可以根据地图，来判断去营地的路。

教师引导，那大家知道如何在地图上确定距离目的地还有多远吗？

学生：根据地图上到目的地的路线长短进行估计。

教师：没错，地图上标注了比例尺，是图上距离和真实距离之间的换算关系，我们只要估计出图上距离，再乘以今天地图上的比例尺，就可以计算出到目的地的距离啦。

教师带领学生通过地图计算到目的的距离。

（五）徒步中的验证

在下一活动中，行至岔路位置A（两岔路口），和岔路位置B（十字路口）时，要求学生取出自制的指南针或者根据太阳的方向以及地图，判断应该走哪一条路，验证学生对户外方向的判断的掌握情况。

【活动围绕六个维度的教学效果评价方法】

知识目标：通过提问判断学生对磁场、指南针原理的掌握、对户外方向的判断法的理解。

实践能力目标：在徒步路线的A 点和B 点对学生方向判断和路线判断的能力进行检验。

合作能力：在遇到岔路时，在小组内能够积极讨论路线方向，实现分工合作，其表现进行评价。

创新能力：在课堂上能否提出其他制作指南针、或者判断方向的方法。

运动能力：制作指南针过程中，动作是否协调，在徒步路线上对体力水平进行评价。

文化创新意识：通过徒步中的交流，判断学生对中国指南针的发展历史和地图的演变的感兴趣程度。

【活动评价】

自制指南针以及户外方向的判断的课程涉及到物理学和地理知识之间的交叉融合，比如磁性、磁力线，地图的使用等等。学生需要理解磁性物质在磁场中的行为以及磁力线的基本性质，电与磁之间的相互转换等，这些知识属于初中高阶至高中段的内容，难度较大。但是通过在户外场景下展开教学，并在实际问题中进行应用，可以在学校课程之前，预先加深其印象，在正式学习前清楚知识的意义和应用点。另外，自制指南针的课程需要学生学习使用一些工具和材料，学生还需要学习如何进行实验，如何进行数据记录和分析，并且学会如何解决实验中出现的问题，对学生的动手能力要求较高，因此自制指南针的活动可以培养学生的探究精神和创新意识。另外，在这个过程中学生需要了解指南针的发明和发展过程，会增强民族自豪感。