拥抱“大概念”的STEAM课程进阶教学策略

杨义洪 李玉坤

摘 要：以跨学科大概念及学科大概念为锚点的STEAM课程，以学生的核心素养提升作为目标导向，以STEAM教育理念横向联通和“学习进阶”理论纵向统领，构建“动机-过程-评价-反思”进阶学习模型.探索打破学科边界，上下进阶衔接、左右学科间联通的拥抱“大概念”的STEAM进阶课程体系，可进阶提升学生核心素养，使学生成为复合型创新型人才.

关键词：大概念；学习进阶；STEAM；跨学科大概念

中图分类号：G632   文献标识码：A   文章编号：1008-0333（2024）15-0127-04

当前社会的数字化转型给经济、社会领域带来了重大变化，当然教育领域也发生了很大的变化.在21世纪，

随着信息化的进展，人类进入了社会变革与产业结构急剧进化的不确定的时代，STEAM教育可以冲破传统的学科边界，让学生直面现实世界的问题进行跨学科的探究，拓展了学生学习的广度与深度[1].学习进阶着重以核心概念为中心并以此为基础，协调优化各个学科之间交叉的部分，促进学生对多学科之间概念体系的融合[2].大概念反映学科本质的学科思想和观念，具有抽象性、概括性、统摄性和广泛迁移价值[3]，主题大概念对发展学生核心素养具有独特价值，从大概念素养发展功能的定位，基于大概念的教学内容的组织与呈现，通过探究式、建构式教学方式可引导学生建构大概念[4].拥抱大概念的单元整体教学设计，采取“自上而下 ”的逆向教学设计路径，以学科核心素养为目标，创设真实问题情境，促进学生主动积极学习，发展学生高阶思维， 为学生学科核心素养进阶发展提供新的选择[5].以跨学科大概念及学科大概念为锚点的STEAM课程，打破学科边界，构建上下进阶衔接、左右学科间联通的课程体系[6]，能让学习者在当前信息指数级发展的时代背景下积极面对未来的挑战，成为复合型创新型人才.

1 拥抱“大概念”的STEAM课程进阶教学设计框架

1.1 拥抱“大概念”的STEAM进阶课程的横段设计

1.1.1 主题选择

一般选择跨学科主题、现实生活中的真实问题，调动学生的学习动机，促进学生的有意义学习.主题应该横贯各个学段，具有进阶性，为学生对跨学科大概念的进阶理解和深化提供支持.

1.1.2 主导学科选择

根据选择的主题确定该主题的主导学科.主导学科设计有利于概念的结构化，增强教师的合作和课程统整的执行力.

1.1.3 核心问题或任务确定

以跨学科大概念为锚点的横向设计，以单元素养目标为导向选择适切的主题，真实世界的具有挑战性的劣构问题，发挥大概念的解决真实问题的功能，引导学生进行高阶思维，发展科学思维素养.核心问题或任务必须与“大概念”的素养目标相匹配，可以是学生自己写出感兴趣的或生活中有困惑的问题或任务，也可以教师列出多个主题让学生分组选择，必须接近学生的最近发展区的，对学生来说具有挑战性且通过借助支架可以达成的任务.

1.2 拥抱“大概念”的STEAM进阶课程的纵面设计

以学习进阶理论为指导，STEAM 进阶课程的纵面设计，即为成就水平和学业表现在不同学段上的进阶呈现，进阶回答学生“怎么学”和“学到什么程度”的问题.锚定大概念及其在不同学段的认知、情感的能力指向，确定适切的主题及任务形态.

1.2.1 现状调研分析

调研分析基于STEAM教育理论高中化学进阶教学现状；基于学习进阶理论，调研分析初三、高中各学段学生对应主题的跨学科大概念和学科大概念的前概念（迷思概念）、教师相关主题专业素养、PCK情况及学生已具备的基于化学学科的核心素养的现状.

具体的调查方式：对应主题的跨学科大概念和学科大概念的前概念诊断问卷、学生调查问卷、教师调查问卷.其中前概念诊断问卷不同一般的问卷，每题包含两个小题，第二小题为选择第一小题的选项的解释，如果学生有不同理由可以在选项“其他”的横线上给出自己的理由.这样将主观题与客观题考查相结合，可准确而全面地了解学生各学段学生大概念现状及教师教前准备.

1.2.2 构建理论模型

基于学生基础及学习进阶理论，构建“假设→实践→测试→评价→修正”的提升学生核心素养的STEAM课程的纵向进阶设计框架模型（参见图1）.

1.2.3 构建有效的进阶学习模型

基于STEAM进阶课程指导化学教学实践，设计诊断性、形成性评价项目，用SPSS软件统计分析学生、教师学习表现的访谈与实证数据，描绘学生的成就水平和动机水平，检测学习进阶的各种水平及其具体指标，修订并完善学习进阶的框架，同时构建了“动机-过程-评价-反思”进阶学习模型（参见图2）.

以学科大概念和跨学科大概念为锚点，生活中具有挑战性的“真实性”劣构问题及引起学生的认知冲突的问题，调动学生的学习动机；以“协作学习”学习共同体的方式参与、教师提供合适的学习支架引领学习过程；以“化学核心素养”的提升作为学习目标，设计多角度贯穿学习过程的合理评价、及时反馈体系；以学生的学习评价反思学生的学和教师的教，学生及时调整学习过程、教师优化教学策略.

2 拥抱“大概念”的STEAM单元整体进阶教学设计：以“电化学”单元为例

2.1 单元设计的望远镜思维

电化学单元与必修课程中元素化合物的性质、氧化还原反应、离子反应、化学反应与能量变化等相关联，同时有电流、电势差、电压、渗透压、能量守恒等跨学科大概念.该单元与生活密切相关，学了该单元我们可以分析生活中化学电源的工作原理，设计具有一定功能的简单电池，并用控制变量法对设计的电池进行优化.能利用电化学原理提出物质转化的方案，认识能量的合理转化对人类社会可持续发展的重要意义.学生能综合考虑多因素分组合作设计电化学装置，在学习过程中进阶形成合理利用能量转化的可持续发展绿色环保意识.

2.2 单元设计的放大镜思维

这一单元共设计四个单元链，从学生的认知发展规律及学科大概念的进阶发展进行单元整体教学设计.第一个单元链单液原电池，分组实验铁直接插入硫酸铜及铁、铜块（石墨）形成原电池，让学生通过实验分析归纳电化学体系的基本要素及简单原电池的工作原理.第二单元链双液原电池及燃料电池，通过深入分析探究双液原电池的构成及工作原理.第三单元链电解池，让学生设计简单的电解池（如简单的电镀实验）并再次分析归纳总结电化学体系的基本要素及电解池的工作原理，了解电解在化工生产中的应用、讨论电镀工业对环境造成的影响.第四课单元链化学电源，让学生查阅文献并解说电池的历史沿革和发展，并调查市场常用化学电池的工作原理及生产工艺，通过化学电源的优化发展史，思考在设计化学电源时需要综合考虑哪些因素，讨论各类电池的回收方法及回收价值.最后控制变量法设计氢氧燃料电池并能用控制变量法探究影响电池发电效率的因素得出最优的简易燃料电池参数.总体来说，这个单元属于进阶提升的并联结构，跨学科大概念、大概念1、大概念2、大概念3均贯穿于整个单元中.前两个单元链侧重于大概念1与大概念2且逐步加深，进阶发展，第三单元链侧重大概念2与大概念3，同时也有融合，最后一个单元链充分融合跨学科大概念及三个学科大概念.

2.3 单元目标设计

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》提出重视以学科大概念为核心，使课程内容结构化，促进学科核心素养的落实，并强调在必修阶段，突出化学基本观念（大概念） 的统领作用[7].通过学科专家背对背整合提炼物理、化学、生物的课程标准，确定电化学单元大概念及具体单元目标.

2.4 单元评价设计

2022年12月4日神舟十四号载人航天飞船成功返航，代表了中国航天又站在了一个新的起点，在航天器中，电源是极其重要的组成部分，它好比人的“心脏”，其工作一刻也不能停歇.在太空环境中，载人航天器是航天员赖以生存的空间，必须给航天员提供基本的生存条件，其中涉及氧气再生、二氧化碳清除、水处理及食物的供给，氢氧燃料电池是不错的选择.请同学们提供的试剂和仪器设计简单的氢氧燃料电池，并用其发电使圣诞贺卡发出声音.从燃料电池放电能力的角度（电极材料活性的差异、电极插入电解质溶液的深浅、两个电极之间距离、电解质的类型及电解质溶液的浓度等因素）可以怎么优化该氢氧燃料电池装置，探究出该燃料电池的最优的电池参数.实验可选用仪器及试剂：50 mL烧杯、25 mL塑料瓶、20 mL一次性注射器、9 V干电池、6 V干电池组、2B铅笔芯、1.5 V干电池碳棒、活性碳粉、称量纸、牙签、海绵、不同浓度的硫酸钾溶液、2.0 mol·L-1硫酸钠溶液、双头带线鳄鱼夹、可发光发声的音乐贺卡.最终评价任务评价量规设计见表1.

2.5 学后反思

让学生总结学完这个单元后对电化学及氧化还原知识有哪些新的理解？可采取哪些力所能及的措施促进电化学的可持续发展？布置持续性反思任务：电化学单元虽然结束了，但日常生活中天天接触化学电源，请学生在今后一个月记录日常生活中的化学电源，分析其工作原理、生产工艺和废电池的回收再利用方法及价值，形成“化学.技术.社会.环境”的基本理念.学习科学已经多次证明反思对深层理解学习的重要性，通过学习反思进程记录单，可帮助学生监控自己学习过程，提高学生的元认知水平，促进学生深度学习[8].

3 反思与展望

我们需要设计教学使学生的知识结构化，但是我们的老师的学科知识是否都结构化了？教师的学科理解水平直接决定了大部分学生的学科理解水平及学科内容结构化水平.我们测量了教师的某些核心概念的学科及跨学科理解水平，数据说明教师的学科理解水平不尽如人意.我们如何提高教师的学科及跨学科理解水平以及教学水平？如何确定教师的理解水平提高了？这些都是我们需要考虑的问题.同时跨学科教师必须对不同角度的观点有开放的态度，教师的跨学科教学水平的发展需要各部门的共同努力，使学习者在当前信息指数级发展的情况积极面对未来的挑战，使学生成为社会需要的有幸福感、良好素质、朝气蓬勃及不断成长的现代公民.

参考文献：

［1］ 钟启泉.基于“跨学科素养”的教学设计：以STEAM与“综合学习”为例[J].全球教育展望，2022，51（01）：3-22.

[2] 皇甫倩，常珊珊，王后雄.美国学习进阶的研究进展及启示[J].外国中小学教育，2015（08）：53.

[3] 郑长龙.核心素养导向的化学教学设计［M］.北京：

人民教育出版社，２０２１.

[4] 郑长龙.大概念的内涵解析及大概念教学设计与实施策略[J].化学教育（中英文），2022，43（13）：6-12.

[5] 任明满.大单元教学：历史脉络、研究现状及路径选择[J].课程·教材·教法，2022，42（04）：97-105.

[6] 刘登珲，卞冰冰.大概念统摄下的STEM课程一体化建构策略：STEM Road Map的实践与启示[J].全球教育展望，2022，51（04）：101-111.

[7] 中华人民共和国教育部 .普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[M].北京：人民教育出版社，2020．

[8] [美]R.Keith Sawyer.

剑桥学习科学手册[M].徐晓东，杨刚，阮高峰，刘海华，等译.北京：教育科学出版社，2021.

［责任编辑：季春阳］