王麗娟,劉林德,劉家熙,周欣欣
(1.魯東大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,山東煙臺(tái) 264025;2.首都師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,北京 100048)
從當(dāng)前國(guó)際上普遍關(guān)注的STS、STEM、STEAM、核心素養(yǎng)等教育理論和教學(xué)實(shí)踐看,開(kāi)展跨學(xué)科教育,培養(yǎng)跨學(xué)科的創(chuàng)新人才是各國(guó)共同追尋的目標(biāo)。跨學(xué)科教育是一種課程設(shè)計(jì)與教學(xué)的模式,在該模式下,單個(gè)教師或團(tuán)隊(duì)對(duì)兩門(mén)或多門(mén)學(xué)科或知識(shí)體系的信息、資料、技術(shù)、工具、觀點(diǎn)、概念或理論進(jìn)行辨識(shí)、評(píng)價(jià)并整合,以提高學(xué)生理解議題、處理問(wèn)題、創(chuàng)造新方法和解決方案的能力,而那些解決方案超出了單門(mén)學(xué)科或單個(gè)教學(xué)領(lǐng)域的范圍。[1]美國(guó)新媒體聯(lián)盟發(fā)表的《國(guó)際教育信息化發(fā)展2015地平線(xiàn)報(bào)告(基礎(chǔ)教育版)》中談道,STEAM的教育理念設(shè)計(jì)是:所有學(xué)科彼此關(guān)聯(lián),這樣學(xué)生才能對(duì)真實(shí)世界獲得整體的、相互聯(lián)系的認(rèn)知。[2]
新的課程標(biāo)準(zhǔn)提出,各學(xué)科課程教學(xué)的總目標(biāo)是提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。對(duì)于科學(xué)課程的學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō),僅僅注重科學(xué)知識(shí)的習(xí)得是不夠的,還必須注重科學(xué)知識(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用,注重科學(xué)思維和方法的訓(xùn)練,尤其要注重科學(xué)與人文、藝術(shù)、社會(huì)等的相互滲透和融合。因此,科學(xué)教育應(yīng)該以課程標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù),開(kāi)展以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)。尤其應(yīng)在科學(xué)教育中注重跨學(xué)科的教育,完善學(xué)生的多學(xué)科知識(shí)體系,促進(jìn)科學(xué)與人文藝術(shù)的融合,培養(yǎng)綜合性、跨學(xué)科的人才。但是,當(dāng)前針對(duì)我國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的調(diào)查(以生物學(xué)為例)結(jié)果顯示:生物學(xué)教育在科學(xué)素養(yǎng)和主動(dòng)探究方面提及較多,但對(duì)人文和社會(huì)方面的核心素養(yǎng)指標(biāo)的培養(yǎng)缺乏重視,比如自信心、尊重與包容、藝術(shù)與審美能力、公民意識(shí)、多元文化等。本文以生物學(xué)為例,借鑒STEAM教育探討“在理科分科教學(xué)中如何實(shí)現(xiàn)科學(xué)與人文的融合”,以提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。
核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受相應(yīng)學(xué)段的教育過(guò)程中,逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。核心素養(yǎng)以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心,是情感、態(tài)度、知識(shí)、技能的綜合表現(xiàn),具有個(gè)人價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。[3]首先,核心素養(yǎng)提升的核心是“人的全面發(fā)展”。人的全面發(fā)展意味著全面和諧的發(fā)展。其中,科學(xué)與人文的和諧教育是實(shí)現(xiàn)人的全面發(fā)展的重要途徑。[4]新的課程改革提出發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng),是前一階段三維目標(biāo)的進(jìn)一步深化,也更凸顯了跨學(xué)科和綜合的特性。中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)分為“文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展、社會(huì)參與”三個(gè)方面,綜合表現(xiàn)為“人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實(shí)踐創(chuàng)新”六大素養(yǎng)。從理論的角度可以說(shuō),人文底蘊(yùn)是文明人的基本標(biāo)識(shí);科學(xué)精神是現(xiàn)代人的基本品格。這兩者在教育過(guò)程中的有機(jī)結(jié)合是新時(shí)代人才培養(yǎng)的必然要求。人文底蘊(yùn)主要包括人文積淀、 人文情懷和審美情趣。[5]
核心素養(yǎng)是學(xué)科壁壘的“溶化劑”,以核心素養(yǎng)體系為基,各學(xué)科教學(xué)可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌統(tǒng)整。核心素養(yǎng)一方面可以指導(dǎo)、引領(lǐng)、輻射學(xué)科課程教學(xué),彰顯學(xué)科教學(xué)的育人價(jià)值。另一方面,核心素養(yǎng)的達(dá)成依賴(lài)各個(gè)學(xué)科的獨(dú)特育人功能的發(fā)揮、學(xué)科本質(zhì)和特點(diǎn)的發(fā)掘?!镀胀ǜ咧猩镎n程標(biāo)準(zhǔn)》明確提出,高中教育階段的生物學(xué)課程是以提高核心素養(yǎng)為宗旨的學(xué)科課程。生物學(xué)核心素養(yǎng)主要包括“生命觀念、理性思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任”四個(gè)方面?!稑?biāo)準(zhǔn)》中除科學(xué)知識(shí)、技能、能力等方面,還談到科學(xué)與人文的整合方面:形成科學(xué)的自然觀和世界觀,解決實(shí)際問(wèn)題;崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度,具有合作精神,樂(lè)于并善于團(tuán)隊(duì)合作,勇于創(chuàng)新;形成生態(tài)意識(shí),參與環(huán)境保護(hù)實(shí)踐;主動(dòng)向他人宣傳健康生活和關(guān)愛(ài)生命等相關(guān)知識(shí),具有開(kāi)展生物學(xué)實(shí)踐的意愿和社會(huì)責(zé)任感。
STEAM是由美國(guó)政府提出的STEM教育戰(zhàn)略衍生而來(lái),最初只有科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門(mén)。2010年美國(guó)維吉尼亞科技大學(xué)學(xué)者格雷特·亞克門(mén)(Georgette Yakman)在STEM的基礎(chǔ)上加入“A”(藝術(shù)),并提出了金字塔形的STEAM學(xué)科整合的教育框架,STEAM成為包容性更強(qiáng)的跨學(xué)科綜合教育。[6]STEAM教育中五個(gè)學(xué)科構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體,數(shù)學(xué)是STEAM各領(lǐng)域的基礎(chǔ),科學(xué)是STEAM的重要組成元素,技術(shù)是支持STEAM教育的工具,工程是STEAM活動(dòng)中解決實(shí)際問(wèn)題的途徑,人文藝術(shù)促進(jìn)了STEAM各領(lǐng)域的發(fā)展。[7]
STEAM學(xué)科綜合的教育框架中,金字塔的第五層是具體課程水平,這一水平主要是科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等學(xué)科的相關(guān)課程。第四層是具體學(xué)科水平,這一水平主要探討了科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)學(xué)科相互之間的聯(lián)系。第三層是多學(xué)科水平,這一水平是將藝術(shù)滲透到科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四個(gè)學(xué)科中。將藝術(shù)(Art)滲透到STEM教育中,這樣的模式使得學(xué)生接受的STEM教育有了情感的融入和美的追求。第二層為綜合水平,主要是將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)融合成跨學(xué)科的STEAM教育(藝術(shù)與STEM相互作用,決定了其發(fā)展方向)。最頂層是通識(shí)水平,這一水平代表的是最終的教育目標(biāo),與全人教育和終身教育相聯(lián)系。[8]STEAM中的“A”廣義上包括了美術(shù)、音樂(lè)、社會(huì)、語(yǔ)言等人文藝術(shù)學(xué)科。藝術(shù)加入STEM教育中,是對(duì)這四類(lèi)課程的良好補(bǔ)充,能幫助學(xué)生優(yōu)化不同學(xué)科知識(shí)的理解與應(yīng)用。
STEAM教育與核心素養(yǎng)在人才觀、創(chuàng)新觀與知識(shí)觀等方面有高度的契合性,STEAM為未來(lái)培養(yǎng)綜合性、全方位的人才,與核心素養(yǎng)秉持的“全面發(fā)展的人”的人才觀不謀而合。具體到STEM與“A”整合的方面,STEAM框架的第四層、第三層和第二層,充分體現(xiàn)了STEM與“A”交叉、融合進(jìn)而整合的教育追求。科學(xué)課程中的核心素養(yǎng)同樣強(qiáng)調(diào)了人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神等各素養(yǎng)之間相互聯(lián)系、互相補(bǔ)充、相互促進(jìn),在不同情境中整體發(fā)揮作用。因此,STEAM與科學(xué)課程的核心素養(yǎng)教育都強(qiáng)調(diào)科技與人文藝術(shù)的融合與共同發(fā)展,STEAM可以為核心素養(yǎng)的落地和滲透提供載體。
STEAM教育與核心素養(yǎng)的對(duì)接,依賴(lài)于科學(xué)課程的內(nèi)容設(shè)置、課程情境設(shè)計(jì)與多元評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行的有機(jī)對(duì)接,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)STEAM教育,為核心素養(yǎng)的落實(shí)助力?;赟TEAM教育中的“A”進(jìn)行科學(xué)教育,可以根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生水平和學(xué)科特點(diǎn),依照STEAM框架中藝術(shù)與其他學(xué)科不同的整合程度,逐漸開(kāi)展STEAM教育,使得學(xué)生逐步形成科技與人文的整體性知識(shí)和能力,從而在未來(lái)的生產(chǎn)、生活中發(fā)揮科學(xué)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、技術(shù)價(jià)值和人文價(jià)值。
STEAM課程包括科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)以及人文藝術(shù)課程,是STEAM視域下跨學(xué)科的課程。培養(yǎng)科學(xué)與人文藝術(shù)整合的核心素養(yǎng),教師要善于開(kāi)發(fā)科學(xué)與人文藝術(shù)交叉與融合的STEAM課程資源,構(gòu)建科學(xué)與人文藝術(shù)整合的課程體系?;赟TEAM中的“A”的科學(xué)課程資源開(kāi)發(fā)中,尤其要注重媒體和信息技術(shù)資源(如3D打印)、生活資源和社會(huì)資源的開(kāi)發(fā)和利用,課程內(nèi)容融有不同程度的STEM和人文藝術(shù)整合成分,體現(xiàn)科學(xué)與人文藝術(shù)(S-A)、技術(shù)與人文藝術(shù)(T-A)、工程與人文藝術(shù)(E-A)、數(shù)學(xué)與人文藝術(shù)(M-A)的相互聯(lián)系,體現(xiàn)人文藝術(shù)對(duì)STEM的多學(xué)科滲透。以中學(xué)生物學(xué)為例,生物學(xué)課程是科學(xué)領(lǐng)域的重要學(xué)科課程之一,同時(shí)又是一門(mén)科學(xué)課程,與物理、化學(xué)等自然科學(xué)存在著交叉,密不可分。生物學(xué)課程內(nèi)容中蘊(yùn)含著豐富的STEM與人文藝術(shù)交叉、融合的資源。
高中學(xué)習(xí)到基因等遺傳內(nèi)容時(shí),教師可以介紹2017年北京大學(xué)瞿禮嘉團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)并在Science等期刊上發(fā)表的成果。瞿禮嘉課題組發(fā)現(xiàn)了花粉管質(zhì)膜上的兩個(gè)受體,命名為BUPS1和BUPS2,BUPS1和BUPS2受體基因參與花粉管爆炸釋放精細(xì)胞的分子機(jī)制。 BUPS命名源自《西游記》中的典故。孫悟空大鬧天宮失敗后,被如來(lái)佛祖拿住,壓在五行山下。為防孫悟空逃出,佛祖用寫(xiě)有金字咒文的壓貼(Buddha’s Paper Seal,縮寫(xiě)B(tài)UPS)壓在五行山頂上,猴王被徹底封住。[9]通過(guò)對(duì)學(xué)生介紹科學(xué)家融合了藝術(shù)表現(xiàn)手法促進(jìn)科學(xué)理解的科學(xué)研究,不僅能引導(dǎo)學(xué)生了解最新科研成果,同時(shí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的熱情,還開(kāi)展了科學(xué)與文學(xué)藝術(shù)、傳統(tǒng)文化的融合教育。另外,教材中一章的最后一節(jié)往往是與社會(huì)生產(chǎn)生活實(shí)踐、環(huán)保等密切相關(guān)的內(nèi)容,是進(jìn)行科學(xué)與人文藝術(shù)融合教育的重要資源。
科學(xué)史是科學(xué)的形成和發(fā)展的歷史,體現(xiàn)科學(xué)在人類(lèi)社會(huì)發(fā)展中的地位與作用,更能反映人類(lèi)社會(huì)尤其是創(chuàng)新思維意識(shí)等對(duì)科學(xué)發(fā)展的影響。因此科學(xué)史中蘊(yùn)含著豐富的資源,可以借以開(kāi)展科學(xué)與人文融合的教育。例如,針對(duì)科學(xué)與繪畫(huà)藝術(shù)方面的相互促進(jìn),可以講述生命科學(xué)發(fā)展史上文藝復(fù)興時(shí)期的偉大畫(huà)家達(dá)·芬奇的故事。[10]再比如,講到人的生殖和發(fā)育,可以讓學(xué)生閱讀不同時(shí)期與性別相關(guān)的科學(xué)研究成果等生命科學(xué)史的內(nèi)容并開(kāi)展辯論,關(guān)注宗教、文化、社會(huì)和科學(xué)中的性別差異與性別不平等人文社會(huì)問(wèn)題[11],樹(shù)立平等、尊重等生命意識(shí)。
論及基因檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用,可以“DNA檢測(cè)鑒定曹操墓”為例,體現(xiàn)生物技術(shù)與歷史學(xué)、人類(lèi)學(xué)等的密切關(guān)系。2010年8月6日,人民網(wǎng)以“DNA檢測(cè)與曹操墓確認(rèn)”為題發(fā)布了一則新聞,復(fù)旦大學(xué)現(xiàn)代人類(lèi)學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宣布:向全國(guó)征集曹姓男性參與Y染色體檢測(cè),擬用DNA技術(shù)辨別河南安陽(yáng)“曹操墓”的真?zhèn)巍R訷染色體為代表的分子人類(lèi)學(xué)技術(shù)成為曹操墓的真?zhèn)?、曹操后人和曹操真?zhèn)舞b定最終的“一錘定音者”。[12]另外,社區(qū)資源比如博物館、動(dòng)物園、農(nóng)業(yè)合作社、養(yǎng)殖場(chǎng)、環(huán)保檢測(cè)機(jī)構(gòu)等,也都是輔助生物學(xué)教學(xué)的有效資源,學(xué)生在勞動(dòng)、服務(wù)、實(shí)踐中獲得體驗(yàn)、感悟,促進(jìn)了科學(xué)與人文素養(yǎng)的共同提升。
STEAM教育的核心目標(biāo)是通過(guò)靈活應(yīng)用基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)、基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)方式,來(lái)培養(yǎng)學(xué)習(xí)者綜合利用STEAM 知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力。生物學(xué)教學(xué)中應(yīng)該積極開(kāi)展與生物學(xué)課程相關(guān)的科技活動(dòng)和社會(huì)實(shí)踐活動(dòng),以生活、生產(chǎn)實(shí)際為導(dǎo)向,讓學(xué)生在合作與探究、設(shè)計(jì)與制作、自主與體驗(yàn)中學(xué)習(xí)。有條件的話(huà),充分利用生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室或建立的專(zhuān)題研究實(shí)驗(yàn)室和跨學(xué)科綜合實(shí)驗(yàn)室,開(kāi)展跨學(xué)科的教學(xué),并在教學(xué)中關(guān)注科學(xué)與人文的融合,讓學(xué)生有能力體驗(yàn)科學(xué)界的豐富性,感受科學(xué)相關(guān)知識(shí)的實(shí)效性,了解現(xiàn)實(shí)生活中的難題并嘗試解決問(wèn)題。這要求教師明確生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的課程目標(biāo)、內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)等,并與相關(guān)的學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)建立聯(lián)系,從而選擇和確定學(xué)習(xí)項(xiàng)目或活動(dòng)圍繞的主題,圍繞主題開(kāi)展活動(dòng),并提交產(chǎn)出或作品。下表列舉了生物學(xué)教學(xué)中開(kāi)展STEAM教育促進(jìn)科學(xué)與人文融合的部分項(xiàng)目和活動(dòng)建議(見(jiàn)表1)。
表1 基于STEM-A的項(xiàng)目活動(dòng)示例
STEAM 教育是一種綜合的教育模式,它和核心素養(yǎng)教育一樣都秉持著“科學(xué)教育與人文教育并重”的價(jià)值觀。STEAM不是簡(jiǎn)單疊加各門(mén)學(xué)科,而是各門(mén)學(xué)科融合形成有機(jī)的整體。它不僅注重學(xué)生的STEAM學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī),強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)各學(xué)科的綜合知識(shí)的掌握,更注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力。因此,對(duì)STEAM教育開(kāi)展的教學(xué)評(píng)價(jià)也應(yīng)該是系統(tǒng)的、整合的、多元的。目前我國(guó)基礎(chǔ)教育中教學(xué)評(píng)價(jià)比較單一, 主要開(kāi)展以單一學(xué)科的知能為目標(biāo)的終結(jié)性評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)方式往往采用傳統(tǒng)的紙筆測(cè)驗(yàn),缺少表現(xiàn)型評(píng)價(jià)和過(guò)程性評(píng)價(jià)?;赟TEAM教育目標(biāo)的科學(xué)性、人文性、綜合性、實(shí)踐性、創(chuàng)新性等特點(diǎn),STEAM教育的評(píng)價(jià)應(yīng)該采用多元化的評(píng)價(jià)方式,包括終結(jié)性評(píng)價(jià)與過(guò)程性評(píng)價(jià)結(jié)合、傳統(tǒng)紙筆測(cè)驗(yàn)與表現(xiàn)型評(píng)價(jià)結(jié)合、教師主體與學(xué)生主體結(jié)合、線(xiàn)上(信息技術(shù))評(píng)價(jià)與線(xiàn)下(面對(duì)面)結(jié)合。此外,學(xué)生的學(xué)習(xí)成果可以整理形成紙質(zhì)檔案袋或電子檔案袋,學(xué)生成長(zhǎng)檔案袋可以記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷、任務(wù)完成情況及質(zhì)量等,用多項(xiàng)學(xué)習(xí)結(jié)果顯示學(xué)生達(dá)成多元學(xué)習(xí)目標(biāo)的程度。
以創(chuàng)辦養(yǎng)雞場(chǎng)(雞卵孵化)為例,本STEAM項(xiàng)目涉及了生物學(xué)、養(yǎng)殖技術(shù)、病理學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)以及經(jīng)濟(jì)和藝術(shù)等多學(xué)科的綜合,其教學(xué)目標(biāo)包括掌握鳥(niǎo)類(lèi)生殖、發(fā)育、養(yǎng)殖等相關(guān)科學(xué)知識(shí)體系;設(shè)計(jì)制作出合格的孵化器工程產(chǎn)品,并能用于孵化雞卵,計(jì)算孵化率,提高動(dòng)手、動(dòng)腦的實(shí)踐能力和問(wèn)題解決能力;能夠運(yùn)用相關(guān)科學(xué)理論制訂養(yǎng)殖方案,并運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)和自身的創(chuàng)造力設(shè)計(jì)養(yǎng)雞場(chǎng)產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)海報(bào),提升科學(xué)應(yīng)用和藝術(shù)審美的能力。針對(duì)科學(xué)知識(shí)等目標(biāo),可以發(fā)揮傳統(tǒng)紙筆測(cè)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì),采用終結(jié)性評(píng)價(jià)。另外,學(xué)生在小組合作中的參與度、積極性和合作表現(xiàn),可以通過(guò)教師的觀察和學(xué)生的自評(píng)、他評(píng)等開(kāi)展。項(xiàng)目結(jié)束后把學(xué)生的作品進(jìn)行展示,可以維持和激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、使其獲得成就感。
如今學(xué)科整合和跨學(xué)科教育已成為國(guó)際上不可逆轉(zhuǎn)的教育發(fā)展趨勢(shì),我國(guó)也越來(lái)越重視多學(xué)科和跨學(xué)科教育,重視科學(xué)教育與人文教育的融合教育。隨著中國(guó)學(xué)生核心素養(yǎng)改革的深化,越來(lái)越多的中小學(xué)借鑒并研究、實(shí)施STEM教育和STEAM教育模式。不過(guò),整體來(lái)看,我國(guó)的STEAM教育處于起步或發(fā)展階段,真正落實(shí)跨學(xué)科的整合教育,離不開(kāi)教師的自我發(fā)展、課程的精心設(shè)計(jì)和踏踏實(shí)實(shí)的實(shí)施,并真正著眼于學(xué)生的綜合素質(zhì)提升??梢?jiàn),借鑒STEAM教育模式,開(kāi)展核心素養(yǎng)導(dǎo)向的學(xué)科整合教育、科學(xué)與人文的融合教育,任重而道遠(yuǎn)。