基于中華傳統(tǒng)文化的STEAM項目式初中化學(xué)教學(xué)探索

馬玥 莫尊理

摘要： 基于中華傳統(tǒng)文化的STEAM項目式教學(xué)探索，從傳統(tǒng)文化的選擇出發(fā)，分析STEAM學(xué)科融合點，構(gòu)建項目式問題，設(shè)計教學(xué)活動框架。以當(dāng)?shù)匦率鲿r代馬家窯彩陶為例，聚焦馬家窯彩陶的藝術(shù)美、性質(zhì)美、過程美、設(shè)計美，培養(yǎng)學(xué)生對知識綜合應(yīng)用的高階思維能力，讓學(xué)生體會到人類早期先民認(rèn)識世界、改造世界的過程，建立對華夏文明的文化認(rèn)同，樹立其家國情懷。

關(guān)鍵詞： 傳統(tǒng)文化； STEAM教育； 項目式教學(xué)； 馬家窯彩陶

文章編號： 1005-6629（2023）03-0041-07

中圖分類號： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出化學(xué)課程需立足學(xué)生的生活經(jīng)驗，反映人類探索物質(zhì)世界的化學(xué)基本觀念和規(guī)律，傳承中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化；并倡導(dǎo)開展項目式學(xué)習(xí)，重視跨學(xué)科實踐活動［1］。STEAM教育作為集科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）與數(shù)學(xué)（Math）為一體的綜合性課程系統(tǒng)，堅持以培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)為目標(biāo)，強調(diào)跨學(xué)科知識的有機(jī)整合，重視采用多樣化教學(xué)方法與評價方式［2］。近幾年國內(nèi)STEAM教育的實踐課程層出不窮，在其本土化發(fā)展的進(jìn)程中，怎樣才能更符合我國的教育背景呢？有學(xué)者指出立足于我國的STEAM教育不僅要重視科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展，還要加強對傳統(tǒng)文化的認(rèn)同與人文情懷的培養(yǎng)［3］?；诖?，本文通過對有關(guān)中華傳統(tǒng)文化的STEAM項目式教學(xué)框架的梳理，充分挖掘傳統(tǒng)文化中的學(xué)科價值、育人價值，讓學(xué)生在基于傳統(tǒng)文化復(fù)雜問題的解決過程中，運用多學(xué)科知識體系，發(fā)現(xiàn)知識間內(nèi)隱的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生成為獨立的思考者、知識的運用者、技術(shù)的創(chuàng)新者、文化的傳承者。

1? 傳統(tǒng)文化的選擇及項目的確立

教育除了是文化的受體外，更應(yīng)主動地對文化做出選擇［4］。中華文化源遠(yuǎn)流長，教育作為傳播載體承擔(dān)著弘揚中華文化的責(zé)任。那哪些傳統(tǒng)文化值得將其作為教育內(nèi)容？英國課程論專家丹尼斯勞頓主張課程文化選擇要依據(jù)經(jīng)得起理性探究和檢驗的原則，選擇那些對個體成長而言最具價值的內(nèi)容［5］。中華文化的選擇從意識形態(tài)的價值性來講，也反映著教師的價值判斷。中華文化博大精深，在五千年歲月中沉淀了豐富的體現(xiàn)人類“真善美”的精神文明。對于這些精神文明的傳承不僅能激發(fā)學(xué)生的文化認(rèn)同，還能培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷。精神文化的傳遞同時也需要物質(zhì)文明的寄托，在從抽象到具象的過程中，選擇的文化載體需要激發(fā)學(xué)生的好奇心，讓學(xué)生愿意了解、愿意學(xué)習(xí)。人類個體智能的發(fā)展通常與周圍的環(huán)境息息相關(guān)［6， 7］，文化載體的選擇也需要結(jié)合學(xué)生的周圍環(huán)境及生活經(jīng)驗。中國地大物博形成的文化資源有著很強的地域性特點。在選擇傳統(tǒng)文化時不妨從當(dāng)?shù)氐奶厣幕Y源入手，即符合學(xué)生的經(jīng)驗，課程實施也更便利。另外，以中華傳統(tǒng)文化為基礎(chǔ)的STEAM課程并不是文化的介紹課，是需要在文化視閾下結(jié)合數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程、科技等跨學(xué)科知識的綜合課程。學(xué)生學(xué)習(xí)過程需要以科學(xué)的利器對文化進(jìn)行深入的分析，全面客觀真實地探究文化。因此要注意選擇能夠體現(xiàn)科學(xué)性、邏輯性、人文性、藝術(shù)性的文化資源，將其處理為能激發(fā)學(xué)生深度思考的課程資源?？傊瑢τ趥鹘y(tǒng)文化的選擇既要考慮傳遞積極正向的文化觀念，又要注重從學(xué)生的生活實際出發(fā)，還要考慮文化資源的知識結(jié)構(gòu)與內(nèi)容深度。課程不僅僅是文化的工具和載體，也是文化得以存在傳承的原因，對文化的選擇是STEAM教學(xué)非常重要的一步。

基于此，本文選擇從當(dāng)?shù)匦率鲿r代馬家窯彩陶入手進(jìn)行STEAM項目式教學(xué)的開發(fā)。馬家窯彩陶是我國新石器晚期馬家窯文化最突出的代表物，其彩陶文化在一定程度上奠基了中國藝術(shù)的形式基礎(chǔ)，裝飾紋樣更是譜寫著中華民族深刻的歷史記憶、凝聚著樸實而基本的形式美［8］（如圖1）。利用馬家窯彩陶制陶工藝感受早期人類對真的探索，對善的表達(dá)，對美的追求，能極大增強學(xué)生的文化認(rèn)同及民族自豪感。對于當(dāng)?shù)貙W(xué)生來說，馬家窯彩陶從小耳濡目染，當(dāng)?shù)夭粌H有馬家窯博物館還有形式多樣的陶器體驗館。另外，馬家窯彩陶從制陶原料、胚體成型、彩繪燒制等各方面都蘊含著物理、化學(xué)、技術(shù)、歷史、藝術(shù)等多學(xué)科知識，運用多學(xué)科知識體系進(jìn)行探索也能鍛煉學(xué)生在真實情境下的復(fù)雜問題解決能力。

2? 分析項目課程學(xué)科融合點

確定以馬家窯彩陶為主題進(jìn)行STEAM課程開發(fā)后，首先對馬家窯彩陶進(jìn)行分析，尋找其中與STEAM學(xué)科融合的課程資源，梳理并建立各學(xué)科的知識點內(nèi)容表，如表1所示。

歷史新石器時代的文化演變；馬家窯文明中出現(xiàn)的文化類型；馬家窯時期遠(yuǎn)古先民的社會形態(tài)、經(jīng)濟(jì)形式以及生產(chǎn)技術(shù)水平。

美術(shù)從馬家窯紋飾圖騰中培養(yǎng)學(xué)生對色彩、紋理、美丑、對稱與均衡的美學(xué)思想，感受早期先民抽象思維的具象化藝術(shù)表達(dá)，創(chuàng)作彩陶藝術(shù)品。

數(shù)學(xué)（M）能對馬家窯彩陶的相關(guān)資料進(jìn)行圖表繪制整理、數(shù)據(jù)分析；對馬家窯彩繪中的軸對稱、中心對稱進(jìn)行判斷；在陶器表面繪制軸對稱、中心對稱圖形。

3? 構(gòu)建STEAM項目式問題引導(dǎo)框架

從本質(zhì)上來看，STEAM教育是以真實問題解決為任務(wù)驅(qū)動，讓學(xué)生通過運用多學(xué)科知識和技能來解決實際問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的實踐、創(chuàng)新與探究能力［9］。真實問題貫穿著整個STEAM教學(xué)活動，在思考問題、解決問題的過程中，學(xué)生的核心素養(yǎng)也得以提升。基于此，設(shè)計基于STEAM理念的馬家窯彩陶項目驅(qū)動式問題圖，如圖2所示。

4? 設(shè)計STEAM項目式教學(xué)活動框架

對STEAM項目驅(qū)動式問題進(jìn)行梳理后，如何設(shè)計恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)活動引導(dǎo)學(xué)生自然地展開問題的思考？為了確保教學(xué)活動的豐富性、深入性、趣味性，借鑒ETIC框架在課程空間象限劃分為“感受體驗型”（Experience to Understand）、“技藝訓(xùn)練型”（Train to Craft）、“探究學(xué)習(xí)型”（Inquiry to Learn）和“創(chuàng)新創(chuàng)作型”（Create to Innovate）四種主體項目類型，分別指向不同的文化傳承目標(biāo)、培養(yǎng)形式和項目產(chǎn)出。橫軸表示其項目培養(yǎng)方式，劃分為過程導(dǎo)向和結(jié)果導(dǎo)向兩種類型。前者側(cè)重過程，強調(diào)體驗和探究，設(shè)計意圖指向精神洗禮和觀念內(nèi)化；后者則側(cè)重結(jié)果，強調(diào)技藝外顯和創(chuàng)意物化，設(shè)計意圖指向技藝習(xí)得以及優(yōu)秀傳統(tǒng)文化在實物上的傳承?？v軸表示學(xué)習(xí)進(jìn)階能力，其根據(jù)布魯姆教育目標(biāo)分類法，記憶、理解、應(yīng)用屬于低階能力；分析、評價、創(chuàng)造屬于高階能力。在基于傳統(tǒng)文化的STEAM教育中，兩類能力的培養(yǎng)同等重要［10］。從項目類型、培養(yǎng)方式、進(jìn)階水平三個緯度進(jìn)行整體化模型的設(shè)計。從記憶、理解、應(yīng)用的感受體驗型活動（參加馬家窯博物館）和技藝訓(xùn)練活動（自制彩陶），到分析、評價、創(chuàng)造的探究（彩陶分析）創(chuàng)作（設(shè)計現(xiàn)代彩陶工具）活動，學(xué)生對馬家窯彩陶的認(rèn)識不斷深入，思維訓(xùn)練也不斷加強，如圖3所示。

5? 具體教學(xué)實施過程

5.1? 鑒賞馬家窯藝術(shù)之美

［準(zhǔn)備階段］聯(lián)系學(xué)校研學(xué)游團(tuán)隊，分發(fā)學(xué)習(xí)指南（指南內(nèi)容包括彩陶相關(guān)知識、學(xué)習(xí)任務(wù)、記錄表等）。學(xué)生以小組為單位在研學(xué)教師的陪同下參觀當(dāng)?shù)伛R家窯博物館。

［學(xué)生活動］前往馬家窯博物館觀看彩陶展，鑒賞彩陶的圖紋美。并根據(jù)學(xué)生指南的提示記錄彩陶的外觀、材料、性質(zhì)、用途、制作過程，完成后期的課外任務(wù)。

［教師總結(jié)］交流學(xué)生研學(xué)游活動感受，歸納研究觀察物質(zhì)的一般方法。

5.2? 探尋馬家窯彩陶制作工藝

5.2.1? 馬家窯彩陶原料選擇

［問題引導(dǎo)］探究陶器的化學(xué)組成一般將其分為常量元素和微量元素。常量元素是指含量高于或接近1%的元素，它們決定陶瓷的物理性質(zhì)和外觀，也反映陶瓷的原料種類和工藝［11］。根據(jù)陶胎中常量元素的組成，從新石器時代至漢代制陶所用的粘土可分為—普通易熔黏土、高鎂質(zhì)易熔黏土、高鋁質(zhì)耐火黏土、高硅質(zhì)黏土或瓷土四大類型［12， 13］。

［小組交流］根據(jù)教師所提供的資料，馬家窯時期文化類型可分為石嶺下、馬家窯、半山、馬廠。根據(jù)資料表2［14］，馬家窯彩陶中SiO2含量范圍在56.02%～69.79%之間，低于70%；Al2O3含量在12.4%～19.97%之間，平均值低于20%，助熔劑則高于11%，可判斷其粘土類型為普通易熔粘土，其化學(xué)組成以低氧化硅、低氧化鋁、高助熔劑為特征。其中“高助熔劑”有助于降低氧化硅和氧化鋁的熔化溫度（即熔點），有助于黏土的燒結(jié)（即把粉狀物料轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅荏w），把坯體轉(zhuǎn)變?yōu)樘掌鳎?5］。

［問題進(jìn)階］甘肅黃土大多為馬蘭黃土，我們周圍的馬蘭黃土能否用來制作馬家窯彩陶？

［小組發(fā)現(xiàn)］對比馬家窯時期陶片及馬蘭黃土的化學(xué)組成，從表2可以看出一般馬蘭黃土中SiO2、 Al2O3的含量大都低于陶片中的含量，而CaO的含量卻比陶片中的高。猜測在制陶的過程中CaO首先與水發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化鈣，氫氧化鈣又與空氣中的二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生碳酸鈣，碳酸鈣是難溶物會降低陶器的可塑性，并且在燒制時高溫下碳酸鈣容易分解產(chǎn)生二氧化碳對胎壁造成損壞，導(dǎo)致陶器開裂破碎，所以甘肅制陶一般不用馬蘭黃土。

涉及反應(yīng)的化學(xué)方程式：

CaO+H2OCa（OH）2； Ca（OH）2+CO2CaCO3↓； CaCO3高溫CaO+CO2↑。

5.2.2? 馬家窯彩陶的胚體成型

［教師提問］遠(yuǎn)古人選擇合適的制陶黏土后如何進(jìn)行處理？

［小組回答］查閱資源可知，在黏土確定后，首先去掉粗顆粒，再研磨成細(xì)土面進(jìn)行淘洗，將黏土加水?dāng)嚢璩赡酀{，之后將泥漿進(jìn)行澄濾以除殘存的渣滓。其中的渣滓有一部分為碳酸鈣沉淀。

［小組實驗］利用周圍黃土體驗制陶黏土的處理過程——除去大顆粒、研磨、沉淀、過濾?？偨Y(jié)每一步需要注意的操作事項，如表3所示。

［數(shù)據(jù)分析］對比馬家窯時期各類型陶片，其化學(xué)物質(zhì)含量發(fā)生了哪些變化？

［小組發(fā)現(xiàn)］從上述表2中可以看出，隨著馬家窯文化的發(fā)展，從早期的石嶺下類型到晚期的馬廠類型，彩陶中CaO的含量大抵呈下降的趨勢。可以看出隨著人類文明的發(fā)展，陶工的淘洗技術(shù)日益成熟，為彩陶的初步繁榮創(chuàng)造了有利條件。

［教師講述］淘洗完成后，對馬家窯彩陶坯體進(jìn)行塑形。其主要有捏制法、貼筑法和盤筑法。后期逐漸出現(xiàn)輪制法制陶，重點介紹輪制法，其標(biāo)志著陶器制作工藝的成熟。

5.2.3? 馬家窯彩陶的色彩變化

［資料介紹］馬家窯彩陶在燒制前就要進(jìn)行彩繪，馬家窯時期的彩陶主要以黑彩為主，并有少量的白彩、紅彩，在馬家窯文化晚期的半山與馬廠時期還出現(xiàn)了大量的棕色復(fù)合彩。

［教師提問］馬家窯彩陶的顏料選擇需要具有哪些性質(zhì)？馬家窯彩陶中的主要色彩化學(xué)成分有哪些？

［小組回答］顏料性質(zhì)：耐高溫，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。其中紅彩顯色物相為氧化鐵（Fe2O3），出土的礦物顏料是赤鐵礦的風(fēng)化物赭石，主要成分是氧化鐵（Fe2O3）。黑彩顯色物相為四氧化三鐵（Fe3O4），其礦物以磁鐵礦與黑錳礦為主。白彩主要成分為石膏或方解石，白色的顯色物相為CaCO3。根據(jù)陶片的燒成溫度在1000℃左右看，這時CaCO3已分解，但由于被壓入陶器表層，出窯后在空氣中又變?yōu)镃aCO3，部分陶器燒成后再繪彩，彩繪顏料為燒石灰（CaO），因其能吸收空氣中的CO2，硬化后變?yōu)镃aCO3而附著在陶器表面。

其中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程：CaCO3CaOCa（OH）2CaCO3。

5.2.4? 陶器燒成的影響因素

［教師提問］據(jù)考古學(xué)家推測，遠(yuǎn)古時期，人們?yōu)榱吮Ａ艋鸱N在地上鑿洞，久而久之發(fā)明了彩陶?；饚ьI(lǐng)人類走向了新的文明。我們學(xué)習(xí)過的燃燒指的就是火嗎？燃燒有哪些條件？

［學(xué)生回答］火是燃燒過程中的一種現(xiàn)象描繪，燃燒是指一種發(fā)光、發(fā)熱的劇烈氧化反應(yīng)。燃燒的條件：可燃物、與氧氣接觸、溫度達(dá)到著火點。

［教師提問］所有燃燒都是有利的嗎？講述北京冬奧會火炬設(shè)計環(huán)保理念。

［學(xué)生活動］交流燃燒帶來的污染物。

［教師介紹］陶器的燒成溫度受陶窯的結(jié)構(gòu)、黏土的成分、燒成氣氛的影響。陶窯主要有橫穴窯和豎穴窯。黏土的成分中具有耐火性的是Al2O3，而Fe2O3， CaO， K2O， Na2O， MnO則起熔劑作用。燒成氣氛是指窯內(nèi)氣體的組成和氧化或還原的能力，主要由其中氧氣的含量決定。陶窯密封不嚴(yán)時，空氣中含有的氧將坯體所含物質(zhì)氧化，陶器燒成后呈紅色或橙黃色；陶窯密封較好，氣體中含有一氧化碳（CO），具有將所含的鐵質(zhì)還原為氧化亞鐵（FeO）的能力，燒成后的陶器呈灰色或深灰色［16］。

［教師提問］馬家窯彩陶各類型的燒制特征有哪些？

［小組交流］馬家窯時期陶器的燒成溫度較高，由于陶窯多為橫穴窯，火候不是很均勻。在有些陶器底部和上部，外表和器里顏色也不相同。例如馬家窯半山類型的紅黑彩橙陶，表里為橙黃色，中層為紅色。馬家窯時期大多數(shù)器表呈紅色、橙黃色，燒成氣氛為氧化氣氛也說明當(dāng)時多用火直接燒制而較少封窯。

［交流匯總］總結(jié)陶器燒制思維導(dǎo)圖為圖4所示。

5.2.5? 陶質(zhì)文物可溶性鹽類的去除

［教師提問］你觀察到的馬家窯彩陶都有哪些磨損情況，分析其原因，并交流如何處理。

［小組交流］小組查詢資料［17］，討論交流，總結(jié)如表4所示。

5.3? 創(chuàng)新設(shè)計制陶探索工藝

5.3.1? 自制電動輪盤

［教師提問］分析古代輪制法，泥料拉坯成型的關(guān)鍵因素有哪些？如果讓你來制陶，想一想需要哪些工具呢？

［小組探究］小組查閱資源，探究制陶過程中的物質(zhì)運動及受力分析，總結(jié)制陶過程將泥料拉坯成型離心力、慣性力和泥料特性缺一不可。

［小組活動］設(shè)計方案，準(zhǔn)備原料與彩繪顏料，并自制電動輪盤。

［教師提問］電動輪盤工作的原理是什么呢？

［小組討論］電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是通電導(dǎo)線在磁場中受到安培力的作用，轉(zhuǎn)子帶動光盤轉(zhuǎn)動屬于勻速圓周運動，陶泥能附著在光盤上隨著光盤轉(zhuǎn)動時，靜摩擦力提供了陶泥轉(zhuǎn)動的向心力。陶泥被甩出時，最大靜摩擦力無法提供需要的向心力，陶泥做離心運動，被甩出去。

5.3.2? 自制彩陶藝術(shù)品

［教師提問］通過馬家窯彩陶圖紋你能看出遠(yuǎn)古先民的哪些特點？你能找出哪些軸對稱、中心對稱的圖形？

［學(xué)生回答］在馬家窯彩陶裝飾紋樣的“萬物有靈”中，常常能看到描繪水的漩渦紋、波浪紋，以及對動物神力崇拜表達(dá)的魚紋、蛙紋，對多子渴望的葫蘆紋。其中水波紋、蛙紋等都屬于軸對稱，部分菱形紋體現(xiàn)著中心對稱。

［學(xué)生活動］利用準(zhǔn)備好的原料、顏料以及自制的輪盤進(jìn)行陶器創(chuàng)作，用塑形、色彩、對稱等美學(xué)思想表達(dá)自我。

6? 總結(jié)

基于傳統(tǒng)文化的STEAM項目不應(yīng)只是簡單的動手操作，還應(yīng)包含有一定研究價值和深度的復(fù)雜性問題，并在思維和實踐層面上開展多方位多視角的文化內(nèi)涵挖掘［18］。本文基于中國新石器時期的馬家窯彩陶STEAM教學(xué)案例，通過鑒賞彩陶的藝術(shù)美，探究彩陶的性質(zhì)美，調(diào)查制陶的過程美，模擬制陶的設(shè)計美幾個過程，培養(yǎng)學(xué)生從認(rèn)識理解到應(yīng)用創(chuàng)新的高階思維能力。在此過程中通過豐富多樣的活動使學(xué)生提高對知識的跨學(xué)科綜合應(yīng)用能力，通過不同的作品輸出讓學(xué)生體驗遠(yuǎn)古先民的生活方式。正如法國人類學(xué)家列維·布留爾在研究原始思維時所說：“原始思維和我們的思維一樣關(guān)心事物發(fā)生的原因。［19］”利用STEAM教學(xué)理念破解原始制陶的奧秘，不僅能讓學(xué)生體會到人類早期先民認(rèn)識世界改造世界的過程，而且還能激發(fā)學(xué)生探求事物本質(zhì)原因的原始思維，是學(xué)生自我發(fā)現(xiàn)、自我生成、自我建構(gòu)的結(jié)果，在自由探索中也能建立起對華夏文明的文化認(rèn)同，樹立對祖國對家鄉(xiāng)的家國情懷。

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