基于STEAM教育理念的高中化學(xué)進(jìn)階教學(xué)策略研究

摘 要：以高中化學(xué)的某些學(xué)科大概念為錨點(diǎn)，STEAM教育理論和“學(xué)習(xí)進(jìn)階”理論做指導(dǎo)，借鑒PBL（基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)）和UbD逆向教學(xué)設(shè)計(jì)，探索構(gòu)建橫向與縱向雙維度整合的有效進(jìn)階教學(xué)策略，可促進(jìn)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)階發(fā)展，發(fā)展學(xué)生高階思維，使學(xué)生成為復(fù)合型創(chuàng)新人才。

關(guān)鍵詞：STEAM教育理論；學(xué)習(xí)進(jìn)階；學(xué)科大概念；學(xué)科核心素養(yǎng)

一、研究背景

當(dāng)前社會(huì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型給經(jīng)濟(jì)、社會(huì)領(lǐng)域帶來了重大變化，教育領(lǐng)域也發(fā)生了很大的變化。在21世紀(jì)，人們不能認(rèn)為教育是為了實(shí)用目的而傳授技能和知識(shí)：就在人們說話的時(shí)候，機(jī)器正在獲取這些技能，而人們正在數(shù)字信息的海洋中游泳。STEAM（Science，Technology，Engineering，Arts，Mathematics）“科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)”作為一種新型的教育模式，人們通過整合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)來創(chuàng)造新的專業(yè)領(lǐng)域，讓學(xué)生跟上進(jìn)步。為了迎接21世紀(jì)的挑戰(zhàn)，學(xué)生需要具備各種技能，如高階思維能力、批判性思維等，通過進(jìn)階學(xué)習(xí)，可促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，并運(yùn)用與自己認(rèn)知水平相適應(yīng)的科學(xué)解釋。學(xué)習(xí)進(jìn)階以大概念為錨點(diǎn)，協(xié)調(diào)優(yōu)化學(xué)科及跨學(xué)科知識(shí)教學(xué)，可促進(jìn)學(xué)生對(duì)大概念的跨學(xué)科結(jié)構(gòu)化理解[1]。“大概念”為反映專家思維方式的概念、觀念或論題，它具有生活價(jià)值[2]。大概念是反映學(xué)科本質(zhì)，結(jié)構(gòu)化的具有抽象性、概括性、統(tǒng)攝性和廣泛遷移價(jià)值的學(xué)科思想和觀念[3]。大概念是學(xué)科學(xué)習(xí)的核心，指向?qū)W習(xí)內(nèi)容的本質(zhì)特征，以學(xué)科大概念為錨點(diǎn)，STEAM教育理論和“學(xué)習(xí)進(jìn)階”理論做指導(dǎo)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，打破學(xué)科邊界，構(gòu)建上下進(jìn)階銜接、左右學(xué)科間聯(lián)通的課程體系[4]。這使學(xué)習(xí)者在當(dāng)前信息指數(shù)級(jí)發(fā)展的情況下積極面對(duì)未來的挑戰(zhàn)，對(duì)于豐富和充實(shí)高中教育教學(xué)理論，有著非常重要的意義。

二、研究思路

（一）化學(xué)學(xué)科大概念前概念、化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)現(xiàn)狀調(diào)研

調(diào)研分析初三、高中學(xué)段學(xué)生相關(guān)主題的化學(xué)學(xué)科大概念或跨學(xué)科大概念的前概念（迷思概念）及化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)的現(xiàn)狀。調(diào)研初中、普通高中6所。

具體的調(diào)查方式：學(xué)生化學(xué)學(xué)科大概念或跨學(xué)科大概念前概念形成性調(diào)查問卷及學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)水平、自我效能感調(diào)查問卷及教師大概念學(xué)科理解、PCK（Pedagogical Content Knowledge）學(xué)科教學(xué)知識(shí)調(diào)查問卷。其中化學(xué)學(xué)科大概念診斷問卷為二段式診斷問卷，每題包含兩個(gè)問題設(shè)置，第二小題是針對(duì)學(xué)生選擇第一小題的選項(xiàng)的證據(jù)支持解釋，最后還留了一個(gè)開放式的理由支持。這樣將主觀題與客觀題考查相結(jié)合可準(zhǔn)確而全面地了解各學(xué)段學(xué)生學(xué)科大概念前概念現(xiàn)狀。

以《原電池》前概念診斷問卷中一題為例說明：

1.下列關(guān)于原電池的相關(guān)說法正確的是（? ）

A.原電池的電極材料必須是活性不同的金屬或非金屬，且較活潑的金屬做負(fù)極

B.原電池的電極材料可以相同

C.電子由原電池的負(fù)極通過電解質(zhì)溶液流向原電池的正極，構(gòu)成閉合回路

D.電解質(zhì)溶液一定參與電極反應(yīng)

2.你選擇上題的理由是（? ）

A.電極材料一定參與原電池反應(yīng)，且還原性較強(qiáng)的電極做負(fù)極

B.原電池的電極材料提供反應(yīng)的是電子的場所及傳導(dǎo)電子的作用，不一定參與反應(yīng)

C.電流的產(chǎn)生一定是自由電子的定向移動(dòng)產(chǎn)生，電子可以在電解質(zhì)溶液中移動(dòng)

D.電極反應(yīng)為電解質(zhì)溶液與電極的反應(yīng)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，電解質(zhì)溶液必然參與電極反應(yīng)

E.其他

（二）基于STEAM教育理論的高中化學(xué)進(jìn)階教學(xué)的縱向維度

1.模型構(gòu)建

基于化學(xué)學(xué)科大概念前概念、化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)現(xiàn)狀調(diào)研，構(gòu)建“假設(shè)—實(shí)踐—測試—評(píng)價(jià)—修正”的提升學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)策略假設(shè)模型。

初步某些化學(xué)大概念或跨學(xué)科大概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階假設(shè)框架。主要包括四個(gè)維度，學(xué)習(xí)目標(biāo)、發(fā)展變量、成就水平及各水平的學(xué)業(yè)表現(xiàn)。

（1）學(xué)習(xí)目標(biāo)：大概念學(xué)習(xí)的最高成就水平，本研究學(xué)習(xí)目標(biāo)是學(xué)生高中畢業(yè)時(shí)學(xué)生應(yīng)具備的學(xué)科核心素養(yǎng)。

（2）發(fā)展變量：一般是學(xué)科或跨學(xué)科大概念，本研究的發(fā)展變量主要有：原電池、元素周期律、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等大概念。

（3）成就水平：即學(xué)生學(xué)習(xí)大概念的階段性目標(biāo)要求。主要研究學(xué)生的大概念在初高中銜接階段、必修學(xué)習(xí)階段、選擇性必修學(xué)習(xí)階段、選修學(xué)習(xí)階段應(yīng)達(dá)到的認(rèn)知及科學(xué)素養(yǎng)水平。

（4）各水平的學(xué)業(yè)表現(xiàn)：是指處于某階段成就水平的學(xué)生在完成某類學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)所應(yīng)有的表現(xiàn)[5]。

2.構(gòu)建基于STEAM教育理念的高中化學(xué)進(jìn)階教學(xué)策略假設(shè)模型

以某些化學(xué)大概念或跨學(xué)科大概念為錨點(diǎn)，學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展為目標(biāo)，合理設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)項(xiàng)目，形成性統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生不同學(xué)習(xí)階段的學(xué)習(xí)表現(xiàn)與實(shí)證數(shù)據(jù)，描繪學(xué)生的學(xué)習(xí)成就水平，檢測大概念學(xué)習(xí)的各種水平及其具體指標(biāo)，修訂并完善學(xué)習(xí)進(jìn)階的假設(shè)框架，構(gòu)建出有效的學(xué)習(xí)進(jìn)階框架。

可從兩方面評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)進(jìn)階框架是否有效：一是形成性驗(yàn)證學(xué)生對(duì)大概念理解的實(shí)際發(fā)展是否如學(xué)習(xí)進(jìn)階所描述；二是采用基于學(xué)習(xí)進(jìn)階框架的化學(xué)教學(xué)，學(xué)生的大概念理解即素養(yǎng)發(fā)展水平是否比傳統(tǒng)的好。反復(fù)驗(yàn)證并修正框架，最終構(gòu)建基于STEAM教育理念的高中化學(xué)進(jìn)階教學(xué)策略假設(shè)模型。

（三）基于STEAM教育理論的高中化學(xué)進(jìn)階教學(xué)的橫向維度

基于STEAM教育理論及學(xué)生具體實(shí)際，借鑒以問題或項(xiàng)目為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)（PBL）教學(xué)方法及UbD（Understanding by Design）追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)理論指導(dǎo)下的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)，構(gòu)建提升學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)假設(shè)模型。以解決生活中真實(shí)具體的問題或?qū)W生感興趣的問題為核心任務(wù)，再依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)及各版教材提煉學(xué)科大概念或跨學(xué)科大概念，并設(shè)置學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)。在上課前學(xué)生知道學(xué)習(xí)目標(biāo)及衡量目標(biāo)是否達(dá)成的評(píng)價(jià)量表，再通過跨學(xué)科共同體（本校的不同學(xué)科教師或跨學(xué)科校際聯(lián)盟）共同進(jìn)行學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，以跨學(xué)科大概念橫向連接不同學(xué)科的知識(shí)及思維方式。讓學(xué)生對(duì)一個(gè)問題的理解及解決能夠融合不同學(xué)科的知識(shí)及學(xué)科思維方式，在解決問題過程中主動(dòng)建構(gòu)結(jié)構(gòu)化的知識(shí)和思維方式，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)螺旋式進(jìn)階發(fā)展。

（四）基于STEAM教育理論的高中化學(xué)進(jìn)階教學(xué)實(shí)踐及教學(xué)評(píng)價(jià)

對(duì)研究主題的教學(xué)分別設(shè)計(jì)兩份教學(xué)策略，一份按照傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，另一份參照已規(guī)劃的基于STEAM教育理論提升學(xué)生核心素養(yǎng)的進(jìn)階教學(xué)策略進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)者在實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班中將學(xué)生對(duì)某些化學(xué)學(xué)科大概念和跨學(xué)科大概念的理解水平、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)水平進(jìn)行前測，進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐時(shí)對(duì)照班中繼續(xù)按傳統(tǒng)教學(xué)策略進(jìn)行教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)班中使用另一份教學(xué)策略進(jìn)行教學(xué)，授課后再對(duì)兩個(gè)班進(jìn)行后測。通過將運(yùn)用SPSS＼SEM 計(jì)量統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)兩個(gè)班級(jí)的前后測成績進(jìn)行信度和效度分析，并收集課堂實(shí)時(shí)表現(xiàn)及分階段訪談相關(guān)教師和學(xué)生進(jìn)行形成性評(píng)價(jià)，分析相關(guān)大概念的基于STEAM教育理論進(jìn)階教學(xué)策略對(duì)學(xué)生的學(xué)、教師的教是否有促進(jìn)作用，通過具體的教學(xué)實(shí)踐實(shí)證檢驗(yàn)、修正并完善學(xué)習(xí)進(jìn)階框架，最終確定合適的教學(xué)策略。

三、研究的價(jià)值及主要觀點(diǎn)

（一）研究的價(jià)值

一是從理論上看，本課題基于STEAM教育理論，借鑒進(jìn)階學(xué)習(xí)理論、PBL教學(xué)方法和UbD逆向教學(xué)設(shè)計(jì)及建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀，構(gòu)建高中化學(xué)進(jìn)階教學(xué)框架。STEAM教育本身就具有學(xué)科融合的特點(diǎn)，但在科學(xué)大概念教學(xué)中展現(xiàn)這一特性，需要“學(xué)習(xí)進(jìn)階”理論進(jìn)行縱向整合，并制定出行之有效的教學(xué)策略。本研究期望通過高中化學(xué)教育實(shí)踐，將STEAM 教育理論和“學(xué)習(xí)進(jìn)階”理論應(yīng)用到高中化學(xué)進(jìn)階教學(xué)設(shè)計(jì)，豐富和充實(shí)中學(xué)STEAM教育教學(xué)理論，同時(shí)也為其他同行教師教育教學(xué)提供一定的參考與借鑒。

二是從實(shí)踐上看，高中化學(xué)教學(xué)中普遍存在化學(xué)的學(xué)習(xí)與學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展不連續(xù)的問題。本課題以 STEAM 教育理論和“學(xué)習(xí)進(jìn)階”理論做指導(dǎo)，貫徹“以人為本”的學(xué)生觀、建構(gòu)主義教學(xué)觀，基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)方法和UbD逆向教學(xué)設(shè)計(jì)，通過具體的教學(xué)實(shí)踐，設(shè)計(jì)教學(xué)案例，并結(jié)合實(shí)際的教學(xué)情況，不斷地對(duì)高中某些大概念的教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，可以促進(jìn)學(xué)生科學(xué)概念的理解力和科學(xué)實(shí)踐能力的發(fā)展與提升，同時(shí)也促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的連續(xù)發(fā)展。

（二）主要觀點(diǎn)：

1.學(xué)生核心素養(yǎng)進(jìn)階發(fā)展要以教學(xué)實(shí)踐為主要突破。首先，教師應(yīng)清楚學(xué)生在學(xué)科教學(xué)前的認(rèn)知水平、動(dòng)機(jī)水平（“前概念”），在此基礎(chǔ)上選擇能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)并符合學(xué)生實(shí)際發(fā)展水平的教學(xué)素材，再在此基礎(chǔ)上設(shè)置適切的學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)任務(wù)。其次，教師應(yīng)清楚學(xué)生的認(rèn)知、情感發(fā)展特點(diǎn)，在不同的學(xué)習(xí)階段選擇合適的教學(xué)策略進(jìn)階地促進(jìn)學(xué)生的核心素養(yǎng)發(fā)展[6]。

2.圍繞化學(xué)核心概念，基于STEAM教育理論和“學(xué)習(xí)進(jìn)階”理論，從橫向與縱向雙維度構(gòu)建“假設(shè)—實(shí)踐—測試—評(píng)價(jià)—修正”不斷循證修正相關(guān)學(xué)科大概念或跨學(xué)科大概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階框架，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)高中化學(xué)教學(xué)，能促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生的高階思維。

四、可能的創(chuàng)新之處

研究視角創(chuàng)新。本研究以STEAM教育理論和學(xué)習(xí)進(jìn)階理論為指導(dǎo)，以某些化學(xué)學(xué)科大概念和跨學(xué)科大概念為錨點(diǎn)，以提升學(xué)生核心素養(yǎng)為學(xué)習(xí)目標(biāo)，橫向與縱向雙維度構(gòu)建大概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階框架，并以此選擇合適的教學(xué)策略，目前國內(nèi)還沒有對(duì)其進(jìn)行全面的研究。

研究方法創(chuàng)新。本研究通過高中各學(xué)段相關(guān)核心概念的前概念的二段式診斷試題、學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、自我效能感調(diào)查問卷及教師的學(xué)科理解水平和PCK水平現(xiàn)狀調(diào)查多角度分析，初步提出學(xué)某些大概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階框架假設(shè)，在化學(xué)教學(xué)中循環(huán)修正完善，構(gòu)建基于STEAM教育理論和“學(xué)習(xí)進(jìn)階”理論橫向與縱向雙維度整合的某些大概念的有效學(xué)習(xí)進(jìn)階框架，并以此為依據(jù)指導(dǎo)優(yōu)化高中化學(xué)教學(xué)策略，國內(nèi)很少有人研究。

五、研究反思

（一）優(yōu)化概念學(xué)習(xí)和教學(xué)方式

正視高中生化學(xué)概念學(xué)習(xí)困境和核心素養(yǎng)提升的需要，利用學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，以某些學(xué)科大概念和跨學(xué)科大概念為錨點(diǎn)，先構(gòu)建基于STEAM教育理念的高中化學(xué)進(jìn)階教學(xué)策略模型，基于該模型，著眼于高中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐不斷循環(huán)驗(yàn)證、完善，最終構(gòu)建“動(dòng)機(jī)—過程—評(píng)價(jià)—反思”進(jìn)階學(xué)習(xí)模型，形成了化學(xué)概念進(jìn)階學(xué)習(xí)策略體系，最終優(yōu)化學(xué)生的概念學(xué)習(xí)和教學(xué)方式，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科知識(shí)和核心素養(yǎng)的連續(xù)發(fā)展與進(jìn)階提升。

（二）豐富學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)和反思方式

評(píng)價(jià)多角度且貫穿整個(gè)學(xué)習(xí)過程。在學(xué)生參與學(xué)習(xí)之前，不僅評(píng)估學(xué)生先前知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，而且對(duì)他們的自我概念（主要包括自我效能感和動(dòng)機(jī)）進(jìn)行透徹的分析，且評(píng)價(jià)貫穿整個(gè)學(xué)習(xí)過程。通過合理分析學(xué)生學(xué)習(xí)表現(xiàn)的訪談與實(shí)證數(shù)據(jù)可以獲得準(zhǔn)確的前饋和形成性反饋，不僅可以讓教師把握準(zhǔn)確的教學(xué)進(jìn)階起點(diǎn)，而且讓學(xué)生能夠以可靠的方式及時(shí)了解自己當(dāng)前的表現(xiàn)，調(diào)整自己的學(xué)習(xí)進(jìn)程，為構(gòu)建進(jìn)階學(xué)習(xí)模型提供科學(xué)依據(jù)。

（三）創(chuàng)新項(xiàng)目過程性研究方式

量質(zhì)結(jié)合的混合研究方法，“四位一體”迭代循環(huán)體系，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。通過高中各學(xué)段學(xué)生相關(guān)核心概念的前概念的二段式診斷試題、對(duì)概念學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)、自我效能感調(diào)查問卷及教師PCK（學(xué)科教學(xué)知識(shí)）的調(diào)查分析，通過模型建構(gòu)、教學(xué)實(shí)踐、合理評(píng)價(jià)、完善修正“四位一體”迭代循環(huán)體系，構(gòu)建有效的進(jìn)階學(xué)習(xí)模型，并以此為依據(jù)，優(yōu)化高中化學(xué)概念學(xué)習(xí)和教學(xué)策略，進(jìn)階提升了學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)。

結(jié)束語

以跨學(xué)科大概念及學(xué)科大概念為錨點(diǎn)的STEAM課程，通過學(xué)習(xí)任務(wù)的進(jìn)階設(shè)計(jì)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，以“化學(xué)核心素養(yǎng)”提升為學(xué)習(xí)目標(biāo)，設(shè)計(jì)多角度貫穿學(xué)習(xí)過程的合理評(píng)價(jià)、及時(shí)反饋體系，構(gòu)建上下進(jìn)階銜接、左右學(xué)科間聯(lián)通的課程體系，進(jìn)階發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，讓學(xué)生在信息指數(shù)級(jí)發(fā)展的情況下利用跨學(xué)科思維創(chuàng)造性地解決問題，使學(xué)生能夠適應(yīng)未來不可預(yù)見、不確定的挑戰(zhàn)，成為數(shù)字世界的全球化公民。

參考文獻(xiàn)

[1]皇甫倩，常珊珊，王后雄.美國學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究進(jìn)展及啟示[J].外國中小學(xué)教育，2015（8）：53.

[2]劉徽.“大概念”視角下的單元整體教學(xué)構(gòu)型：兼論素養(yǎng)導(dǎo)向的課堂變革[J].教育研究，2020，41（6）：64-77.

[3]鄭長龍.大概念的內(nèi)涵解析及大概念教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施策略[J].化學(xué)教育（中英文），2022，43（13）：6-12.

[4]劉登琿，卞冰冰.大概念統(tǒng)攝下的STEM課程一體化建構(gòu)策略：STEM Road Map的實(shí)踐與啟示[J].全球教育展望，2022，51（4）：101-111.

[5]楊義洪.基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論提升學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)策略[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2019（12）：9-10.

[6]楊義洪.基于提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的“元素周期律”進(jìn)階教學(xué)（蘇教版必修二）[J].文理導(dǎo)航（中旬），2020（5）：54-55，57.

本文系江蘇省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃重點(diǎn)課題“基于STEAM教育理念的高中化學(xué)進(jìn)階教學(xué)策略研究”（課題編號(hào)：C-b/2021/02/50）的研究成果；江蘇省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃重點(diǎn)課題“化學(xué)學(xué)科利用模型與建模策略培育學(xué)生科學(xué)思維的實(shí)踐研究”（課題編號(hào)：B/2021/02/255）的研究成果；江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃重點(diǎn)課題“運(yùn)用‘學(xué)習(xí)進(jìn)階理論優(yōu)化高中化學(xué)教學(xué)策略的研究”（課題編號(hào)：C-b/2016/02/47）的研究成果；全國教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃教育部重點(diǎn)課題子課題“基于STEAM教育理念的高中化學(xué)智能教學(xué)設(shè)計(jì)研究”（課題編號(hào)：DCA190327-32030）的研究成果。