核心素养导向的科学与人文融合教育初探--STEAM教育的借鉴与思考

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‘现代基础教育研究“第31卷,2018年9月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ResearchonModernBasicEducation)Vol.31,Sept.2018核心素养导向的科学与人文融合教育初探 STEAM教育的借鉴与思考王丽娟1,2,刘林德1,刘家熙2,周欣欣1(1 鲁东大学生命科学学院,山东烟台264025;2 首都师范大学生命科学学院,北京100048)㊀㊀摘㊀要:㊀STEAM教育是一种跨学科的整合教育,整合了 A 的STEAM教育可以促进学生的情感融入㊁美的追求和精神境界的提升㊂STEAM教育与我国的核心素养教育在人才观等方面高度契合,STEAM教育可以为核心素养的落实助力㊂以生物学教学为例,文章提出基于STEAM教育㊁注重科学与人文融合的教学建议:开发STEAM课程资源,构建科学与人文融合的内容体系;开展基于项目㊁基于设计等的STEAM学习,优化科学与人文融合的教学策略;采用多元化的教学评价,推进科学与人文的多元价值交融㊂㊀㊀关键词:㊀核心素养;STEAM教育;科学与人文;生物学教学;基于项目的学习㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀基金项目:本文系全国教育信息技术研究课题 STEAM课程开发与实践研究 (立项号:174430034)的研究成果之一㊂作者简介:王丽娟,鲁东大学生命科学学院讲师,首都师范大学生命科学学院博士研究生,主要从事生物课程与教学论研究㊂刘林德,鲁东大学生命科学学院教授,博士,主要从事遗传学与生态学研究㊂刘家熙,首都师范大学生命科学学院教授,博士生导师,博士,主要从事植物学与生物教育学研究㊂周欣欣,鲁东大学生命科学学院研硕士究生,主要从事生物学科教学研究㊂㊀㊀从当前国际上普遍关注的STS㊁STEM㊁STEAM㊁核心素养等教育理论和教学实践看,开展跨学科教育,培养跨学科的创新人才是各国共同追寻的目标㊂跨学科教育是一种课程设计与教学的模式,在该模式下,单个教师或团队对两门或多门学科或知识体系的信息㊁资料㊁技术㊁工具㊁观点㊁概念或理论进行辨识㊁评价并整合,以提高学生理解议题㊁处理问题㊁创造新方法和解决方案的能力,而那些解决方案超出了单门学科或单个教学领域的范围㊂[1]美国新媒体联盟发表的‘国际教育信息化发展2015地平线报告(基础教育版)“中谈道,STEAM的教育理念设计是:所有学科彼此关联,这样学生才能对真实世界获得整体的㊁相互联系的认知㊂[2]新的课程标准提出,各学科课程教学的总目标是提升学生的核心素养㊂对于科学课程的学习来说,仅仅注重科学知识的习得是不够的,还必须注重科学知识在现实生活中的应用,注重科学思维和方法的训练,尤其要注重科学与人文㊁艺术㊁社会等的相互渗透和融合㊂因此,科学教育应该以课程标准为依据,开展以核心素养为导向的教学㊂尤其应在科学教育中注重跨学科的教育,完善学生的多学科知识体系,促进科学与人文艺术的融合,培养综合性㊁跨学科的人才㊂但是,当前针对我国学生发展核心素养的调查(以生物学为例)结果显示:生物学教育在科学素养和主动探究方面提及较多,但对人文和社会方面的核心素养指标的培养缺乏重视,比如自信心㊁尊重与包容㊁艺术与审美能力㊁公民意识㊁多元文化等㊂本文以生物学为例,借鉴STEAM教育探讨 在理科分科教学中如何实现科学与人文的融合 ,以提升学721第31卷㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀‘现代基础教育研究“(ResearchonModernBasicEducation)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2018年9月生的核心素养㊂一㊁对接STEAM教育与核心素养,指向科学与人文的融合1 科学教育以核心素养体系为基核心素养是学生在接受相应学段的教育过程中,逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力㊂核心素养以培养 全面发展的人 为核心,是情感㊁态度㊁知识㊁技能的综合表现,具有个人价值和社会价值㊂[3]首先,核心素养提升的核心是 人的全面发展 ㊂人的全面发展意味着全面和谐的发展㊂其中,科学与人文的和谐教育是实现人的全面发展的重要途径㊂[4]新的课程改革提出发展学生的核心素养,是前一阶段三维目标的进一步深化,也更凸显了跨学科和综合的特性㊂中国学生发展核心素养分为 文化基础㊁自主发展㊁社会参与 三个方面,综合表现为 人文底蕴㊁科学精神㊁学会学习㊁健康生活㊁责任担当㊁实践创新 六大素养㊂从理论的角度可以说,人文底蕴是文明人的基本标识;科学精神是现代人的基本品格㊂这两者在教育过程中的有机结合是新时代人才培养的必然要求㊂人文底蕴主要包括人文积淀㊁人文情怀和审美情趣㊂[5]核心素养是学科壁垒的 溶化剂 ,以核心素养体系为基,各学科教学可以实现统筹统整㊂核心素养一方面可以指导㊁引领㊁辐射学科课程教学,彰显学科教学的育人价值㊂另一方面,核心素养的达成依赖各个学科的独特育人功能的发挥㊁学科本质和特点的发掘㊂‘普通高中生物课程标准“明确提出,高中教育阶段的生物学课程是以提高核心素养为宗旨的学科课程㊂生物学核心素养主要包括 生命观念㊁理性思维㊁科学探究和社会责任 四个方面㊂‘标准“中除科学知识㊁技能㊁能力等方面,还谈到科学与人文的整合方面:形成科学的自然观和世界观,解决实际问题;崇尚严谨和务实的求知态度,具有合作精神,乐于并善于团队合作,勇于创新;形成生态意识,参与环境保护实践;主动向他人宣传健康生活和关爱生命等相关知识,具有开展生物学实践的意愿和社会责任感㊂2 STEAM教育及其学科整合框架的借鉴STEAM是由美国政府提出的STEM教育战略衍生而来,最初只有科学㊁技术㊁工程和数学四门㊂2010年美国维吉尼亚科技大学学者格雷特㊃亚克门(GeorgetteYakman)在STEM的基础上加入 A (艺术),并提出了金字塔形的STEAM学科整合的教育框架,STEAM成为包容性更强的跨学科综合教育㊂[6]STEAM教育中五个学科构成一个有机整体,数学是STEAM各领域的基础,科学是STEAM的重要组成元素,技术是支持STEAM教育的工具,工程是STEAM活动中解决实际问题的途径,人文艺术促进了STEAM各领域的发展㊂[7]STEAM学科综合的教育框架中,金字塔的第五层是具体课程水平,这一水平主要是科学㊁技术㊁工程㊁艺术和数学等学科的相关课程㊂第四层是具体学科水平,这一水平主要探讨了科学㊁技术㊁工程㊁艺术和数学学科相互之间的联系㊂第三层是多学科水平,这一水平是将艺术渗透到科学㊁技术㊁工程和数学四个学科中㊂将艺术(Art)渗透到STEM教育中,这样的模式使得学生接受的STEM教育有了情感的融入和美的追求㊂第二层为综合水平,主要是将科学㊁技术㊁工程㊁艺术和数学融合成跨学科的STEAM教育(艺术与STEM相互作用,决定了其发展方向)㊂最顶层是通识水平,这一水平代表的是最终的教育目标,与全人教育和终身教育相联系㊂[8]STEAM中的 A 广义上包括了美术㊁音乐㊁社会㊁语言等人文艺术学科㊂艺术加入STEM教育中,是对这四类课程的良好补充,能帮助学生优化不同学科知识的理解与应用㊂3 对接STEAM与核心素养,指向科学与人文的融合STEAM教育与核心素养在人才观㊁创新观与知识观等方面有高度的契合性,STEAM为未来培养综合性㊁全方位的人才,与核心素养秉持的 全面发展的人 的人才观不谋而合㊂具体到STEM与 A 整合的方面,STEAM框架的第四层㊁第三层和第二层,充分体现了STEM与 A 交叉㊁融合进而整合的教育追求㊂科学课程中的核心素养同样强调了人文底蕴㊁科学精神等各素养之间相互联系㊁互相补充㊁相互821王丽娟,刘林德,刘家熙,周欣欣:核心素养导向的科学与人文融合教育初探促进,在不同情境中整体发挥作用㊂因此,STEAM与科学课程的核心素养教育都强调科技与人文艺术的融合与共同发展,STEAM可以为核心素养的落地和渗透提供载体㊂STEAM教育与核心素养的对接,依赖于科学课程的内容设置㊁课程情境设计与多元评价等方面进行的有机对接,进而实现STEAM教育,为核心素养的落实助力㊂基于STEAM教育中的 A 进行科学教育,可以根据教学目标㊁学生水平和学科特点,依照STEAM框架中艺术与其他学科不同的整合程度,逐渐开展STEAM教育,使得学生逐步形成科技与人文的整体性知识和能力,从而在未来的生产㊁生活中发挥科学的经济价值㊁技术价值和人文价值㊂二㊁开发STEAM课程资源,构建科学与人文融合的内容体系STEAM课程包括科学㊁技术㊁工程和数学以及人文艺术课程,是STEAM视域下跨学科的课程㊂培养科学与人文艺术整合的核心素养,教师要善于开发科学与人文艺术交叉与融合的STEAM课程资源,构建科学与人文艺术整合的课程体系㊂基于STEAM中的 A 的科学课程资源开发中,尤其要注重媒体和信息技术资源(如3D打印)㊁生活资源和社会资源的开发和利用,课程内容融有不同程度的STEM和人文艺术整合成分,体现科学与人文艺术(S-A)㊁技术与人文艺术(T-A)㊁工程与人文艺术(E-A)㊁数学与人文艺术(M-A)的相互联系,体现人文艺术对STEM的多学科渗透㊂以中学生物学为例,生物学课程是科学领域的重要学科课程之一,同时又是一门科学课程,与物理㊁化学等自然科学存在着交叉,密不可分㊂生物学课程内容中蕴含着丰富的STEM与人文艺术交叉㊁融合的资源㊂1 充分利用或挖掘教材中的相关资源高中学习到基因等遗传内容时,教师可以介绍2017年北京大学瞿礼嘉团队发现并在Science等期刊上发表的成果㊂瞿礼嘉课题组发现了花粉管质膜上的两个受体,命名为BUPS1和BUPS2,BUPS1和BUPS2受体基因参与花粉管爆炸释放精细胞的分子机制㊂BUPS命名源自‘西游记“中的典故㊂孙悟空大闹天宫失败后,被如来佛祖拿住,压在五行山下㊂为防孙悟空逃出,佛祖用写有金字咒文的压贴(Buddha sPaperSeal,缩写BUPS)压在五行山顶上,猴王被彻底封住㊂[9]通过对学生介绍科学家融合了艺术表现手法促进科学理解的科学研究,不仅能引导学生了解最新科研成果,同时激发学生学习科学的热情,还开展了科学与文学艺术㊁传统文化的融合教育㊂另外,教材中一章的最后一节往往是与社会生产生活实践㊁环保等密切相关的内容,是进行科学与人文艺术融合教育的重要资源㊂2 精选科学史中的相关资源科学史是科学的形成和发展的历史,体现科学在人类社会发展中的地位与作用,更能反映人类社会尤其是创新思维意识等对科学发展的影响㊂因此科学史中蕴含着丰富的资源,可以借以开展科学与人文融合的教育㊂例如,针对科学与绘画艺术方面的相互促进,可以讲述生命科学发展史上文艺复兴时期的伟大画家达㊃芬奇的故事㊂[10]再比如,讲到人的生殖和发育,可以让学生阅读不同时期与性别相关的科学研究成果等生命科学史的内容并开展辩论,关注宗教㊁文化㊁社会和科学中的性别差异与性别不平等人文社会问题[11],树立平等㊁尊重等生命意识㊂3 开发社会性议题、新闻和社区相关资源论及基因检测技术的应用,可以 DNA检测鉴定曹操墓 为例,体现生物技术与历史学㊁人类学等的密切关系㊂2010年8月6日,人民网以 DNA检测与曹操墓确认 为题发布了一则新闻,复旦大学现代人类学教育部重点实验室宣布:向全国征集曹姓男性参与Y染色体检测,拟用DNA技术辨别河南安阳 曹操墓 的真伪㊂以Y染色体为代表的分子人类学技术成为曹操墓的真伪㊁曹操后人和曹操真伪鉴定最终的 一锤定音者 ㊂[12]另外,社区资源比如博物馆㊁动物园㊁农业合作社㊁养殖场㊁环保检测机构等,也都是辅助生物学教学的有效资源,学生在劳动㊁服务㊁实践中获得体验㊁感悟,促进了科学与人文素养的共同提升㊂921三㊁开展基于项目的STEAM学习,优化科学与人文融合的教学策略STEAM教育的核心目标是通过灵活应用基于项目的学习㊁基于设计的学习㊁基于问题的学习㊁探究性学习等学习方式,来培养学习者综合利用STEAM知识解决现实问题的能力和创新能力㊂生物学教学中应该积极开展与生物学课程相关的科技活动和社会实践活动,以生活㊁生产实际为导向,让学生在合作与探究㊁设计与制作㊁自主与体验中学习㊂有条件的话,充分利用生物学实验室或建立的专题研究实验室和跨学科综合实验室,开展跨学科的教学,并在教学中关注科学与人文的融合,让学生有能力体验科学界的丰富性,感受科学相关知识的实效性,了解现实生活中的难题并尝试解决问题㊂这要求教师明确生物学课程标准中的课程目标㊁内容标准等,并与相关的学科标准建立联系,从而选择和确定学习项目或活动围绕的主题,围绕主题开展活动,并提交产出或作品㊂下表列举了生物学教学中开展STEAM教育促进科学与人文融合的部分项目和活动建议(见表1)㊂表1㊀基于STEM-A的项目活动示例项目和资源与人文的联系与STEM的联系教学活动性别差异分析历史和环境STS(宗教㊁文化㊁社会等)数学/数理统计生物科学/解剖学㊁生理学工程与技术/基因检测结合人的生殖与发育㊁遗传等内容,开展文献查阅㊁科学史阅读㊁调查㊁辩论等相关活动,提交调研报告科技期刊封面的赏析与创意设计STS(绘画艺术㊁文化)生物科学工程与技术/计算机技术数学/测量赏析Cell期刊封面设计,并尝试结合科技内容进行封面的创意设计或绘画创办养鸡场STS(经济与社会生产)生物科学/动物学工程与技术/养殖技术数学/数理统计结合鸟类的生殖与发育㊁生物资源开发与利用模块等开展鸡卵孵化器的制作㊁卵的孵化㊁养殖和营销宣传活动绿水青山 社区设计STS(环境与健康㊁文化与艺术)生物科学/园艺与景观生态学化学/肥料㊁清洁剂数学/测量㊁比例结合 绿水青山就是金山银山 的环境理念和生物学中的知识等,开展景观设计和美化家园的活动绿色 帆布包的制作STS(环境㊁健康㊁绘画艺术)生物科学/分类学化学/塑料袋等引导学生选择使用对环境负面影响最小的㊁支持可再生能源的技术㊂设计和制作手工制品时,偏向于使用可回收的材料或者可以利用的废弃材料,绘画或印制生物图案四㊁采用多元化的教学评价,推进科学与人文的多元价值交融STEAM教育是一种综合的教育模式,它和核心素养教育一样都秉持着 科学教育与人文教育并重 的价值观㊂STEAM不是简单叠加各门学科,而是各门学科融合形成有机的整体㊂它不仅注重学生的STEAM学习兴趣和动机,强调学生对各学科的综合知识的掌握,更注重培养学生的创新能力㊁实践能力㊂因此,对STEAM教育开展的教学评价也应该是系统的㊁整合的㊁多元的㊂目前我国基础教育中教学评价比较单一,主要开展以单一学科的知能为目标的终结性评价,评价方式往往采用传统的纸笔测验,缺少表现型评价和过程性评价㊂基于STEAM教育目标的科学性㊁人文性㊁综合性㊁实践性㊁创新性等特点,STEAM教育的评价应该采用多元化的评价方式,包括终结性评价与过程性评价结合㊁传统纸笔测验与表现型评价结合㊁教师主体与学生主体结合㊁线上(信息技术)评价与线下(面对面)结合㊂此外,学生的学习成果可以整理形成纸质档案袋或电子档案袋,学生成长档案袋可以记录学生的学习经历㊁任务完成情况及质量等,用多项学习结果显示学生达成多元学习目标的程度㊂以创办养鸡场(鸡卵孵化)为例,本STEAM项目涉及了生物学㊁养殖技术㊁病理学㊁数理统计以及经031第31卷㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀‘现代基础教育研究“(ResearchonModernBasicEducation)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2018年9月王丽娟,刘林德,刘家熙,周欣欣:核心素养导向的科学与人文融合教育初探济和艺术等多学科的综合,其教学目标包括掌握鸟类生殖㊁发育㊁养殖等相关科学知识体系;设计制作出合格的孵化器工程产品,并能用于孵化鸡卵,计算孵化率,提高动手㊁动脑的实践能力和问题解决能力;能够运用相关科学理论制订养殖方案,并运用现代信息技术和自身的创造力设计养鸡场产品营销海报,提升科学应用和艺术审美的能力㊂针对科学知识等目标,可以发挥传统纸笔测验的优势,采用终结性评价㊂另外,学生在小组合作中的参与度㊁积极性和合作表现,可以通过教师的观察和学生的自评㊁他评等开展㊂项目结束后把学生的作品进行展示,可以维持和激发学习动机㊁使其获得成就感㊂如今学科整合和跨学科教育已成为国际上不可逆转的教育发展趋势,我国也越来越重视多学科和跨学科教育,重视科学教育与人文教育的融合教育㊂随着中国学生核心素养改革的深化,越来越多的中小学借鉴并研究㊁实施STEM教育和STEAM教育模式㊂不过,整体来看,我国的STEAM教育处于起步或发展阶段,真正落实跨学科的整合教育,离不开教师的自我发展㊁课程的精心设计和踏踏实实的实施,并真正着眼于学生的综合素质提升㊂可见,借鉴STEAM教育模式,开展核心素养导向的学科整合教育㊁科学与人文的融合教育,任重而道远㊂参考文献:[1]㊀艾伦㊃雷普克㊃如何进行跨学科研究[M].傅存良,译.北京:北京大学出版社,2016:15.[2]㊀袁利平,张欣鑫.论STEAM教育与核心素养的对接[J].陕西师范大学学报(哲学社会科学版),2017,(5):164-169.[3]㊀林崇德.21世纪学生发展核心素养研究[M].北京:北京师范大学出版社,2016:29-31.[4]㊀张㊀旺.人的全面发展视域中的科学与人文和谐教育[J].教育研究,2008,(7):12-15.[5]㊀林崇德.构建中国化的学生发展核心素养[J].北京师范大学学报(社会科学版),2017,(1):66-73.[6]㊀Yakman,G.(2010).WhatisthepointofSTE@M?-ABriefOverview.Steam:AFrameworkforTeachingAcrosstheDisciplines[J].STEAMEducation,7,3-7.[7]㊀魏晓东,于冰,于海波.美国STEAM教育的框架㊁特点及启示[J].华东师范大学学报(教育科学版),2017,(4):40-46.[8]㊀赵慧臣,陆晓婷.开展STEAM教育,提高学生创新能力 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SchoolofLifeScience,CapitalNormalUniversity,Beijing,100048)Abstract:STEAMeducationisaninterdisciplinaryeducation,andintegratingtheAtoSTEAMcanpromotetheemotionalexperience,thepursuitofbeautyandthespiritualrealmofstudents.STEAMeducationandkeycompetencieseducationinChinaarehighlyconsistentintheviewoftalents,andSTEAMeducationcanhelptoimplementkeycompetencieseducation.Takingbiol⁃ogyteachingasanexample,suchsuggestionsofteachingareputforwardorientedtokeycompetenciesandtheintegrationofsci⁃enceandarts,whichincludedevelopingSTEAMcurriculumresourcesfortheintegratedcontentsystemofscienceandhumani⁃ties,carryingoutproject⁃basedlearninganddesign⁃basedlearningtooptimizeteachingstrategiesfortheintegrationofscienceandhumanities,andadoptingdiversifiedteachingevaluationtopromotetheintegrationofscienceandhumanities.Keywords:corecompetency,STEAMeducation,sciencesandhumanities,biologyteaching,project⁃basedlearning131。