基于6E设计型学习模式的STEAM活动设计

严文法 芦瑾 金普军

摘要： 发展STEAM课程是当前课程改革的重点方向之一。将STEAM活动跨学科的理念与现行高中化学课程结合，选择高中化学中的核心概念“金属的腐蚀与防护”，设置真實的技术及工程问题“青铜器文物除锈”，依据以工程设计为主轴的“参与、探索、解释、工程、深化、评价”6E设计型学习模式，有效促进学生的化学学科核心素养的发展。

关键词： STEAM教育; 6E设计型学习模式; 青铜器文物除锈; 化学学科核心素养

文章编号： 1005-6629（2018）11-0061-05中图分类号： G633.8文献标识码： B

STEAM即科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）、数学（Mathematics）首字母的简写。STEAM教育倡导将科学、技术、工程、艺术和数学多学科的叠加或有效融合，着眼于创新型复合人才的培养，从而体现出在科技创新及经济稳定发展方面的重要作用[1]。我国最新颁布的《普通高中课程方案（2017年版）》[2]对课程内容有明确要求：“注重学科内容选择、活动设计与学生发展核心素养养成的有机联系。关注学科间的联系与整合。增强课程内容与社会生活的内在联系”。STEAM教育所倡导的以发展素养为核心、重视学科整合的理念与之相吻合。在化学教育中引进STEAM理念之后，学生通过应用跨学科知识解决实际问题，发展对周围世界的求知欲，尝试将所学知识及技术应用于探究活动，进而有助于化学学科核心素养的发展。

1 STEAM教育的概念

STEAM教育初期为STEM教育，起源于美国，时间上可追溯到20世纪60年代。发展初期，只是单纯地要求重视和加强对科学、技术、工程和数学等四门理工类学科的教育。在之后的发展中，STEM的概念从最初代表科学、技术、工程和数学四个独立的学科领域逐步发展为学科交叉和知识融合，对象也由最初的高等教育领域逐渐扩展到了K12阶段[3]。这是STEM教育深化推进的必然趋势。近年来衍生出不同的STEM变式，进一步整合STEM教育之外的其他学科，典型代表就是将艺术进一步融合的STEAM教育[4]。

STEAM教育在我国也受到关注和重视。在教育部2017年最新出台的《普通高中课程方案（2017年版）》及《义务教育小学科学课程标准》[5]中，都已经渗透STEAM教育的理念。并在《义务教育小学科学课程标准》中对STEAM给出明确定义： STEAM应是一种项目学习和问题解决为导向的跨学科课程组织方式。

2 6E设计型学习模式

6E设计型学习模式[6， 7]是美国国际技术与工程教育学会于2014年提出的落实STEM教育的活动模式。其六个阶段分别为： 参与、探索、解释、工程、深化、评价。该模式结合了“科学探究”的思维和“工程设计”的实践，重视学生在感知和洞察真实情境的问题中，运用跨学科的知识，主动完成“需要学习”和“自主设计”的循环过程，解决真实情景的问题。

3 基于6E设计型学习模式的“青铜器文物除锈”STEAM活动设计

3.1 活动选题

珍贵文物属于国家和世界甚至是全人类的共同财富。习近平总书记指出：“文物承载灿烂文明，传承历史文化，维系民族精神，是老祖宗留给我们的宝贵遗产，是加强社会主义精神文明建设的深厚滋养。保护文物功在当代、利在千秋。”文物修复是一项既具有历史意义又融合时代特征的工作[8]。文物修复相关领域包括化学化工、材料科学、检测分析、历史考古、美术鉴赏等等，是体现科学、技术、工程、艺术、数学这五个方面完美融合的载体，也是对学生渗透文化自信教育的良好素材。青铜文物以其雄浑古朴的造型、绚丽精美的纹饰，弥漫着远古的气息，给人以深沉凝重的历史感。青铜器本身具有极高的历史文化价值、艺术观赏价值和考古价值，是我国古文明的象征之一[9]。但是由于长期受埋藏环境因素的影响，青铜器出土时绝大部分表面都会包裹泥土和各种锈蚀产物，极大地影响了其外观，见图1。青铜器除锈是文物修复中重要的一个方面，其基本原理适合高中学生的知识能力水平和认知发展水平。

“青铜器文物除锈”技术体现了我国高中化学课程电化学中的核心概念“金属的腐蚀与防护”。《普通高中化学课程标准（2017年版）》[10]对于“金属的腐蚀与防护”核心概念下的相关内容在必修课程、选择性必修课程及选修课程均有涉及。各个层次的教学要求各有侧重，如表1所示。

本次STEAM活动内容主要基于选择性必修课程模块一《化学反应原理》中“金属的电化学腐蚀与防护”的水平。本节内容在于促进学生对金属腐蚀现象的进一步认识，利用电化学原理分析青铜器的吸氧腐蚀，加强知识的理解和运用。利用已有技术手段对青铜器进行防护，是对所学知识的综合灵活的运用，对前面所学的电解和原电池的知识起到巩固和提高的作用。

3.2 活动目标

在知识层面上，以化学学科的“金属的腐蚀与防护”为主体知识。通过电化学腐蚀的典型案例——鎏金青铜器的腐蚀，促进学生对金属腐蚀现象的进一步认识，利用电化学的原理分析腐蚀现象，提高知识的理解和运用。同时又整合了物理学科的知识，要求学生了解青铜器的物理性质、物理除锈方法原理、超声波除锈原理。

在技术层面上，主要是针对青铜器文物除锈提出的物理除锈法、超声波清洗法、化学反应法、溶胶凝胶法四种技术手段。要求学生掌握四种技术的基本原理，完成四种技术的操作，并由此分析出各种技术的优缺点。

在工程问题层面上，解决工程问题是在团队合作的基础上，筛选优化现有技术来解决实际问题的过程。本活动中，学生要通过活动小组内部的有效组织和沟通，掌握四种技术手段的优缺点，结合环境的特殊性条件，筛选优化出技术手段。

在艺术层面上，以历史发展为主线，描述、分析、讨论青铜器相关的冶炼、铸造、造型、雕塑、绘画、文字等多种艺术。其目的在于通过青铜艺术的介绍，了解我国古代的青铜器的历史价值和艺术价值，感受文物的艺术魅力和文化底蕴，提升审美能力，增强对历史文物的敬畏之心。

在数学层面上，主要涉及实验读数、反应物的比例以及基于数据及结果的推理分析的能力。在本活动中，数学更多的是作为一种分析的手段与工具，主要通过数学的应用提升学生数学思维以及数学应用能力。

3.3 活动设计

依据活动目标，按照6E设计型学习模式设计“青铜器文物除锈”的活动流程，见表2。

4 讨论

核心素养是指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生发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。高中化学核心素养具体包括宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任[13]。与更注重事实性知识的传统课堂教学相比，STEAM活动更注重学生在整合跨学科的知识应用中调动思维、主动学习、建构方案、解决问题，因此在促进核心素养发展方面具有更大优势[14]。在宏观辨识与微观探析方面，本活动以现实问题情境“青铜器文物的除锈”为主题，引导学生从宏观以及微观的视角对青铜器锈迹进行分析和表征，是对学生宏微符三重表征能力的检验与提升;在变化观念与平衡思想方面，本活动中通过不同的除锈技术展现化学变化的多样性，对现实生活中的锈迹的产生运用化学变化的规律分析，增强学生对化学守恒及物质反应的理解;在证据推理与模型认知方面，本活动更强调运用多学科知识开展研究，教师引导学生的自我挖掘与建构，学生需要依据原理设计实验方案，依据表征结果改进实验细节，分析复杂的化学问题情境中的关键要素，这个自我学习过程对于提升个体的证据推理能力也是有益的;在科学探究与创新意识方面，本活动倡导学生根据文献和实际需要提出综合性的研究课题，根据假设提出多种探究方案，评价和优化方案，能对实验中的异常现象和已有结论进行反思、提出质疑和新的实验设想;在科学态度与社会责任方面，学生要依据“绿色化学”和“文物修复基本原则”对各个技术过程进行分析，权衡利弊，作出合理的决策。基于STEAM教育下的化学教学不仅符合我国目前科学教育研究的新思路，也将为我国中学化学课堂注入新的活力。

参考文献：

[1]胡卫平，首新，陈勇刚.中小学STEAM教育体系的建构与实践[J].华东师范大学学报（教育科学版）， 2017，35（04）： 31～39， 134.

[2]中华人民共和国教育部制定.普通高中课程方案（2017年版）[S].北京： 人民教育出版社，2018.

[3]首新，胡卫平.为了一个更好的澳大利亚——澳大利亚中小学STEM教育项目评述[J].外国教育研究， 2017， 44（10）： 100～114.

[4]祝智庭，雷云鹤.STEM教育的国策分析与实践模式[J].电化教育研究， 2018， 39（01）： 75～85.

[5]中华人民共和国教育部制定.义务教育小学科学课程标准[S].北京： 北京师范大学出版社， 2017.

[6][7]Burke B. N. The ITEEA 6E Learning By DesignTM Model： Maximizing Informed Design and Inquiry in the Integrative STEM Classroom [J]. Technology & Engineering Teacher， 2014： 73.

[8]连晓芳.“文物医生”妙手回春[N].中国文化报， 20170817（007）.

[9]陈小三.“其金孔吉”展出中国国家博物馆藏青铜器札记[J].中国国家博物馆馆刊， 2017，（11）： 121～139.

[10][13]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京： 人民教育出版社，2018.

[11]陳颢，马卫军.铜质文物修复过程中的清洗除锈技术[J].清洗世界， 2015， 31（09）： 9～13， 20.

[12]阮方红.基于水凝胶方法的鎏金青铜器除锈及彩绘文物除油烟技术研究[D].西安： 陕西师范大学硕士学位论文， 2016.

[14]崔鸿，朱家华，张秀红.基于项目的STEAM学习探析： 核心素养的视角[J].华东师范大学学报（教育科学版）， 2017， 35（4）： 54～61， 135～136.