传统文化背景下的STEAM课程设计

朱铭鑫

摘 要：STEAM教育源自美国，并在近十年里进入我国，成为基础教育领域里一次具有创新性与前瞻性的重要探索。为了更好地实现STEAM教育的本土化，笔者应用了一种传统文化背景下利用项目式教学的STEAM课程设计模式，并给出相应的设计案例。

关键词：STEAM教育; 传统文化; 项目式学习

中图分类号：G434           文献标识码：A      文章编号：1006-3315（2021）4-142-002

1.引言

STAEM教育起源于美國，由前身“STEM教育”的概念发展而来，旨在打破学科之间的界限，在各种教学活动中发展学生的各学科素养，提高解决实际问题的能力，以培养能适应科技高速发展的社会的人才。STEM教育首先提出于20世纪80年代，并迅速成为国内外学术界的研究热点。早期的STEM教育仅仅整合了科学、技术、工程和数学四个领域，而忽视了人文艺术这一无法排除的元素。后来，乔治·雅克曼提出在原有的STEM基础上融合人文艺术（Arts），以在培养学生审美能力的同时以更多元的视角去理解不同学科之间的联系，并使之拓展成当今的STEAM教育[1]。我国的STEM研究成果在2016年呈现爆发式的增长，2017年，第一届中国STEM教育发展大会成功举办，会上发布了《中国STEM教育白皮书》，分析了我国STEM教育发展的现状，并提出了要探索推动我国STEM教育持续健康发展的中国特色本土化发展道路，以培养更多面向未来的具有国际竞争力的创新型人才。[2]笔者认为，为了使STEAM教育更有效地在中小学阶段成为原有课程体系的补充，立足于我国源远流长的传统文化背景，结合各级各类学校的实际情况，开发出富有科技特色和文化特色的课程项目是一项富有现实意义的有力举措。

2.《泰顺廊桥》STEAM课程设计

泰顺县位于浙江南部，山清水秀，并保存着唐、宋、明、清等朝代的木拱廊桥达30余座，其数量之多，做工之精巧、造型之巧妙，是为一绝，故有“千桥之乡”的美誉。廊桥是泰顺山地文化精神的体现，是中国古代建筑文化的精髓，在交通、建筑艺术、民间信仰等方面都具有深厚的文化内涵[3]。笔者选取泰顺廊桥这一建筑文化背景，创设真实有效的教学情境，并运用项目式学习的方式设计体现STEAM教育理念的教学活动，以培养学生的科学素养、工程素养与人文素养。

2.1课程性质

《泰顺廊桥》是建立在传统文化背景下，研究位于泰顺县内古代廊桥中建造材料的组成及性质的一门融合化学、物理、数学等学科的STEAM综合课程。课程要求学生从廊桥本身出发，分组探究与材料相关的问题，并完成相应的STEAM学习任务。

2.2课程目标

2.2.1了解泰顺廊桥的历史、地理位置、建筑特点等跨学科知识，感受古代桥梁工匠的精巧设计，对廊桥的文化特点产生美的感悟。

2.2.2能仿照古人制造相应的简易模型，提高动手实践能力，培养工程素养。

2.2.3能从不同角度对材料的性能进行综合评估，并对材料的应用有进一步的了解。

2.2.4能通过科学阅读、查找文献等方式对材料的后续改进措施作进一步的探究。

2.3设计思路

《泰顺廊桥》STEAM课程将教学素材按照内容有次序地编排成四个环节，包括“探文化之源”“践古人之行”“析科技内涵”“观后续发展”。四个环节环环相扣，缺一不可，构成了本STEAM课程设计的主线，在给予课程实施者和组织者在教学设计上的启示的同时，也对学习者的知识建构起到重要的指导作用。它们组成了课程的“骨架”，而每个环节所对应的教学素材则为与“骨架”紧密相连的“肌肉”，并最终构建成传统文化背景下融合学科知识的STEAM教学设计模型。

2.4课程内容

课程内容的选择是根据特定的教育价值观及相应的课程目标，从学科知识、当代社会生活经验或学习者的经验中选择课程要素的过程。在进行本STEAM课程的内容选择时，应当注重以下几个要点：（1）课程内容是否契合本文化主题;（2）课程内容是否真实有效，能引发学生的共鸣;（3）课程内容是否具有科学性与逻辑性;（4）课程内容是否能帮助学生感受传统文化的魅力与价值。

在清楚了上述要点之后，笔者在明确了课程的主题后，查阅了包括建筑、材料等领域的专业文献，对所研究对象产生比较清楚的认识，从而对课程内容进行仔细的分析与甄别，并根据STEAM课程设计的原则将课程内容合理地编排在包含之前所述四个环节的框架内。另外，在实践时也根据实际教学情况对课程内容进行修改，以更好地落实本STEAM课程的教学目标。而下述为该四个环节所包含的具体内容。

2.4.1探文化之源。这个环节在课程的设计与实施中发挥着情境导入的作用，揭示了本课程的文化主题。泰顺廊桥作为中国古代桥梁的典型作品，具有源远流长的历史与极高的艺术价值。本环节的内容应涉及廊桥的历史、地理位置、结构、材料等从不同角度出发的基本介绍。初步了解廊桥的结构特点，认识廊桥的基本文化特征，感受廊桥的美应成为本环节的主要任务，同时也需要让学生在首次课上就对这种结合传统文化的STEAM课程产生足以驱动他们继续学习下去的兴趣与动力，并且清楚自己的研究对象与研究目的。教师可通过图片、音频、阅读材料等方式充分调动学生的感官，引发学生的思考，创设更加真实有效的教学情境，从而促进教学效率的提升。在《清明上河图》上我们可以看到这种也被称为“叠梁拱”的虹桥结构，它在泰顺廊桥里得到了再现，体现着古人在建筑方面的智慧。

2.4.2践古人之行。所谓践古人之行，就是把自己看作古代桥梁工匠，通过分析观察桥梁的结构、材料、跨径等方面的问题用比较方便得到的工具和材料小组合作，制造出属于自己的古桥。在这个环节，教学者需要引导学生结合相关资料思考大致的造桥过程，思考可能存在的问题以及提出相应的解决方案，在动手实践过程中验证自己的猜想或者发现新的问题。泰顺廊桥作为一种木拱桥，其独特的结构使得它不需要用到一钉一铆即可把材料稳定地连接，且能承载较大的荷载，体现着榫卯结构的巨大魅力。在教学实践时，教学者应时刻关注学生的分工情况，避免出现有的学生工作量很大，而有的学生几乎不动手的情况，在学生遇到困难时，应当及时进行单独讲解或集中讲解，以保障教学活动的正常进行。

2.4.3析科技内涵。在制作了相应的STEAM模型之后，学生对本课程所研究的对象和拟解决的关键问题已经有了直观的认识，但对文化情境中蕴含的科学原理与工程原理仍需要进一步的探究，而这种对科技内涵的探索也是一次对其文化价值从感性认识上升到理性认识的过程。笔者认为与桥梁相关的问题可以划分为结构、材料、选址三个层次，每一个层次里都由几个驱动性问题引领教学活动的开展。驱动性问题即为学生在进行项目式学习时的研究目标，它源于教学者在创设文化情境时的有意义的设问，也源于学习者对研究对象中科学原理和工程原理的思考。由于该课程项目还处于起步阶段，且笔者在研究生阶段所学专业与其中的材料层次联系最为密切，故本STEAM课程目前仅把重心放在与造桥材料相关的问题上，而相应的驱动性问题则包括木材的密度、硬度、可燃性等方面。

2.4.4观后续发展。中华优秀传统文化之所以得到传承，正是由于后人在总结前人经验的基础上，结合现有的生产力水平，通过进一步的研究来不断相应文化产品的价值，并使其精神内涵得到延伸。在这个环节中，我们已经对泰顺廊桥的科技内涵进行了探究，通过各种STEAM教学任务分析了材料的优缺点，并对材料进行了综合性的评估。而在廊桥的发展过程中，古代的桥梁工匠是通过何种方式发扬该材料的优点或针对该材料的缺点进行桥梁整体性能的改进的呢？在现代化学工艺的基础上，现代人又是怎么对材料作进一步的探讨与改性的呢？对廊桥后续发展的探讨，体现着文化传承的理念，而没有文化的传承，即使科技内涵再丰富，艺术价值再高，也仅仅是停留在史书上的记载而已。同时，它也展示了传统文化在当代的重大价值，对丰富我国的精神文明建设是一种有力的补充。

3.《泰顺廊桥》STEAM课程实践

3.1教学安排

笔者在江苏省宿迁市的一所九年一贯制学校进行STEAM课程实践。教学对象为初一、初二的部分在数学、物理等学科表现较为优异的学生，授课时间为每星期四下午的社团实践课，授课地点为化学实验室。学生以3人为一组组成STEAM活动小组，以进行模型的搭建、古桥科技内涵的探索等教学活动。

3.2教学情分析

笔者针对初一、初二学生的知识基础和心理发展特点进行了以下教情分析和学情分析：

3.2.1教情分析。本STEAM课程涉及知识点覆盖数学、物理、化学等学科，呈现跨学科的特征。包括物理学科中的“质量与密度”、化学学科中的“燃烧与灭火”等方面的知识。若教学对象为初三学生，则教师在讲解相关内容时只需稍微复习即可;但若教学对象为初一、初二甚至是小学高年级的学生，就要充分调查学生在学习本次课程前所掌握的知识，以此为依据设计补充的阅读材料，并配以相应的易于吸收的讲解，为STEAM教学活动的开展尽可能地扫清障碍。

3.2.2学情分析。3.2.2.1学生对于跨学科的知识基本还是第一次接触，运用多学科思维综合解决问题的能力还有待提高。

3.2.2.2由于本课程运用分组合作探究的方式，而中学生正处于对新鲜事物充满好奇心的年龄阶段，且自律性较差，因此教师在课程实施时需要密切关注学生的学习状态与实践状态，保证课堂处于一个轻松但不失纪律性的氛围，确保STEAM教学活动有条不紊地开展。

3.2.2.3学生在课堂上会遇到不少陌生的概念，教师需要以浅显易懂的方式加以解释，确保学生是在对研究对象产生大致认识的基础上进行研究的。

3.3实践过程

笔者在《泰顺廊桥》STEAM课程中主要担任课程的设计者与教学者等工作，在这个过程也得到了实习学校的帮助。在课程的起始阶段，笔者向学生介绍了几种典型的中国古代桥梁类型，并渗透了STEAM教育的概念，让学生对传统文化背景下的STEAM课程有初步的印象。随后，笔者向学生播放了与泰顺廊桥有关的视频，展示了相关图片，还介绍了廊桥所处地理位置，并针对廊桥的结构、材料特点启发学生对其的思考。

学生在观察了泰顺廊桥的形态后，运用预先加工好的成套的圆木棒和方木棒搭建了具有虹桥结构的木拱桥。在学生收获了充足的经验之后，笔者提出了几个驱动性问题：（1）木头加工成各种复杂形状的原理;（2）使用木头造桥会有什么优点，请说出原因;（3）使用木头造桥会有什么缺点，请说出原因。笔者围绕着上述几个驱动性问题，设计了一系列的STEAM实践活动。例如，学生会利用托盘天平测量不同木方（教学中用到了松木、杉木、榉木等木方）的质量，然后通过刻度尺测量它們各自的体积，利用公式计算出其密度。随后也比较了不同木材的吸水性和可燃性。在课堂教学中，笔者也向学生介绍了古人对木头防腐的主要工艺——刷桐油。因此，在指导学生给木方表面刷了一层桐油后，笔者引导学生继续对这种改性后的木方进行同样的探究木材的吸水性和可燃性的实验。在完成上述实验后，笔者要求学生搜集实验数据，并对材料的性能作一个评估。

4.小结

笔者立足于传统文化背景，选取了泰顺廊桥这一建筑文化瑰宝为主题，尝试设计了融合化学学科的STEAM课程，并在中学得到了初步的实践。在实施课程的过程中，学生对传统文化的兴趣明显提高，并展现出一定的思维能力与动手操作能力。尽管在课程实施过程中遭遇了这样那样的困难，但笔者相信以此为契机，可以为STEAM教育的本土化贡献一份微薄之力。

参考文献：

[1]詹泽慧，李克东，林芷华，钟柏昌，麦梓莹，李炜贤.面向文化传承的学科融合教育（C-STEAM）：6C模式与实践案例[J]现代远程教育研究，2020，32（02）：29-38+47

[2]易志刚.我国STEM教育现状及本土化发展对策[J]科教文汇（中旬刊），2020（08）：5-6

[3]王新，薛一泉.泰顺木拱廊桥历史文化概述[J]温州文物，2013（00）：50-53