STEAM理念在中学环境教育中的应用研究

胡静 陈成 杜琳 陈存

摘 要：STEAM教育作为一种跨学科融合的新型教育理念，是近年来教学改革和创新型人才培养研究的热点。本文针对我国目前环境教育的不足，结合中学课堂的实际情况，提出与STEAM理念相结合的中学环境教学模式，并以初三化学“水的净化”这一节为案例开展了教学设计及实践。结果显示：学生对基于STEAM理念的教学模式较为喜欢，该模式对于学生的学习效果及环境意识都有较大提升。

关键词：STEAM教育；环境教育；教学模式；教学实践

环境教育是指人们获取有关环境保护的基础知识，并且对环境问题做出一定的符合科学的判断，并且自身有一定能力去保护环境和维护自身的健康的过程中去使用这些知识［1］。目前，我国的环境教育缺乏系统的教学，学校对于环境教育不够重视，课堂中对于环境保护的课程资源相对较少，教学方式较为单一［2］。如何将环境教育更好地渗透入课堂教学，提高学生的环保素养，树立可持续发展观，培养生态文明理念和自然和谐的环保意识，成为亟待解决的问题。

STEAM教育是一门综合教育体系，它集科学技术、建筑工程、艺术、数学等多门学科组成，打破学科与学科之间的界限，让多个学科进行融合，在无形中提升学生对知识的运用能力，使学生运用多门学科的知识进行学习，提高自身的科学素养［3］。而环境教育以多学科和跨学科活动特征为载体，实践性、综合性很强，将其与STEAM教学理念相融合，让学生在设计、动手做实验中学，在环境保护实践中理解知识，运用已有知识分析环境污染现象、解决现实问题，能激发学生环境保护和学习基础知识的兴趣，培养和锻炼学生的实践能力、创新能力。

本文基于STEAM教学理念，提出适用于中学环境教育的教学模式，并以人教版初三化学必修1中的“水的净化”为例进行教学设计及课堂实施，并对教学效果进行了初步的调查，期望将STEAM理念融入国内中学环境教育中以此弥补现行环境教育中存在的不足，提升环境保护意识，培养发现问题、动手操作、处理问题的能力。

1 STEAM教育的興起

STEAM教育起源于美国，其发展脉络大致可分为三个阶段，即STSSTEMSTEAM。STS是科学（Science）、技术（Technology）和社会（Society）的缩写，美国STS研究始于20世纪60年代末，其主要集中在科学技术的价值论上，并逐步形成了实用价值取向，在一定程度上促进了以STEM为代表的技术教育课程范式的形成。1986年，美国国家科学委员会（NSB）发布了第一份关于STEM教育《本科科学、数学和工程教育》的指导文件。在肯定STEM教育的突出地位的基础上，提出了发展STEM教育的指导思想，成为STEM教育的战略起点。2006年，弗吉尼亚理工大学硕士研究生乔吉特·雅克曼将代表人文艺术的艺术Arts融入现有的STEM教育中，创造性地提出了STEAM教育的概念。此后，美国迎来了STEAM教育的新时代。据格雷特·阿尔克曼的理论，艺术代表着广泛的人文和艺术学科，包括社会研究、语言、形式、音乐、美学、表演等。如今，美国的STEAM教育是将现实问题作为教学任务，十分重视教学与现实世界之间的联系［3］。其研究已经持续多年，研究成果已凝结为一个STEAM教育框架，该框架具有清晰的教学思维和行为培养准则，通过这些准则来使教学发挥作用［3］。

我国发布的关于STEAM教育的政策总体数量相对较少。2017年教育部发布的声明中对STEAM教育的细节进行了解释，并倡导了跨学科地学习STEAM观念的教学方法。我国STEAM研究主要分为国外研究和本地化研究两种。研究工作从以下几个方面进行：STEAM的理解、发展路径、内涵、相关研究与展望、STEAM与制造者的融合、跨学科视角的人才培养，包括教学的实践和教学的内容过程设计等。到现在为止，我国的STEAM教育最主要的应用方面是社会环境、社会经济困难等实际民生方面。通过工程设计过程，制订相关解决方案，并根据制订的解决方案进行一定的探索实践，以此来学习和解决遇到的问题。但总体上，我国的STEAM教学模式还处在初步的试验阶段，缺少基础建设设施和实用的STEAM教学模式。

国内外关于环境教育方面的研究充满了很多不同的角度。Will Foch通过分析相关的跨学科的和环境研究的一些案例提出，可持续性原则作为一种基本原则，应采用综合教学法进行环境教育，其中涉及社会科学、自然科学等许多学科，提倡跨学科教学［4］。祝怀新提出了环境教学相关指导的原则应包括实用性、基础性、生态性、多学科和跨学科课程相结合等原则［5］。只有这样，学校才能培养与提高学生关于环境保护方面的素养，使他们能够积极参与环境保护实践。这些观点与STEAM理念正好契合，但目前，关于STEAM理念在环境教育中的实践研究还相对较少。

2 融入STEAM教学理念的中学环境教学模式

根据我国中学生特点及课程标准要求，并结合STEAM教育理念的相关概念，构建了结合STEAM理念教学课堂［67］，见下图：

基于STEAM教育理念的中学环境教育教学模式构建示意图

2.1 教师创设教学情境，吸引学生进入课堂

好的教学情境能激发学生学习兴趣，激励学生进行深入探究。教师在采用STEAM教学时要巧妙创设教学情境，把学生从无所谓的学习状态转化为迫不及待地想学习环境保护知识。中学生对于新学习的学科好奇心强，但是具有好玩的天性，刚上课堂时学生心思还没有完全进入课堂，这时候老师需要为学生提供一个缓冲段，因此，教师在开展教学时需要为学生创设一个有趣的教学导入，才能激发学生的学习兴趣，将学生思维带回课堂，为教学的顺利开展提供助力。

2.2 基于课程标准，提出探讨问题

问题是贯穿STEAM教学的主线，以问题为导向，让学生在实践中获取知识、理解知识以及运用知识。要在课程标准基础上，选择难度适中的水的净化这一章节适合学生探讨的环境保护问题。中学环境的保护内容十分贴近学生的生活，学生对身边环境保护问题有一定的基础认识，因此，基于身边实际问题更加容易激发学生进一步探究的欲望。

2.3 引导学生分组收集资料，设计实验方案

STEAM教学课堂中经常采用小组合作的学习方式，学生在明确老师提出的需要探究问题后，小组分工合作收集相关资料，并设计实验方案。实验方案的设计要根据研究主题的不同而变化。如果是验证性实验，则必须确保结果的可观察性和量化；如果是制造实验，则必须考虑材料的可用性；如果是创造性实验，则必须考虑其可行性。

2.4 帮助学生构建知识框架

中学生有自己的知识缺陷，而学生没有能力全面使用知识。教师需要帮助学生建立一个全面的知识框架，以便学生能够了解如何解决问题，并且知道哪些知识可以用来设计对策。同时，中学生思维灵活，思路大胆，会产生独特的想法，过高或不切实际的想法都会直接影响实验的顺利进行。因此，如果可行，教师必须对学生设计的实验方案进行评估。对实验方案的要求不强，指导学生进行重新设计，以确保每组实验方案科学合理。

2.5 指导学生进行实验，记录实验过程

实验方案通过后，学生将根据方案设计实验的步骤。同时学生应该密切关注实验过程中出现的一些特殊现象，应及时记录下来，以查明原因并进行深入研究。如果无法获得预期的实验结果或无法正常进行实验，则需要重新设计实验方案，并再次进行实验操作。

2.6 小组分享实验结果

完成实验后，每个小组可以通过报告表格进行交流，可以根据研究主题的性质自由选择报告表格。在交流和共享的过程中，每个小组不仅可以看到彼此实验设计的优势，而且可以互相发表意见，并不断改进实验过程。实验中的疑惑互相讨论和解决。小组分享的过程不仅使学生有机会展示自己，还锻炼了他们的表达和交流能力。

3 课堂实施——以“水的净化”为例

3.1 展示自来水厂净化污水流程，创设教学情境

为学生展示各自来水厂的污水净化，让学生观察污染水厂如何进行污染水的处理，引导学生思考在生活中我们如何处理身边的污水，并对学生展示目前世界淡水资源的分布，让学生思考如何有效地进行水资源保护以及多次利用，让学生在情境中产生学习的兴趣，激发学生的求知欲。

3.2 紧扣情境，提出问题

本节课以“水的净化”知识点为中心，展开教学。在教师讲解“水的净化”后，学生对水的净化有了科学的认识，让学生以小组为单位设计污水的基本处理实验，以验证基本处理方法对水的净化效果。学生在实验过程中运用已学的知识设计实验，教师给予正确的理论、方法指导，让学生掌握水的净化原理。理论与实践相结合，让学生在实验中感受到理论知识的科学性，培养学生的学科素养，掌握正确地做实验的步骤。

3.3 实验准备

在明確实验后，学生设计实验计划并积极准备实验材料。河流侵蚀模拟实验设备如下：被土壤污染的水、铁架、滤纸、烧杯、漏斗、明矾、活性炭、U型管、棉花、玻璃棒。在净水实验中，学生在听完老师的讲课后可以轻松想到滤纸、漏斗和明矾，但他们可能不考虑U型管、棉花和活性炭。活性炭在水净化中的主要功能是去除异味，色素和可溶性杂质，而U型管和棉花是活性炭在废水处理中的实验装置。在准备设备的过程中，学生已初步建立了基本的实验素养。

3.4 实验构建STEAM知识框架

水的净化实验中，在理论知识上，学生通过教师讲解，需要对污染水的基本处理方法有足够的了解，比如静置沉淀、用明矾让水中杂质沉淀、用滤纸过滤水中沉淀下来的杂质、过滤操作注意事项、用活性炭去除污染水中的异味以及色素。在学生实验设计中老师需要严格检查学生的实验步骤是否科学合理，实验器材是否准备齐全等，这些操作可以锻炼学生的科学素养。在工程上，让学生学会、搭建实验器材是由下到上、从左到右的基本概念。学生利用所学数学知识，构件表格，记录数据，进行实验对比，保证得到的实验结果更加科学。

3.5 污染水净化实验

将实验前准备好的污染水搅浑分别倒入两个烧杯，一杯加入明矾，另一杯中什么都不加，让学生对比观察哪一杯的污染水中杂质更快沉淀，观察实验，记录实验数据。在污染水沉淀过程中，学生搭建过滤装置，老师在旁边指导，实验装置搭建完毕后，将沉淀完毕的污染水通过玻璃棒引流缓慢倒入内壁贴有滤纸的漏斗，观察污染水过滤效果，记录数据。再将过滤完毕的污染水通过底部装满活性炭、两侧用棉花封口的U型管，观察实验，记录实验结果。对比经过三次处理和刚开始的污染水有何变化，分析结果。

3.6 交流学习，培养环境意识

学生在完成实验获取知识的过程中，都会积累一定的经验，也存在一些问题，在实验结束后让学生相互交流，寻找改进的途径。在这个过程中，学生的表达能力、合作能力和解决问题的能力得到了提高，同时，对水处理技术的拓展讨论，可以激发进一步探索的热情，并理解水污染的复杂和净水的困难。

4 课堂教学效果

通过问卷调查发现，77.5%的学生认为老师的教学方式更容易影响自己的学习效率，12.5%的学生认为同学间的关系容易影响自身的学习效率，10%的学生认为自身状态更容易影响自身的学习效率。调查说明老师的教学方式在很大程度上影响了学生的课堂学习效率。对于学生喜欢的课堂教学方式，60%的学生喜欢在老师指导下以自主和合作学习为主的教学方式，25%的学生选择师生互动、以老师启发为主的教学方式，15%的学生喜欢老师讲授、学生听讲的教学方式，说明学生更加喜欢自主开放的课堂教学方式。超过85%的学生认为本次课堂采取的教学方式对于学习非常有帮助，15%的学生认为老师采用的教学方式有一点帮助。在重难点的接受程度上，超过75%的学生表示对于本节课的重难点内容都可以掌握，77.5%的学生在课后作业完成时感觉较为容易，225%的学生表示有一点困难，说明学生的课堂知识掌握程度总体较好。通过课堂学习，所有学生都表示对于水污染和污水处理有所了解，更深刻地体会到水的来之不易。

5 结论

从课堂教学及问卷调查发现，基于STEAM理念的课堂教学效果良好，大大提升了学生的注意力与积极性，从教学过程中可以发现学生的知识掌握度提高。STEAM课程还帮助学生拓展了基础知识与环境保护的联系，提高了环保意识，增强了社会责任感。对于STEAM教育理念下的跨学科动手教学方法，学生们也很认可，这表明思维与实践相结合更容易激发学生的积极性和主动性，实现高效学习。

参考文献：

［1］闫国东，康建成，谢小进，等.中国公众环境意识的变化趋势［J］.中国人口·资源与环境，2015，20（10）：5560.

［2］韩静.青少年公共意识及行为能力培养的环境教育路径［J］.环境教育，2017（11）：5457.

［3］范文翔，赵瑞斌，张一春.美国STEAM教育的发展脉络、特点与主要经验［J］.比较教育研究，2018，40（06）：1726.

［4］Will Focht.The Case for Interdisciplinary Environmental Educationand Research［J］.American Journal of Environmental Sciences，2009，5（2）：124129.

［5］祝怀新.环境教育课程研究（上）［J］.外国教育资料，1995（01）：815+44

［6］宗若灿，杨成铎.STEAM教育理念下培养学生科学探究能力的策略探究［J］.辽宁教育，2020（07）：8385.

［7］唐翠兰，张丽娜，范福兰.基于STEAM理念的深度学习活动设计与实践［J］.中国教育信息化，2020（04）：16.

基金项目：成都师范学院教学改革项目（2019JG04）

作者简介：胡静（1997— ），男，汉族，四川遂宁人，本科，研究方向：环境教育。

*通讯作者：陈成（1984— ），女，在读博士研究生，副教授，主要从事环境化学、环境教育的研究。