STEAM理念下学科融合课程的主题设计与评价研究——以“物理、生物学科融合”为例.pdf

第2 0 卷总第1 1 5 期中学理科园地科学素养STEAM理念下学科融合课程的主题设计与评价研究以“物理、生物学科融合”为例韩俊（厦门市音乐学校）摘要：新一轮的课程改革提出要坚持问题导向，促进学段间的衔接,提升课程科学性、系统性，因此重构课程体系是本次义务教育课程改革的关键。为了更好地提高学生的科学核心素养，以STEAM理念为基础，以物理和生物学科融合为例，尝试进行主题设计与评价，重新塑造课堂，最大程度地提高课程融合的实效性，提升学生的综合能力。关键词：STEAM；学科融合；课程设计；课程评价教育部印发的义务教育课程方案和课程标准（2 0 2 2 年版）要求坚持问题导向，遵循学生身心发展规律，强化一体化设置，促进学段之间的联系与衔接，提升课程的科学性、系统性!。本次改革的关键和重点就是重新构建课程体系,增强课程综合性、实践性，引导育人方式变革，着力发展学生核心素养。文章以STEAM理念为基础,以物理和生物学科融合为例，尝试进行主题设计与评价，重新塑造课堂，最大程度地提高课程融合的实效性，提升学生的综合能力。1STEAM理念下学科融合课程的主题设计与评价研究思路确定任务主题首先要明确任务主题。任务主题是课堂活动的精神之魂，教学活动都要围绕任务主题实施与开展。任务主题可以来源于学校、社会、家庭等真实的生活世界，可以来源于国内外的时事政治，也可以来源于教材中的实践活动及其延伸内容。接着是要梳理涉及到学科的课程标准，细化融合知识点，制定教学目标。通过分析课程标准，把握知识之间的内在联系，挖掘融合的知识点，再依据学情制定教学目标，精心设计学生感兴趣的内容，在探索中提升科学核心素养。其次创设真实且复杂的问题情境，设计驱动性任务。学生现处在复杂的社会环境中，往往面临的是综合性较强的问题，仅依靠一门学科或单独的知识是无法解决的。教学的最终目的是培养全面发展的人，因此在教学中要尽可能给学生义务教育课程标准提出以核心素养为统领，促进课程内容结构化,全面提升课程系统性。数学、物理、化学、生物等学科在目标与内容架构上注重纵向衔接与横向配合,加强对通识性素养的教育。在汲取历次课程修订经验后，各课程标准以核心素养为纲，以主题、项目或活动等形式组织课程内容，强化课程融合，驱动教学内容与方式的深层变革。STEAM教育注重为学生开发新的课程资源，以项目式学习（PBL）为基础，通过开放性的课堂，让学生自主参与，强调学生的主动性，以提高学生的学习兴趣为出发点，在教学过程中以小组合作的形式让每位学生参与其中，提高学生协作能力、沟通能力。STEAM教育与我国新课程改革的理念不谋而合，很好地契合了全面提高学生的核心素养和综合能力的要求。学科融合课程的主题活动要围绕“课程融合”和“STEAM理念”进行科学系统的设计与实施，让学生体会课程学习的乐趣，实现知识的正迁移，使学生真正走向深度学习。图1 是STEAM理念下学科融合课程的主题设计与评价研究的流程图。梳理课程标准，细创设真实且复杂的化融合知识点，制问题情境定教学具标图1 STEAM理念下学科融合课程的主题设计与评价研究的流程图式，综合评估学生的运用能力。2STEAM理念下学科融合课程的主题设计与评价2.1物理、生物学科融合课程的主题设计在进行学科融合课程的教学中，要选择具有趣味性、实践性、设计性等特点的主题，做好课时规划，制定教学活动，引导学生进行主题探究，促进学生的全面发展。表1 是初中阶段物理、生物的课程融合主题设计的表格。设计驱动性任务创设真实、复杂的问题环境，为学生设置递进式驱动性任务，激发学生的探究热情，重新构建知识体系，实现知识的正向迁移。最后进行教学评一体活动。以小组为单位开展学习活动，制作模型，给学生发放学习任务单，将探究活动过程记录在任务单中。通过小组交流、教师评价、学生自评和反思等形教学评一体活动厦门市教育科学“十四五规划课题：STEAM理念下中学理科融合校本课程实践的研究（2 2 1 3 8)研究成果15第2 0 卷总第1 1 5 期大主题小主题视觉的形成过程人体听觉的形成过程声音的产生与传播中嗅觉的形成过程的物人体中的杠杆理学人体呼吸原理血液的循环过程选取“人体的呼吸原理”这一主题，具体阐述如何进行STEAM理念下学科融合课程的主题设计。2.1.1明确任务主题学生从网络、报纸等渠道了解到新型冠状病毒肺炎病人会出现呼吸困难等症状，这就需要学生了解人正常呼吸的原理，查阅资料获取感染新冠病毒病人呼吸困难的原因。2.1.2梳理课程标准，细化融合知识点，制定教学目标学科融合课程的设计要在遵循课程标准的框架下，渗透STEAM理念，利用自主探究的手段，综合利用多学科知识、工程设计、技术等去解决实际问题，进而培养学生的创新能力。表2 物理、生物关于呼吸原理的课程标准学科课程标准内容知道大气压强及其与人类生活的关系，能用大气压强的知识物理解释有关现象 2 呼吸运动可以实现肺与外界的气体交换，探究人体生理与健生物康问题 3 结合物理、生物学科关于呼吸原理的课程标准（如表2），制定教学目标。科学观念：了解气压的概念，能用气压知识解释人呼吸的原理，树立物理学的物质观和生物学的结构和功能观。科学思维：通过探究实践了解人呼吸的原理。科学探究：设计模拟肺部呼吸装置，观察呼吸现象。科学态度与价值观：调查收集新冠肺炎等传染病的资料，参与传染病的宣传，认识有效预防传染病的重要性，树立自我保护的意识，养成良好的防护习惯。2.1.3创设真实且复杂的问题情境新冠疫情打乱了原有的生活节奏，给生产生活带来了严重的影响。新冠肺炎病毒主要侵犯的是肺部，会导致肺部出现损伤，影响肺部正常的呼吸功能，严重者会导致死亡。那么，人体的肺部结构是什么样的？正常情况下肺是如何与外界进行气体交换的？2.1.4设计驱动性任务任务一：通过查阅资料，了解气体压强。任务二：了解肺部的功能和结构，解释人正常呼吸的原理。通过实践，制作肺部呼吸装置，观察呼吸现象的过程。任务三：通过调查，了解新冠肺炎的发病原因，以及对人中学理科园地表1 初中阶段物理、生物的课程融合主题设计学科融合的知识点物理凸透镜成像原理、光的折射、近视眼球的基本结构、视觉的形成、近利用水透镜探究近视眼、远视眼的成因眼和远视眼的成因及视力的矫正调查生活中污染废气的排放、宣传环境分子的热运动嗅觉的形成杠杆五要素、杠杆的分类、杠杆平骨、关节、肌肉衡条件大气压强、气压与体积关系液体压强、分子间作用力科学素养课程内容生物视及其预防耳朵的基本结构、听觉的形成肺和外界的气体交换过程血管的生理结构、血液的组成的危害，撰写调查报告。任务四：制作预防新冠肺炎或其他传染病的手抄报。2.1.5教学评一体活动(1)课程计划与实施本次主题课程分三个课时完成。第一课时完成任务一，学习气体压强的概念和特点。将气体压强与液体压强类比，通过演示小实验如覆杯实验、瓶子吞鸡蛋等验证气体压强的存在，了解马德堡半球实验和托里拆利实验，知道大气压强的数值。了解人体内的压强特点，以适应地球的生活。第二课时完成任务二，学习肺部的功能和结构，解释人正常呼吸的原理，并制作肺部呼吸装置。利用身边的器材如塑料瓶、吸管、气球、热熔胶、胶带等，自制肺部呼吸模拟装置 4 。具体做法是将塑料瓶从中间剪开，保留上半部分；将气球口打结，剪去其底部，将剩下的部分包住塑料瓶，可用胶带固定；将两根细吸管套人粗吸管中，留出细吸管的末端，将两个气球口套人细吸管中，并用胶带固定；把塑料瓶盖打个洞，将粗吸管插进去，用热熔胶封住吸管与洞的缝隙，确保不漏气；将吸管上的气球放人瓶子中，拧紧瓶盖，一个简单的呼吸模拟装置就做好了。在此装置中用塑料瓶模拟胸腔，塑料吸管模拟气管，两侧的气球模拟肺部，底部的气球模拟膈。讨论：气球在什么情况下胀大？什么情况下缩小？如果气球漏气或者瓶身密封不严，结果会怎么样？第三课时完成任务三和四，小组讨论调查的结果，分析存在的问题，交流与反思，修正和完善调查报告；根据了解到的信息，绘制预防新冠肺炎或其他传染病的手抄报，并在班级做好宣传工作。(2)分工协作各小组在明确任务后，组长做好组员分工和协作，根据学习任务制定计划和安排，按照计划做好前期的准备工作，合作开展实践活动。(3)综合评价针对本主题课程的学习评价可以包括小组交流讨论、教师评价和学生自我反思。小组讨论交流人呼吸的原理，新冠肺炎造成呼吸困难的原因及治疗措施。同伴之间交流撰写的调查报告，谈谈本次调查的心得体会，展示制作的手抄报，听取小组的建议，自我反思修正调查报告，在展示与交流中，教16及其矫正噪声的控制、宣传科普知识保护知识认识人体中的杠杆、探究动物的身体动作中的杠杆自制模拟肺部呼吸装置，观察呼吸现象观察毛细现象一一会爬坡的颜色第2 0 卷总第1 1 5 期师及时给予指导和评价,形成定稿并完成任务。2.2物理、生物学科融合课程的学习评价学习评价是对教学活动现实的或潜在的价值做出判断的过程，是研究学生学习的价值过程。评价要以学生发展为根本，强化素养导向，促进学生学习和教师教学的改进，主要包括过程性评价和终结性评价两种方式。2.2.1 过程性评价过程性评价的目的在于及时发现学生在学习的过程中存在的问题，以便及时矫正。过程性评价要基于核心素养的内容进行细化,确定评价的要素,结合课程主题和内容，确定表现性任务，制定评价标准并赋分或划分等级，根据观察到的结果进行评分，最终以分数来判断学生的过程性表现，如表3 1 5 。2.2.2终结性评价终结性评价常常采用阶段性练习或者学业水平考试形式，其主要目的检测学生在义务教育阶段结束时的学业成就，为评价区域和学校教学质量提供参考。试题的命制应注重育人导向,注重科学性和规范性。试题命制要先明确考试的内容、目标和题型，创设试题情境和问题，预测试题的难度，最后确定评分标准。例1：自制肺部呼吸装置是如何模拟人呼吸的？如果气球漏气或者瓶身密封不严，结果会怎么样？又该如何改进？题型：简答题试题目标：发展科学探究能力，提升核心素养试题情境：学科融合实验情境试题来源：原创预估难度：0.6参考答案：当向下拉动底部的气球（隔肌收缩，位置下降），瓶里的气球体积变大，模拟肺部吸气过程；当向上推动底部的气球（肌舒张，位置上升），瓶里的气球体积变小，模拟肺部呼气过程。如果气球漏气或者瓶身密封不严，则无法模拟呼吸过程，可以检测各接口处的密封情况，用胶水或橡皮泥密封。例2：前往青藏高原地区游客有的会有高原反应，会出现呼吸困难的原因，请解释原因,并提出可行性的建议。题型：简答题试题目标：锻炼科学思维能力，提升核心素养试题情境：生活情境、学科融合情境试题来源：原创预估难度：0.6参考答案：青藏高原地区海拔高，大气压强比较低，且低于体内气压，很难将空气压入体内，又因为空气中的氧气含量少，无法为体内的血红细胞提供足够的氧气，所以会出现呼吸困难的症状。可以随身携带氧气瓶、抗高原反应的药物，根据身体实际情况再开展旅游。例3：在抗击“冠性病毒肺炎”的战斗中，医务人员工作时所采取的措施或用到的器械，许多都利用了物理知识：17中学理科园地表3 人体呼吸原理主题过程性评价量表核心素养 评价要素知道大气压强及其与人优秀类生活的关系；呼吸运动形成观念可以实现肺与外界的气待改进科学观念体交换用大气压强的知识解释优秀解决问题有关现象；能解释人呼吸的原理能将实际问题转化为科模型建构学模型能将科学现象进行分析优秀科学推理和推理，并作出合理的解释科学思维科学论证能将证据证明结论对不同的观点提出质疑，质疑创新从不同的角度分析问题基于真实情境，提出有价提出问题值、有深度的问题，进行猜想与假设收集数据，并如实记录，收集证据实验操作规范科学探究熟练运用实验方法，分析分析解释实验数据，得出结论对实验操作进行反思评优秀估，能提出修改意见，并合格交流评估对模拟呼吸装置进行优待改进化改进体会科学对人类认识深优秀科学化及社会发展的推动作手合格本质观用乐于探索自然，具有严谨科学态度科学态度认真、实事求事的品质，养成健康的生活态度和与责任行为习惯关注科学技术对自然、人类生产生活的影响，遵守社会责任科学伦理，具备解决实际问题的责任与能力注：评价标准中的优秀等级赋值5 分，合格等级赋值3 分，待改进等级赋值0 分。科学素养表现性任务评价标准得分合格合格待改进优秀合格待改进合格待改进优秀合格待改进优秀合格待改进优秀合格待改进优秀合格待改进优秀合格待改进待改进优秀合格待改进优秀合格待改进得分：第2 0 卷总第1 1 5 期（1)用活塞式针筒打针，将药液完全抽进针筒内，利用了什么原理？（2)病人打吊瓶时，药液是怎么进入静脉中的？（3）喷雾器为什么能喷出雾状液体？试题目标：发锻炼科学思维能力，提升核心素养试题情境：生活情境试题来源：原创预估难度：0.5参考答案：（1)大气压强（2)病人打吊瓶时，随着药液逐渐地流人血管，药瓶中的药液逐渐减少，液体压强也逐渐减小；在大气压的作用下，空气从输液器上端的进气管进人瓶内，使瓶内气压始终等于大气压。（3)喷雾器喷雾，推拉活塞时，管上方的空气流速快，压强小，小于喷雾器内的液体上方的气压，所以液体会沿喷雾器的管道上升。3结语STEAM理念下物理、生物学科融合教学，基于真实的问题情境，从学情出发，有效地提高了学生的解决问题的能力中学理科园地和科学探究能力。在新课标的指导下，教师可以尝试将学科融合渗透到日常教学中，在课时允许的情况下，开展主题探究活动，激发学生的求知欲和学习热情，养成学以致用的好习惯，以全面提升学生的核心素养。参考文献：1中华人民共和国教育部义务教育课程方案(2 0 2 2 年版)S.北京：北京师范大学出版社,2 0 2 2:4-5.2中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准(2 0 2 2 年版)S.北京：北京师范大学出版社,2 0 2 2：1 6,3 3-3 8.3中华人民共和国教育部。义务教育生物学课程标准(2 0 2 2年版)S.北京：北京师范大学出版社,2 0 2 2:2 1.4孙美丽，王文娟.初中生物实验与物理实验融合的教学研究 J.新智慧,2 0 2 0(3 5):6 7-6 8.5潘书朋.基于学生自主创新的物理实验设计与评价研究J,基础教育课程,2 0 2 2(8):5 6-6 4.科学素养285252852852852852528528582852528582852852852525285252852525852528528525285285252852852528528525285285285285285285285285285（上接第1 4 页）教学的有机融合，不仅能够激发学生的学习兴趣，同时也可以使学生接受中华传统文化的教育，感知艺术视觉背后的物质科学基础。从青瓷历史体会中国古典文物美学，从青瓷烧制感受中国古代工匠精益求精的精神追求。将中国传统文化融人课堂教学，将知识获取和古典文物、传统工艺实现有机结合，使学生弘扬传统文化，传承化学技术，预见生活之美。参考文献：1】中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2 0 1 7 年版2 0 2 0 年修订)S.北京：人民教育出版社,2 0 2 0.2刘欣冉.在高中化学教学中融合中华优秀文化的研究 D.牡丹江：牡丹江师范学院，2 0 2 2.3李惠娟.让硅担当起不可或缺的角色：硅的教学设计案例.中学化学教学参考,2 0 0 9(7):3 6-3 8.4邵传强：基于人文背景融合学科核心素养的化学教学设计与实践：以“含硅矿物与信息材料”教学为例 J化学教学，2020(12):41-45,51.18