基于中華傳統文化的STEAM項目式初中化學教學探索

馬玥 莫尊理

摘要： 基于中華傳統文化的STEAM項目式教學探索，從傳統文化的選擇出發，分析STEAM學科融合點，構建項目式問題，設計教學活動框架。以當地新石器時代馬家窯彩陶為例，聚焦馬家窯彩陶的藝術美、性質美、過程美、設計美，培養學生對知識綜合應用的高階思維能力，讓學生體會到人類早期先民認識世界、改造世界的過程，建立對華夏文明的文化認同，樹立其家國情懷。

關鍵詞： 傳統文化； STEAM教育； 項目式教學； 馬家窯彩陶

文章編號： 1005-6629（2023）03-0041-07

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

《義務教育化學課程標準（2022年版）》提出化學課程需立足學生的生活經驗，反映人類探索物質世界的化學基本觀念和規律，傳承中華優秀傳統文化；并倡導開展項目式學習，重視跨學科實踐活動［1］。STEAM教育作為集科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Art）與數學（Math）為一體的綜合性課程系統，堅持以培養學生的綜合素養為目標，強調跨學科知識的有機整合，重視采用多樣化教學方法與評價方式［2］。近幾年國內STEAM教育的實踐課程層出不窮，在其本土化發展的進程中，怎樣才能更符合我國的教育背景呢？有學者指出立足于我國的STEAM教育不僅要重視科學、技術、工程、數學素養的發展，還要加強對傳統文化的認同與人文情懷的培養［3］。基于此，本文通過對有關中華傳統文化的STEAM項目式教學框架的梳理，充分挖掘傳統文化中的學科價值、育人價值，讓學生在基于傳統文化復雜問題的解決過程中，運用多學科知識體系，發現知識間內隱的聯系，培養學生成為獨立的思考者、知識的運用者、技術的創新者、文化的傳承者。

1? 傳統文化的選擇及項目的確立

教育除了是文化的受體外，更應主動地對文化做出選擇［4］。中華文化源遠流長，教育作為傳播載體承擔著弘揚中華文化的責任。那哪些傳統文化值得將其作為教育內容？英國課程論專家丹尼斯勞頓主張課程文化選擇要依據經得起理性探究和檢驗的原則，選擇那些對個體成長而言最具價值的內容［5］。中華文化的選擇從意識形態的價值性來講，也反映著教師的價值判斷。中華文化博大精深，在五千年歲月中沉淀了豐富的體現人類“真善美”的精神文明。對于這些精神文明的傳承不僅能激發學生的文化認同，還能培養學生的家國情懷。精神文化的傳遞同時也需要物質文明的寄托，在從抽象到具象的過程中，選擇的文化載體需要激發學生的好奇心，讓學生愿意了解、愿意學習。人類個體智能的發展通常與周圍的環境息息相關［6， 7］，文化載體的選擇也需要結合學生的周圍環境及生活經驗。中國地大物博形成的文化資源有著很強的地域性特點。在選擇傳統文化時不妨從當地的特色文化資源入手，即符合學生的經驗，課程實施也更便利。另外，以中華傳統文化為基礎的STEAM課程并不是文化的介紹課，是需要在文化視閾下結合數學、科學、工程、科技等跨學科知識的綜合課程。學生學習過程需要以科學的利器對文化進行深入的分析，全面客觀真實地探究文化。因此要注意選擇能夠體現科學性、邏輯性、人文性、藝術性的文化資源，將其處理為能激發學生深度思考的課程資源。總之，對于傳統文化的選擇既要考慮傳遞積極正向的文化觀念，又要注重從學生的生活實際出發，還要考慮文化資源的知識結構與內容深度。課程不僅僅是文化的工具和載體，也是文化得以存在傳承的原因，對文化的選擇是STEAM教學非常重要的一步。

基于此，本文選擇從當地新石器時代馬家窯彩陶入手進行STEAM項目式教學的開發。馬家窯彩陶是我國新石器晚期馬家窯文化最突出的代表物，其彩陶文化在一定程度上奠基了中國藝術的形式基礎，裝飾紋樣更是譜寫著中華民族深刻的歷史記憶、凝聚著樸實而基本的形式美［8］（如圖1）。利用馬家窯彩陶制陶工藝感受早期人類對真的探索，對善的表達，對美的追求，能極大增強學生的文化認同及民族自豪感。對于當地學生來說，馬家窯彩陶從小耳濡目染，當地不僅有馬家窯博物館還有形式多樣的陶器體驗館。另外，馬家窯彩陶從制陶原料、胚體成型、彩繪燒制等各方面都蘊含著物理、化學、技術、歷史、藝術等多學科知識，運用多學科知識體系進行探索也能鍛煉學生在真實情境下的復雜問題解決能力。

2? 分析項目課程學科融合點

確定以馬家窯彩陶為主題進行STEAM課程開發后，首先對馬家窯彩陶進行分析，尋找其中與STEAM學科融合的課程資源，梳理并建立各學科的知識點內容表，如表1所示。

歷史新石器時代的文化演變；馬家窯文明中出現的文化類型；馬家窯時期遠古先民的社會形態、經濟形式以及生產技術水平。

美術從馬家窯紋飾圖騰中培養學生對色彩、紋理、美丑、對稱與均衡的美學思想，感受早期先民抽象思維的具象化藝術表達，創作彩陶藝術品。

數學（M）能對馬家窯彩陶的相關資料進行圖表繪制整理、數據分析；對馬家窯彩繪中的軸對稱、中心對稱進行判斷；在陶器表面繪制軸對稱、中心對稱圖形。

3? 構建STEAM項目式問題引導框架

從本質上來看，STEAM教育是以真實問題解決為任務驅動，讓學生通過運用多學科知識和技能來解決實際問題，從而培養學生的實踐、創新與探究能力［9］。真實問題貫穿著整個STEAM教學活動，在思考問題、解決問題的過程中，學生的核心素養也得以提升。基于此，設計基于STEAM理念的馬家窯彩陶項目驅動式問題圖，如圖2所示。

4? 設計STEAM項目式教學活動框架

對STEAM項目驅動式問題進行梳理后，如何設計恰當的教學活動引導學生自然地展開問題的思考？為了確保教學活動的豐富性、深入性、趣味性，借鑒ETIC框架在課程空間象限劃分為“感受體驗型”（Experience to Understand）、“技藝訓練型”（Train to Craft）、“探究學習型”（Inquiry to Learn）和“創新創作型”（Create to Innovate）四種主體項目類型，分別指向不同的文化傳承目標、培養形式和項目產出。橫軸表示其項目培養方式，劃分為過程導向和結果導向兩種類型。前者側重過程，強調體驗和探究，設計意圖指向精神洗禮和觀念內化；后者則側重結果，強調技藝外顯和創意物化，設計意圖指向技藝習得以及優秀傳統文化在實物上的傳承。縱軸表示學習進階能力，其根據布魯姆教育目標分類法，記憶、理解、應用屬于低階能力；分析、評價、創造屬于高階能力。在基于傳統文化的STEAM教育中，兩類能力的培養同等重要［10］。從項目類型、培養方式、進階水平三個緯度進行整體化模型的設計。從記憶、理解、應用的感受體驗型活動（參加馬家窯博物館）和技藝訓練活動（自制彩陶），到分析、評價、創造的探究（彩陶分析）創作（設計現代彩陶工具）活動，學生對馬家窯彩陶的認識不斷深入，思維訓練也不斷加強，如圖3所示。

5? 具體教學實施過程

5.1? 鑒賞馬家窯藝術之美

［準備階段］聯系學校研學游團隊，分發學習指南（指南內容包括彩陶相關知識、學習任務、記錄表等）。學生以小組為單位在研學教師的陪同下參觀當地馬家窯博物館。

［學生活動］前往馬家窯博物館觀看彩陶展，鑒賞彩陶的圖紋美。并根據學生指南的提示記錄彩陶的外觀、材料、性質、用途、制作過程，完成后期的課外任務。

［教師總結］交流學生研學游活動感受，歸納研究觀察物質的一般方法。

5.2? 探尋馬家窯彩陶制作工藝

5.2.1? 馬家窯彩陶原料選擇

［問題引導］探究陶器的化學組成一般將其分為常量元素和微量元素。常量元素是指含量高于或接近1%的元素，它們決定陶瓷的物理性質和外觀，也反映陶瓷的原料種類和工藝［11］。根據陶胎中常量元素的組成，從新石器時代至漢代制陶所用的粘土可分為—普通易熔黏土、高鎂質易熔黏土、高鋁質耐火黏土、高硅質黏土或瓷土四大類型［12， 13］。

［小組交流］根據教師所提供的資料，馬家窯時期文化類型可分為石嶺下、馬家窯、半山、馬廠。根據資料表2［14］，馬家窯彩陶中SiO2含量范圍在56.02%～69.79%之間，低于70%；Al2O3含量在12.4%～19.97%之間，平均值低于20%，助熔劑則高于11%，可判斷其粘土類型為普通易熔粘土，其化學組成以低氧化硅、低氧化鋁、高助熔劑為特征。其中“高助熔劑”有助于降低氧化硅和氧化鋁的熔化溫度（即熔點），有助于黏土的燒結（即把粉狀物料轉變為致密體），把坯體轉變為陶器［15］。

［問題進階］甘肅黃土大多為馬蘭黃土，我們周圍的馬蘭黃土能否用來制作馬家窯彩陶？

［小組發現］對比馬家窯時期陶片及馬蘭黃土的化學組成，從表2可以看出一般馬蘭黃土中SiO2、 Al2O3的含量大都低于陶片中的含量，而CaO的含量卻比陶片中的高。猜測在制陶的過程中CaO首先與水發生反應生成氫氧化鈣，氫氧化鈣又與空氣中的二氧化碳反應產生碳酸鈣，碳酸鈣是難溶物會降低陶器的可塑性，并且在燒制時高溫下碳酸鈣容易分解產生二氧化碳對胎壁造成損壞，導致陶器開裂破碎，所以甘肅制陶一般不用馬蘭黃土。

涉及反應的化學方程式：

CaO+H2OCa（OH）2； Ca（OH）2+CO2CaCO3↓； CaCO3高溫CaO+CO2↑。

5.2.2? 馬家窯彩陶的胚體成型

［教師提問］遠古人選擇合適的制陶黏土后如何進行處理？

［小組回答］查閱資源可知，在黏土確定后，首先去掉粗顆粒，再研磨成細土面進行淘洗，將黏土加水攪拌成泥漿，之后將泥漿進行澄濾以除殘存的渣滓。其中的渣滓有一部分為碳酸鈣沉淀。

［小組實驗］利用周圍黃土體驗制陶黏土的處理過程——除去大顆粒、研磨、沉淀、過濾。總結每一步需要注意的操作事項，如表3所示。

［數據分析］對比馬家窯時期各類型陶片，其化學物質含量發生了哪些變化？

［小組發現］從上述表2中可以看出，隨著馬家窯文化的發展，從早期的石嶺下類型到晚期的馬廠類型，彩陶中CaO的含量大抵呈下降的趨勢。可以看出隨著人類文明的發展，陶工的淘洗技術日益成熟，為彩陶的初步繁榮創造了有利條件。

［教師講述］淘洗完成后，對馬家窯彩陶坯體進行塑形。其主要有捏制法、貼筑法和盤筑法。后期逐漸出現輪制法制陶，重點介紹輪制法，其標志著陶器制作工藝的成熟。

5.2.3? 馬家窯彩陶的色彩變化

［資料介紹］馬家窯彩陶在燒制前就要進行彩繪，馬家窯時期的彩陶主要以黑彩為主，并有少量的白彩、紅彩，在馬家窯文化晚期的半山與馬廠時期還出現了大量的棕色復合彩。

［教師提問］馬家窯彩陶的顏料選擇需要具有哪些性質？馬家窯彩陶中的主要色彩化學成分有哪些？

［小組回答］顏料性質：耐高溫，化學性質穩定。其中紅彩顯色物相為氧化鐵（Fe2O3），出土的礦物顏料是赤鐵礦的風化物赭石，主要成分是氧化鐵（Fe2O3）。黑彩顯色物相為四氧化三鐵（Fe3O4），其礦物以磁鐵礦與黑錳礦為主。白彩主要成分為石膏或方解石，白色的顯色物相為CaCO3。根據陶片的燒成溫度在1000℃左右看，這時CaCO3已分解，但由于被壓入陶器表層，出窯后在空氣中又變為CaCO3，部分陶器燒成后再繪彩，彩繪顏料為燒石灰（CaO），因其能吸收空氣中的CO2，硬化后變為CaCO3而附著在陶器表面。

其中的物質轉化過程：CaCO3CaOCa（OH）2CaCO3。

5.2.4? 陶器燒成的影響因素

［教師提問］據考古學家推測，遠古時期，人們為了保留火種在地上鑿洞，久而久之發明了彩陶。火帶領人類走向了新的文明。我們學習過的燃燒指的就是火嗎？燃燒有哪些條件？

［學生回答］火是燃燒過程中的一種現象描繪，燃燒是指一種發光、發熱的劇烈氧化反應。燃燒的條件：可燃物、與氧氣接觸、溫度達到著火點。

［教師提問］所有燃燒都是有利的嗎？講述北京冬奧會火炬設計環保理念。

［學生活動］交流燃燒帶來的污染物。

［教師介紹］陶器的燒成溫度受陶窯的結構、黏土的成分、燒成氣氛的影響。陶窯主要有橫穴窯和豎穴窯。黏土的成分中具有耐火性的是Al2O3，而Fe2O3， CaO， K2O， Na2O， MnO則起熔劑作用。燒成氣氛是指窯內氣體的組成和氧化或還原的能力，主要由其中氧氣的含量決定。陶窯密封不嚴時，空氣中含有的氧將坯體所含物質氧化，陶器燒成后呈紅色或橙黃色；陶窯密封較好，氣體中含有一氧化碳（CO），具有將所含的鐵質還原為氧化亞鐵（FeO）的能力，燒成后的陶器呈灰色或深灰色［16］。

［教師提問］馬家窯彩陶各類型的燒制特征有哪些？

［小組交流］馬家窯時期陶器的燒成溫度較高，由于陶窯多為橫穴窯，火候不是很均勻。在有些陶器底部和上部，外表和器里顏色也不相同。例如馬家窯半山類型的紅黑彩橙陶，表里為橙黃色，中層為紅色。馬家窯時期大多數器表呈紅色、橙黃色，燒成氣氛為氧化氣氛也說明當時多用火直接燒制而較少封窯。

［交流匯總］總結陶器燒制思維導圖為圖4所示。

5.2.5? 陶質文物可溶性鹽類的去除

［教師提問］你觀察到的馬家窯彩陶都有哪些磨損情況，分析其原因，并交流如何處理。

［小組交流］小組查詢資料［17］，討論交流，總結如表4所示。

5.3? 創新設計制陶探索工藝

5.3.1? 自制電動輪盤

［教師提問］分析古代輪制法，泥料拉坯成型的關鍵因素有哪些？如果讓你來制陶，想一想需要哪些工具呢？

［小組探究］小組查閱資源，探究制陶過程中的物質運動及受力分析，總結制陶過程將泥料拉坯成型離心力、慣性力和泥料特性缺一不可。

［小組活動］設計方案，準備原料與彩繪顏料，并自制電動輪盤。

［教師提問］電動輪盤工作的原理是什么呢？

［小組討論］電動機的轉子是通電導線在磁場中受到安培力的作用，轉子帶動光盤轉動屬于勻速圓周運動，陶泥能附著在光盤上隨著光盤轉動時，靜摩擦力提供了陶泥轉動的向心力。陶泥被甩出時，最大靜摩擦力無法提供需要的向心力，陶泥做離心運動，被甩出去。

5.3.2? 自制彩陶藝術品

［教師提問］通過馬家窯彩陶圖紋你能看出遠古先民的哪些特點？你能找出哪些軸對稱、中心對稱的圖形？

［學生回答］在馬家窯彩陶裝飾紋樣的“萬物有靈”中，常常能看到描繪水的漩渦紋、波浪紋，以及對動物神力崇拜表達的魚紋、蛙紋，對多子渴望的葫蘆紋。其中水波紋、蛙紋等都屬于軸對稱，部分菱形紋體現著中心對稱。

［學生活動］利用準備好的原料、顏料以及自制的輪盤進行陶器創作，用塑形、色彩、對稱等美學思想表達自我。

6? 總結

基于傳統文化的STEAM項目不應只是簡單的動手操作，還應包含有一定研究價值和深度的復雜性問題，并在思維和實踐層面上開展多方位多視角的文化內涵挖掘［18］。本文基于中國新石器時期的馬家窯彩陶STEAM教學案例，通過鑒賞彩陶的藝術美，探究彩陶的性質美，調查制陶的過程美，模擬制陶的設計美幾個過程，培養學生從認識理解到應用創新的高階思維能力。在此過程中通過豐富多樣的活動使學生提高對知識的跨學科綜合應用能力，通過不同的作品輸出讓學生體驗遠古先民的生活方式。正如法國人類學家列維·布留爾在研究原始思維時所說：“原始思維和我們的思維一樣關心事物發生的原因。［19］”利用STEAM教學理念破解原始制陶的奧秘，不僅能讓學生體會到人類早期先民認識世界改造世界的過程，而且還能激發學生探求事物本質原因的原始思維，是學生自我發現、自我生成、自我建構的結果，在自由探索中也能建立起對華夏文明的文化認同，樹立對祖國對家鄉的家國情懷。

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