初中地理新課標背景下實施STEAM教育的新探索

戴東怡 龍海麗

在初中地理新課標頒布的背景下，本文以初中天文校本微課程“漫游地球：地球所在的宇宙環境是怎樣的？”主題案例為例，立足STEAM教育理念，融合科學、技術、工程、藝術和數學領域的相關知識與技能，探討STEAM教育理念下初中天文校本課程在第二課堂的實施流程與開展策略。

一、案例設計的背景

STEAM教育包含Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程）、Art（藝術）、Mathematics（數學）五大內容，強調通過項目式學習方式將科學、技術、工程、藝術與數學進行有機融合，STEAM教育理念能夠加強各學科之間的聯系［1］。STEAM教育理念具有跨學科性、情境性、協作性等特點，強調學生的參與性和體驗性，注重培養學生解決問題的能力、自主學習的能力和創新能力，這一教育理念有助于提升學生各方面的素養［2］。基于STEAM教育理念實施初中天文校本微課程，通過開展跨學科主題的學習，有利于全面培養學生的綜合能力，培養全面發展的人。

在最新修訂的《義務教育地理課程標準（2022年版）》中，課程目標的首句即強調：“地理課程目標要圍繞核心素養，體現課程性質，反映課程理念”［3］，并在說明具體的“目標要求”之前詳細闡述了“人地協調觀”“綜合思維”“區域認知”“地理實踐力”四大核心素養的內涵。此外，在最新版初中地理課標中，對“地球的宇宙環境”主題的內容要求和學業要求都做出了詳細的說明。據此，為貼切《義務教育地理課程標準（2022年版）》要求，在開展和實施“漫游地球：地球所在的宇宙環境是怎樣的？”主題案例教學時，設置的具體目標內容與STEAM教育理念的契合點如表1所示。

二、案例實施的流程

在初中地理新課標背景下，融合STEAM教育理念，初中天文校本微課程在第二課堂中的開展實踐流程大致上可分為四個階段：原理學習階段、項目設計階段、操作實踐階段和展示交流階段。按照這四個階段步驟，對“漫游地球：地球所在的宇宙環境是怎樣的？”案例開展與實施的流程闡述如下。

1.原理學習階段

在實施STEAM初中天文校本微課程時，首要任務就是科學原理知識的學習，這是之后其他階段活動開展的基礎。只有學生掌握了一定的天文科學基礎知識，才能更好地針對天文問題進行項目設計學習和操作實踐。最終，學生通過STEAM教育生成的學習成果作品的展現也離不開科學原理知識，“科學”元素貫徹于STEAM初中天文校本微課程的開展和實施的全過程。

（1）創設情境，激發學生對天文知識學習的興趣

在原理學習階段，首先需要創設情境，激發學生對天文知識學習的興趣。例如，通過Stellarium（虛擬星象儀）信息技術軟件真實地模擬宇宙中天體的運動，將星座和各種天文現象再現出來，幫助學生從各種角度瀏覽星空，更好地理解地球的宇宙環境（圖1）。

Stellarium是一款可在手機或電腦上免費使用的虛擬星象儀軟件，能夠根據觀測者所處的地點和時間將天空中的恒星、行星、衛星等天體的位置顯示出來，真實地表現觀察者所在的天空［4］。信息技術軟件生動形象地模擬了地球的宇宙環境，學生在教師的講解和引導下逐步學會從地理的角度感知宇宙，體會地理與生活的密切相關性，從而激發了學生對天文知識的學習興趣。

（2）結合不同信息技術軟件特點演示天體層次系統

不同的信息技術軟件具有不同的特點，在呈現天文知識時具有不同優勢。為了提升模擬實驗教學的效果，教師應當注重知識內容呈現形式的多樣化和新穎性，針對不同的知識點采用不同的信息技術軟件進行模擬，進而發展學生的區域認知、綜合思維和人地協調觀等素養。

例如，Celestia是一款可在電腦端使用的教育類天文軟件，該軟件能存取NASA影像資料庫中的星球與星系目錄并真實地模擬宇宙環境，讓使用者在操作和觀察軟件呈現的畫面時仿佛身歷其境地在太空中遨游［5］。通過Celestia軟件演示地球在宇宙中的位置（圖2），引導學生觀察并說出宇宙中物質的存在形式和特點、描述天體系統的層次結構和地球在宇宙中的位置，學生通過觀察Celestia軟件演示的動畫，獲得對天體層次系統的認知，加深對“地月系”“太陽系”“銀河系”的了解。

PowerPoint（以下簡稱“PPT”）是微軟公司開發的Office程序組中一個用于制作演示文檔的工具，這款軟件可以制作一些簡單的動畫、圖片、文字組合，將知識可視化。當今，課堂教學中最常見的信息技術教學工具便是教師自制的PPT，PPT的使用能綜合展示網絡和教材資源，將教材語言生動形象化，輔助學生更好地理解學科知識。在地理課堂教學中，通過PPT展示天體層次系統圖（圖3），能加深學生對天體層次系統的理解和記憶，學生在理解學習地球所處的宇宙環境的過程中，需要從整個宇宙空間和太陽系等不同大小的尺度視角進行區域認知，從而培養了學生的區域認知能力。

在原理學習階段，通過利用信息技術軟件輔助天文科學知識的學習，發展了科學領域、技術領域的素養。在感受地球的宇宙環境的過程中，學生對地球距離太陽的遠近以及太陽系各天體之間的距離有了初步的認識，獲得“數”的概念，發展了數學領域的素養。此外，在整個原理學習的過程中，沉浸在地球的宇宙環境中即體會到了浩瀚宇宙的神秘與美感，培育了藝術領域的素養。

2.項目設計階段

在完成原理知識學習階段之后，根據不同的情境性問題，以問題解決為導向，通過小組合作設計相應的問題解決及活動開展方案。

在完成“地球的宇宙環境”科學原理知識學習之后，教師可結合星圖App演示宇宙星空（圖4），引導學生觀察地球的宇宙環境。星圖App是一款可以應用于平板電腦或手機的軟件，通過信息技術模擬宇宙星空，教師可在這一環節拋出：“我們生活的地球在太陽系的行星中有何特別之處？”問題供學生思考。學生以地理學習小組為單位開展交流和討論，進行項目設計。在項目設計階段，教師觀察學生在活動中的表現（如發現問題、參與交流和討論的積極性等），并及時跟進、指導這一階段的學生活動。

STEAM教育具有協作性的特點，強調在群體協同中相互幫助、相互啟發。基于此，學生之間組建地理第二課堂學習小組，以問題解決為導向，通過小組合作設計相應的問題解決及活動開展方案。根據“我們生活的地球在太陽系的行星中有何特別之處？”這一問題，學習小組各成員自主分工、合作探究，進行項目方案設計，并進行方案評估分析。在項目設計階段，每個人都進行了復雜溝通、社交技能、問題解決、自我管理以及系統思考等技能的訓練，這一過程處處滲透著工程領域的教育。

3.操作實踐階段

在完成項目設計階段之后，學生通過運用科學原理知識進行問題解決和操作實踐。根據上一流程的項目設計方案，學生進行情境性問題的解決，過程中運用的數學知識和工具、信息技術手段等都是技術素養和數學素養的發展過程。浩瀚的星空、詩意的銀河、變幻的極光等，學生沉浸于這些天文知識內容中，是發展審美意識和藝術素養的過程。

在上一個項目設計階段中，通過小組合作探究學習，學生初步領悟了地球在太陽系中的普通性和特殊性，并擬訂了開展問題探究的項目方案。接下來，便進入到了操作實踐階段。Solar Walk Lite是一款三維太陽系模型手機軟件，能夠將太陽系八大行星及其運行軌道、太陽系中的衛星等展示出來（圖5），還能通過3D示意圖再現太陽和行星的面貌并附有相應介紹［6］。通過數據線連接，可以使得手機端的軟件界面同步到電腦端進行展示。采用Solar Walk Lite軟件模擬演示太陽系，引導學生對太陽系結構和各大行星的特點進行觀察，歸納并說明行星地球的普通性和特殊性。學生在綜合分析地球的宇宙環境的過程中，需要從更加全面的角度看待地理現象和地理事物，從而提高了思維的靈活性，培養了綜合思維。

在這一階段中，學生操作信息技術軟件模擬八大行星運行，通過對太陽系結構和各大行星的學習，說明行星地球的普通性和特殊性，體會保護地球宇宙環境的必要性，培養了綜合思維與人地協調觀，操作信息技術軟件的過程中便是發展地理實踐力的過程，同時也更進一步深化了技術領域的素養。

4.展示交流階段

STEAM教育強調分享，強調讓學生體驗和獲得分享中的快樂感［1］。展示交流階段是STEAM初中天文校本微課程主題探究活動開展的最后一項流程，在這一環節，教師組織學生進行成果作品的展示交流，學生以學習小組為單位分享本組的項目設計方案和作品完成的過程及最終成果。

在“漫游地球：地球所在的宇宙環境是怎樣的？”主題探究活動中，基于原理學習階段、項目設計階段和操作實踐階段的成果，教師組織學生對“我們生活的地球在太陽系的行星中有何特別之處？”這一問題探究結果進行展示交流，學生以學習小組為單位分享本組的項目設計方案和小組成員的觀點，關于STEAM天文校本微課程的評價指標體系如表2所示。學生通過分享本次主題探究活動中的經驗與技巧，獲得自我認同感和參與成就感。

三、基于STEAM教育的初中天文校本微課程實施策略

基于STEAM教育理念在地理第二課堂中開展初中天文校本微課程，能夠在很大限度上發揮第二課堂的優勢，補充第一課堂難以實現的教學內容，拓展深化對學生知識、技能和情感層面的培養，培養全面發展的人。基于STEAM教育理念的天文校本微課程在初中第二課堂的開展實施具有如下策略。

1.基于初中地理課程標準，培育學生的科學精神與實踐能力

在最新頒布的《義務教育地理課程標準（2022年版）》中，特別規劃了10%的課時用以跨學科主題的學習［3］。天文學的研究對象是地球以外的天體，天文校本課程的實施有助于青少年開闊視野，建立宏觀的宇宙觀和世界觀，培育學生的科學探索精神。基于STEAM教育理念，選擇那些日常生活中常見的天文現象為課題為開展天文校本課程，讓學生在STEAM教育的過程中體會地理課程的選擇與生活密切相關，通過引導學生從地理的角度思考和解決問題，逐步提升學生的地理素養和科學精神，在探索科學的過程中發展實踐技能。

2.基于STEAM教育理念，培養學生的設計能力與邏輯思維

跨學科性是STEAM教育最重要的核心特點，情境是STEAM教育的重要組成部分，STEAM教育綜合了多學科的知識與技能，強調培養在真實的情境中綜合分析與解決問題的能力［1］。“技術”是對科學知識的應用，“工程”包含在問題解決和創新性中。地理學具備自然科學與人文科學的性質，其與其他學科的聯系非常密切。在STEAM教育理念指導下開展地理第二課堂活動，要求學生運用多學科知識、從全面綜合的角度分析解決生活中的問題，情境性地理問題解決的過程中，培養了學生的問題解決方案設計能力與綜合邏輯思維。

3.開展初中天文校本課程，發展學生的審美意識和藝術素養

最新頒布的《義務教育地理課程標準（2022年版）》關于學業質量提出了具體要求：學生在不同的情境中，運用地理信息技術、圖像、模型、模擬演示實驗等工具和手段，能夠秉持求真求實的科學態度，簡要描述地球與宇宙的關系，說明太空探索的意義和價值［3］。學生接觸天文學的過程，實際上也是投入到美的研究當中，譬如浩瀚的星空、詩意的銀河、變幻的極光等，沉浸于這些天文觀測內容之中自然而然獲得了美感的體會，從而提升理解和創造藝術的能力，發展了審美意識和藝術素養。

參考文獻：

［1］ 余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學科整合模式［J］.開放教育研究，2015，21（4）：13-22.

［2］ 金慧，胡盈瀅.以STEM教育創新引領教育未來——美國《STEM 2026：STEM教育創新愿景》報告的解讀與啟示［J］.遠程教育雜志，2017（1）：17-25.

［3］ 中華人民共和國教育部.義務教育地理課程標準（2022年版）［M］. 北京：北京師范大學出版社，2022.

［4］ 姜嚴.Stellarium軟件在高中地理教學中的應用研究——以“月相與日月食”為例［J］.地理教學，2019（11）：62.

［5］ 馮滔，楊先.運用Celestia軟件培養學生地理空間思維能力［J］.地理教學，2016（4）：8-9.

［6］ 劉德康.Solar Walk Lite手機軟件在“宇宙中的地球”一節中的應用［J］.中學地理教學參考（下半月），2019（8）：57-59.

通信作者：龍海麗