基于STEAM教育理念的初中地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

作者簡介：焦國斌（1989一），男，甘肅省平?jīng)鍪袥艽h玉都中學(xué)。

《義務(wù)教育地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，初中地理課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，對培育學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力具有重要價值，而地理實(shí)驗(yàn)是體現(xiàn)課程實(shí)踐性的重要方式之一。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師通過引導(dǎo)學(xué)生直觀觀察、探索地理現(xiàn)象的方式，培育學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。STEAM是一種綜合教育理念，致力于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和綜合素質(zhì)?；诖耍處煈?yīng)重視對教學(xué)方式的改革創(chuàng)新，積極探索將STEAM教育理念融入初中地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施路徑。

一、STEAM教育理念概述

STEAM教育理念是一種融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)學(xué)科的綜合教育理念，旨在培養(yǎng)學(xué)生的多元視角和綜合素質(zhì)[1]。通過多學(xué)科融合，學(xué)生將依托多維度的學(xué)習(xí)空間，在真實(shí)情境中探索、發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造，并學(xué)會用多元視角思考、分析并解決實(shí)際問題。STEAM教育理念的核心是創(chuàng)新、融合，有助于充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主體作用，鼓勵學(xué)生運(yùn)用多學(xué)科知識和經(jīng)驗(yàn)尋求問題解決方案[2]。因此，STEAM教育理念是持續(xù)提升學(xué)生綜合素養(yǎng)、有效推動學(xué)科教育創(chuàng)新的重要力量。

二、基于STEAM教育理念開展地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的原則

在傳統(tǒng)的地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生接觸到的往往是單一的地理事物與現(xiàn)象，難以形成系統(tǒng)的人地協(xié)調(diào)觀、地理實(shí)踐力等學(xué)科核心素養(yǎng)[3]。在STEAM教育理念下，地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)立足學(xué)生的實(shí)際需求，通過融合多學(xué)科知識和方法、創(chuàng)設(shè)真實(shí)的實(shí)踐情境等方式，突出學(xué)生在地理實(shí)驗(yàn)中的主體地位。簡而言之，地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要遵循跨學(xué)科融合、學(xué)生主體和實(shí)踐性的基本原則。

三、基于STEAM教育理念的初中地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

（一）融合多學(xué)科知識，開展趣味實(shí)驗(yàn)活動

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教師要通過趣味化的實(shí)驗(yàn)活動，創(chuàng)新融合多個學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的知識和技能[4]。在STEAM教育理念的指引下，地理實(shí)驗(yàn)的趣味性和實(shí)踐性較為明顯。在地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可融入STEAM教育理念，引導(dǎo)學(xué)生調(diào)動已有知識和經(jīng)驗(yàn)，積極探索、分析多學(xué)科知識的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，從而培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和綜合素質(zhì)。

以人教版七年級上冊“多變的天氣”的教學(xué)為例。教師應(yīng)圍繞天氣、氣候兩個核心概念，引導(dǎo)學(xué)生識別常用的天氣符號、讀懂簡單的天氣圖并獲取準(zhǔn)確的天氣信息，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維能力，增強(qiáng)學(xué)生的區(qū)域認(rèn)知能力；依托天氣預(yù)報模擬實(shí)驗(yàn)活動，提高學(xué)生的地理實(shí)踐力。在備課階段，教師可融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)學(xué)科知識，創(chuàng)新設(shè)計趣味化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動（見表1）。

表1“多變的天氣”STEAM多學(xué)科知識示例

為了讓學(xué)生區(qū)分天氣、氣候兩個核心概念，教師可設(shè)計融合技術(shù)、數(shù)學(xué)知識的天氣預(yù)報模擬實(shí)驗(yàn)活動。在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，教師制作簡短的微課視頻，用于向?qū)W生解釋天氣和氣候的定義及區(qū)別，如天氣表示某地區(qū)在短時間內(nèi)大氣狀況和地理現(xiàn)象的綜合，而氣候表示某地區(qū)在長時間內(nèi)氣象要素和天氣現(xiàn)象的平均狀態(tài)。同時，教師準(zhǔn)備氣象衛(wèi)星云圖、天氣預(yù)報軟件等天氣預(yù)報技術(shù)工具，以及溫度計、濕度計、風(fēng)向標(biāo)等設(shè)備，用于學(xué)生觀測和記錄天氣數(shù)據(jù)。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生分組模擬播報某地區(qū)的天氣預(yù)報，并完成天氣觀測數(shù)據(jù)收集、實(shí)地觀察分析等實(shí)踐任務(wù)。根據(jù)學(xué)生收集到的天氣觀測數(shù)據(jù)（如氣溫、降水量、風(fēng)速等），教師鼓勵各組學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型并分析概括其特征，幫助學(xué)生深入理解和區(qū)分天氣、氣候這兩個核心概念。

在天氣預(yù)報模擬實(shí)驗(yàn)活動中，教師應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生收集、觀察和分析天氣數(shù)據(jù)，同時讓學(xué)生思考數(shù)據(jù)背后的科學(xué)原理。在融合多學(xué)科知識的地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生不僅能深入理解天氣和氣候的定義及區(qū)別，還能在實(shí)踐中綜合運(yùn)用多學(xué)科知識，提高自身的綜合思維能力和地理實(shí)踐力。

（二）以學(xué)生為中心，探索STEAM創(chuàng)新本質(zhì)

在初中地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和綜合素質(zhì)同樣重要。為此，教師應(yīng)以學(xué)生為中心，引領(lǐng)學(xué)生全面探索STEAM實(shí)驗(yàn)探究活動的創(chuàng)新本質(zhì)，鼓勵學(xué)生在實(shí)驗(yàn)活動中發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、設(shè)計并實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案、分析并討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果[5]。學(xué)生主體原則強(qiáng)調(diào)發(fā)揮學(xué)生的主體作用，因此，教師需給予學(xué)生充足的時間和空間，并尊重學(xué)生的個體發(fā)展差異，持續(xù)激勵學(xué)生探究地理現(xiàn)象和規(guī)律。

以人教版七年級下冊“人文環(huán)境”的教學(xué)為例。在此階段，學(xué)生已經(jīng)對亞洲的地理位置等基礎(chǔ)知識有了一定的了解，但對于人文地理方面的知識內(nèi)容還有待進(jìn)一步學(xué)習(xí)。教師可通過閱讀圖表、分析數(shù)據(jù)等方式，引導(dǎo)學(xué)生深入探究，促進(jìn)學(xué)生對知識的理解。為此，教師可以設(shè)計融合藝術(shù)、數(shù)學(xué)知識的STEAM實(shí)驗(yàn)探究活動一“多元文化體驗(yàn)與人口特征探究”。在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，教師搜集亞洲、北美洲、南美洲等大洲的圖片，同時設(shè)計一系列與人口特征相關(guān)的問題，如“不同大洲的民族分布有何特點(diǎn)”“人口密度與地域文化之間有何聯(lián)系”，以引導(dǎo)學(xué)生深入思考并產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)探究興趣。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師鼓勵學(xué)生自主觀察、分析圖表和數(shù)據(jù)，積極發(fā)現(xiàn)問題并提出假設(shè)。部分學(xué)生基于亞洲地區(qū)、北美洲地區(qū)的人口密度數(shù)據(jù)，提出“人口密度差異與自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和文化傳統(tǒng)有關(guān)”的假設(shè)。隨后，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)假設(shè)設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生分組制作代表不同地域文化的符號或圖案，以便直觀展示和比較人口特征與地域文化的關(guān)系。同時，學(xué)生結(jié)合數(shù)學(xué)知識，計算不同地區(qū)的人口密度、年齡結(jié)構(gòu)等指標(biāo)，為實(shí)驗(yàn)提供數(shù)據(jù)支持。此外，教師引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)結(jié)果的現(xiàn)實(shí)意義，如怎樣根據(jù)人口特征制訂合理的區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、如何促進(jìn)不同地域文化的交流與融合等，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和批判性思維。

在學(xué)生自主探究地理實(shí)驗(yàn)的過程中，教師應(yīng)給予學(xué)生充足的時間和空間，并尊重學(xué)生的個體發(fā)展差異，根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)予以正面評價和反饋。對于遇到困難的學(xué)生，教師應(yīng)給予技術(shù)、資源方面的支持，以確保每位學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究活動中都有所收獲，實(shí)現(xiàn)個人成長和發(fā)展。

（三）融合信息技術(shù)，協(xié)作探究STEAM實(shí)驗(yàn)

STEAM教育理念的核心是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力，因此，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生參與地理實(shí)驗(yàn)活動，以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)?，F(xiàn)代信息技術(shù)能夠創(chuàng)新賦能初中地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并為學(xué)生打造一個立體且高度互動的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)環(huán)境。在融合信息技術(shù)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，教師需引導(dǎo)學(xué)生直觀觀察地理現(xiàn)象、模擬實(shí)驗(yàn)過程，使他們在探索中加深對科學(xué)原理的理解。

以人教版八年級上冊“水資源”的教學(xué)為例。在STEAM教育理念的引領(lǐng)下，教師可以設(shè)計協(xié)作探究的地理實(shí)驗(yàn)活動一“探究水資源的時空特征與問題”，利用三維動畫模擬軟件，向?qū)W生直觀呈現(xiàn)我國水資源的時空分布特征；借助交互式地圖軟件，幫助學(xué)生深入理解解決水資源問題的有效措施。

1.三維動畫模擬

教師借助妙懂地理APP，精心設(shè)計三維動畫，直觀展現(xiàn)我國水資源的時空分布特征：在時間上夏秋多、冬春少，在空間上東南多、西北少，以及時空分布特征對我國不同地區(qū)生產(chǎn)生活產(chǎn)生的具體影響。學(xué)生在觀察三維動畫的時空分布特征模擬圖時，能夠直觀理解夏秋季節(jié)的濕潤氣流使得降水增加，而冬春季節(jié)的氣流干冷使得降水相對較少的地理規(guī)律。

在實(shí)驗(yàn)活動中，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生分組對比我國水資源的時空分布特征，即時間組的學(xué)生收集時間數(shù)據(jù)、空間組的學(xué)生收集空間數(shù)據(jù)，然后兩組協(xié)作探究水資源時空分布不均對生產(chǎn)生活產(chǎn)生的影響。例如，在學(xué)生分組收集完時間、空間數(shù)據(jù)后，教師指導(dǎo)兩組學(xué)生協(xié)作探究“我國華北地區(qū)水資源緊缺的原因”。學(xué)生通過觀看妙懂地理APP上的三維動畫模擬圖或視頻，從華北地區(qū)的自然環(huán)境條件、人文環(huán)境條件、水資源利用情況等角度探究問題的答案。通過對比和研究，學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)我國華北地區(qū)位于溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均降水較少且集中于夏季，人口多、耕地面積廣、工業(yè)發(fā)達(dá)、需水量大，兼具水污染和水資源浪費(fèi)嚴(yán)重的情況?；诖?，學(xué)生直觀感知到水資源時空分布不均的特征，以及水污染和水資源浪費(fèi)問題非常嚴(yán)峻，為探究水資源問題的解決方案出謀劃策。

2.交互地圖探索

在地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動中，教師可通過STEAM項目整合課程內(nèi)容與信息資源，讓學(xué)生在真實(shí)的實(shí)踐情境與項目任務(wù)的探究中發(fā)展地理實(shí)踐能力。例如，教師借助妙懂地理APP，設(shè)計高度互動的電子地圖項目，為學(xué)生直觀呈現(xiàn)我國華北地區(qū)與東南地區(qū)的水資源時空分布現(xiàn)狀，并鼓勵學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析并解決兩個地區(qū)的水資源問題。

首先，在探索交互式電子地圖的過程中，學(xué)生通過觸碰黃河、長江等河流的圖標(biāo)，能夠獲取河流的流量、水質(zhì)、流域面積等詳細(xì)數(shù)據(jù)，以及河流對華北、東南地區(qū)水資源時空分布的具體影響。同時，學(xué)生通過觸碰內(nèi)陸湖泊的圖標(biāo)，能夠了解湖泊的水位變化、水質(zhì)狀況、生態(tài)功能等地理信息，以及它們對周邊水資源的影響。此外，學(xué)生通過觸碰氣象圖標(biāo)、城市圖標(biāo)，能夠獲取華北與東南地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，為后續(xù)分析氣象因素、人類活動對水資源的影響提供依據(jù)。通過對電子地圖的探索，學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)華北地區(qū)存在水資源短缺、水污染嚴(yán)重等問題，而東南地區(qū)存在季節(jié)性缺水、水污染嚴(yán)重等問題。

其次，教師鼓勵各組學(xué)生觀察電子地圖，并提出合理的假設(shè)。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生可以設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案來驗(yàn)證假設(shè)，如在妙懂地理APP上模擬不同降水條件下的地區(qū)水資源供需狀況，或者分析不同水污染治理措施對地區(qū)水質(zhì)改善的效果等。在實(shí)踐過程中，學(xué)生能夠通過對比不同地區(qū)、不同時間段的水資源狀況和數(shù)據(jù)變化趨勢，深入理解水資源問題的本質(zhì)和成因。

最后，教師指導(dǎo)學(xué)生以小組為單位，共同制訂針對華北地區(qū)、東南地區(qū)水資源問題的解決方案。在教師的指導(dǎo)下，各組學(xué)生將解決方案付諸實(shí)踐，通過社區(qū)宣傳、制作海報等方式來推動水資源問題的解決。

通過上述STEAM地理實(shí)驗(yàn)探究活動，學(xué)生能夠運(yùn)用三維動畫、電子地圖等工具，客觀描述我國水資源的分布狀況，歸納影響某個地區(qū)水資源分布的主要因素，在認(rèn)識到水資源的合理利用和保護(hù)對于人類生存和發(fā)展的重要性的基礎(chǔ)上，就水資源問題提出合理化建議。

結(jié)語

綜上所述，STEAM教育理念不僅是推動初中地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要力量，還是推動學(xué)生個性化發(fā)展的重要助力。為此，教師應(yīng)通過融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)學(xué)科知識，積極開展趣味化且具有啟發(fā)性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動，并以學(xué)生為中心探索STEAM的創(chuàng)新本質(zhì)。此外，教師應(yīng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融合現(xiàn)代信息技術(shù)，引領(lǐng)學(xué)生分組協(xié)作探究STEAM實(shí)驗(yàn)活動，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

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