摘 要：以高中化學的某些學科大概念為錨點，STEAM教育理論和“學習進階”理論做指導，借鑒PBL（基于項目的學習）和UbD逆向教學設(shè)計，探索構(gòu)建橫向與縱向雙維度整合的有效進階教學策略，可促進學生的學科核心素養(yǎng)進階發(fā)展，發(fā)展學生高階思維，使學生成為復合型創(chuàng)新人才。

關(guān)鍵詞：STEAM教育理論；學習進階；學科大概念；學科核心素養(yǎng)

一、研究背景

當前社會的數(shù)字化轉(zhuǎn)型給經(jīng)濟、社會領(lǐng)域帶來了重大變化，教育領(lǐng)域也發(fā)生了很大的變化。在21世紀，人們不能認為教育是為了實用目的而傳授技能和知識：就在人們說話的時候，機器正在獲取這些技能，而人們正在數(shù)字信息的海洋中游泳。STEAM（Science，Technology，Engineering，Arts，Mathematics）“科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學”作為一種新型的教育模式，人們通過整合科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學來創(chuàng)造新的專業(yè)領(lǐng)域，讓學生跟上進步。為了迎接21世紀的挑戰(zhàn)，學生需要具備各種技能，如高階思維能力、批判性思維等，通過進階學習，可促進學生深度學習，并運用與自己認知水平相適應的科學解釋。學習進階以大概念為錨點，協(xié)調(diào)優(yōu)化學科及跨學科知識教學，可促進學生對大概念的跨學科結(jié)構(gòu)化理解[1]?！按蟾拍睢睘榉从硨＜宜季S方式的概念、觀念或論題，它具有生活價值[2]。大概念是反映學科本質(zhì)，結(jié)構(gòu)化的具有抽象性、概括性、統(tǒng)攝性和廣泛遷移價值的學科思想和觀念[3]。大概念是學科學習的核心，指向?qū)W習內(nèi)容的本質(zhì)特征，以學科大概念為錨點，STEAM教育理論和“學習進階”理論做指導，創(chuàng)設(shè)真實情境，打破學科邊界，構(gòu)建上下進階銜接、左右學科間聯(lián)通的課程體系[4]。這使學習者在當前信息指數(shù)級發(fā)展的情況下積極面對未來的挑戰(zhàn)，對于豐富和充實高中教育教學理論，有著非常重要的意義。

二、研究思路

（一）化學學科大概念前概念、化學學科核心素養(yǎng)現(xiàn)狀調(diào)研

調(diào)研分析初三、高中學段學生相關(guān)主題的化學學科大概念或跨學科大概念的前概念（迷思概念）及化學學科的核心素養(yǎng)的現(xiàn)狀。調(diào)研初中、普通高中6所。

具體的調(diào)查方式：學生化學學科大概念或跨學科大概念前概念形成性調(diào)查問卷及學習動機水平、自我效能感調(diào)查問卷及教師大概念學科理解、PCK（Pedagogical Content Knowledge）學科教學知識調(diào)查問卷。其中化學學科大概念診斷問卷為二段式診斷問卷，每題包含兩個問題設(shè)置，第二小題是針對學生選擇第一小題的選項的證據(jù)支持解釋，最后還留了一個開放式的理由支持。這樣將主觀題與客觀題考查相結(jié)合可準確而全面地了解各學段學生學科大概念前概念現(xiàn)狀。

以《原電池》前概念診斷問卷中一題為例說明：

1.下列關(guān)于原電池的相關(guān)說法正確的是（? ）

A.原電池的電極材料必須是活性不同的金屬或非金屬，且較活潑的金屬做負極

B.原電池的電極材料可以相同

C.電子由原電池的負極通過電解質(zhì)溶液流向原電池的正極，構(gòu)成閉合回路

D.電解質(zhì)溶液一定參與電極反應

2.你選擇上題的理由是（? ）

A.電極材料一定參與原電池反應，且還原性較強的電極做負極

B.原電池的電極材料提供反應的是電子的場所及傳導電子的作用，不一定參與反應

C.電流的產(chǎn)生一定是自由電子的定向移動產(chǎn)生，電子可以在電解質(zhì)溶液中移動

D.電極反應為電解質(zhì)溶液與電極的反應發(fā)生的氧化還原反應，電解質(zhì)溶液必然參與電極反應

E.其他

（二）基于STEAM教育理論的高中化學進階教學的縱向維度

1.模型構(gòu)建

基于化學學科大概念前概念、化學學科核心素養(yǎng)現(xiàn)狀調(diào)研，構(gòu)建“假設(shè)—實踐—測試—評價—修正”的提升學生核心素養(yǎng)的教學策略假設(shè)模型。

初步某些化學大概念或跨學科大概念的學習進階假設(shè)框架。主要包括四個維度，學習目標、發(fā)展變量、成就水平及各水平的學業(yè)表現(xiàn)。

（1）學習目標：大概念學習的最高成就水平，本研究學習目標是學生高中畢業(yè)時學生應具備的學科核心素養(yǎng)。

（2）發(fā)展變量：一般是學科或跨學科大概念，本研究的發(fā)展變量主要有：原電池、元素周期律、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等大概念。

（3）成就水平：即學生學習大概念的階段性目標要求。主要研究學生的大概念在初高中銜接階段、必修學習階段、選擇性必修學習階段、選修學習階段應達到的認知及科學素養(yǎng)水平。

（4）各水平的學業(yè)表現(xiàn)：是指處于某階段成就水平的學生在完成某類學習任務時所應有的表現(xiàn)[5]。

2.構(gòu)建基于STEAM教育理念的高中化學進階教學策略假設(shè)模型

以某些化學大概念或跨學科大概念為錨點，學生的學科核心素養(yǎng)發(fā)展為目標，合理設(shè)計評價項目，形成性統(tǒng)計分析學生不同學習階段的學習表現(xiàn)與實證數(shù)據(jù)，描繪學生的學習成就水平，檢測大概念學習的各種水平及其具體指標，修訂并完善學習進階的假設(shè)框架，構(gòu)建出有效的學習進階框架。

可從兩方面評價學習進階框架是否有效：一是形成性驗證學生對大概念理解的實際發(fā)展是否如學習進階所描述；二是采用基于學習進階框架的化學教學，學生的大概念理解即素養(yǎng)發(fā)展水平是否比傳統(tǒng)的好。反復驗證并修正框架，最終構(gòu)建基于STEAM教育理念的高中化學進階教學策略假設(shè)模型。

（三）基于STEAM教育理論的高中化學進階教學的橫向維度

基于STEAM教育理論及學生具體實際，借鑒以問題或項目為基礎(chǔ)的學習（PBL）教學方法及UbD（Understanding by Design）追求理解的教學設(shè)計理論指導下的逆向教學設(shè)計，構(gòu)建提升學生核心素養(yǎng)的教學設(shè)計假設(shè)模型。以解決生活中真實具體的問題或?qū)W生感興趣的問題為核心任務，再依據(jù)課程標準及各版教材提煉學科大概念或跨學科大概念，并設(shè)置學生的學習目標。在上課前學生知道學習目標及衡量目標是否達成的評價量表，再通過跨學科共同體（本校的不同學科教師或跨學科校際聯(lián)盟）共同進行學習設(shè)計，以跨學科大概念橫向連接不同學科的知識及思維方式。讓學生對一個問題的理解及解決能夠融合不同學科的知識及學科思維方式，在解決問題過程中主動建構(gòu)結(jié)構(gòu)化的知識和思維方式，促進學生科學素養(yǎng)螺旋式進階發(fā)展。

（四）基于STEAM教育理論的高中化學進階教學實踐及教學評價

對研究主題的教學分別設(shè)計兩份教學策略，一份按照傳統(tǒng)的教學模式進行設(shè)計，另一份參照已規(guī)劃的基于STEAM教育理論提升學生核心素養(yǎng)的進階教學策略進行設(shè)計。實驗者在實驗班和對照班中將學生對某些化學學科大概念和跨學科大概念的理解水平、學習動機水平進行前測，進行教學實踐時對照班中繼續(xù)按傳統(tǒng)教學策略進行教學，在實驗班中使用另一份教學策略進行教學，授課后再對兩個班進行后測。通過將運用SPSS＼SEM 計量統(tǒng)計軟件對兩個班級的前后測成績進行信度和效度分析，并收集課堂實時表現(xiàn)及分階段訪談相關(guān)教師和學生進行形成性評價，分析相關(guān)大概念的基于STEAM教育理論進階教學策略對學生的學、教師的教是否有促進作用，通過具體的教學實踐實證檢驗、修正并完善學習進階框架，最終確定合適的教學策略。

三、研究的價值及主要觀點

（一）研究的價值

一是從理論上看，本課題基于STEAM教育理論，借鑒進階學習理論、PBL教學方法和UbD逆向教學設(shè)計及建構(gòu)主義學習觀，構(gòu)建高中化學進階教學框架。STEAM教育本身就具有學科融合的特點，但在科學大概念教學中展現(xiàn)這一特性，需要“學習進階”理論進行縱向整合，并制定出行之有效的教學策略。本研究期望通過高中化學教育實踐，將STEAM 教育理論和“學習進階”理論應用到高中化學進階教學設(shè)計，豐富和充實中學STEAM教育教學理論，同時也為其他同行教師教育教學提供一定的參考與借鑒。

二是從實踐上看，高中化學教學中普遍存在化學的學習與學生核心素養(yǎng)發(fā)展不連續(xù)的問題。本課題以 STEAM 教育理論和“學習進階”理論做指導，貫徹“以人為本”的學生觀、建構(gòu)主義教學觀，基于項目學習的教學方法和UbD逆向教學設(shè)計，通過具體的教學實踐，設(shè)計教學案例，并結(jié)合實際的教學情況，不斷地對高中某些大概念的教學設(shè)計進行優(yōu)化和改進，可以促進學生科學概念的理解力和科學實踐能力的發(fā)展與提升，同時也促進學生核心素養(yǎng)的連續(xù)發(fā)展。

（二）主要觀點：

1.學生核心素養(yǎng)進階發(fā)展要以教學實踐為主要突破。首先，教師應清楚學生在學科教學前的認知水平、動機水平（“前概念”），在此基礎(chǔ)上選擇能夠調(diào)動學生學習動機并符合學生實際發(fā)展水平的教學素材，再在此基礎(chǔ)上設(shè)置適切的學習目標和學習任務。其次，教師應清楚學生的認知、情感發(fā)展特點，在不同的學習階段選擇合適的教學策略進階地促進學生的核心素養(yǎng)發(fā)展[6]。

2.圍繞化學核心概念，基于STEAM教育理論和“學習進階”理論，從橫向與縱向雙維度構(gòu)建“假設(shè)—實踐—測試—評價—修正”不斷循證修正相關(guān)學科大概念或跨學科大概念的學習進階框架，在此基礎(chǔ)上設(shè)計高中化學教學，能促進學生深度學習，發(fā)展學生的高階思維。

四、可能的創(chuàng)新之處

研究視角創(chuàng)新。本研究以STEAM教育理論和學習進階理論為指導，以某些化學學科大概念和跨學科大概念為錨點，以提升學生核心素養(yǎng)為學習目標，橫向與縱向雙維度構(gòu)建大概念的學習進階框架，并以此選擇合適的教學策略，目前國內(nèi)還沒有對其進行全面的研究。

研究方法創(chuàng)新。本研究通過高中各學段相關(guān)核心概念的前概念的二段式診斷試題、學生學習動機、自我效能感調(diào)查問卷及教師的學科理解水平和PCK水平現(xiàn)狀調(diào)查多角度分析，初步提出學某些大概念的學習進階框架假設(shè)，在化學教學中循環(huán)修正完善，構(gòu)建基于STEAM教育理論和“學習進階”理論橫向與縱向雙維度整合的某些大概念的有效學習進階框架，并以此為依據(jù)指導優(yōu)化高中化學教學策略，國內(nèi)很少有人研究。

五、研究反思

（一）優(yōu)化概念學習和教學方式

正視高中生化學概念學習困境和核心素養(yǎng)提升的需要，利用學習進階理論，以某些學科大概念和跨學科大概念為錨點，先構(gòu)建基于STEAM教育理念的高中化學進階教學策略模型，基于該模型，著眼于高中化學教學實踐不斷循環(huán)驗證、完善，最終構(gòu)建“動機—過程—評價—反思”進階學習模型，形成了化學概念進階學習策略體系，最終優(yōu)化學生的概念學習和教學方式，促進學生化學學科知識和核心素養(yǎng)的連續(xù)發(fā)展與進階提升。

（二）豐富學習評價和反思方式

評價多角度且貫穿整個學習過程。在學生參與學習之前，不僅評估學生先前知識和經(jīng)驗，而且對他們的自我概念（主要包括自我效能感和動機）進行透徹的分析，且評價貫穿整個學習過程。通過合理分析學生學習表現(xiàn)的訪談與實證數(shù)據(jù)可以獲得準確的前饋和形成性反饋，不僅可以讓教師把握準確的教學進階起點，而且讓學生能夠以可靠的方式及時了解自己當前的表現(xiàn)，調(diào)整自己的學習進程，為構(gòu)建進階學習模型提供科學依據(jù)。

（三）創(chuàng)新項目過程性研究方式

量質(zhì)結(jié)合的混合研究方法，“四位一體”迭代循環(huán)體系，科學嚴謹。通過高中各學段學生相關(guān)核心概念的前概念的二段式診斷試題、對概念學習的動機、自我效能感調(diào)查問卷及教師PCK（學科教學知識）的調(diào)查分析，通過模型建構(gòu)、教學實踐、合理評價、完善修正“四位一體”迭代循環(huán)體系，構(gòu)建有效的進階學習模型，并以此為依據(jù)，優(yōu)化高中化學概念學習和教學策略，進階提升了學生化學核心素養(yǎng)。

結(jié)束語

以跨學科大概念及學科大概念為錨點的STEAM課程，通過學習任務的進階設(shè)計，調(diào)動學生的學習動機，以“化學核心素養(yǎng)”提升為學習目標，設(shè)計多角度貫穿學習過程的合理評價、及時反饋體系，構(gòu)建上下進階銜接、左右學科間聯(lián)通的課程體系，進階發(fā)展學生的核心素養(yǎng)，讓學生在信息指數(shù)級發(fā)展的情況下利用跨學科思維創(chuàng)造性地解決問題，使學生能夠適應未來不可預見、不確定的挑戰(zhàn)，成為數(shù)字世界的全球化公民。

參考文獻

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本文系江蘇省教育科學“十四五”規(guī)劃重點課題“基于STEAM教育理念的高中化學進階教學策略研究”（課題編號：C-b/2021/02/50）的研究成果；江蘇省教育科學“十四五”規(guī)劃重點課題“化學學科利用模型與建模策略培育學生科學思維的實踐研究”（課題編號：B/2021/02/255）的研究成果；江蘇省教育科學“十三五”規(guī)劃重點課題“運用‘學習進階理論優(yōu)化高中化學教學策略的研究”（課題編號：C-b/2016/02/47）的研究成果；全國教育科學“十三五”規(guī)劃教育部重點課題子課題“基于STEAM教育理念的高中化學智能教學設(shè)計研究”（課題編號：DCA190327-32030）的研究成果。