摘 要：STEAM教育理論強調(diào)對學生的跨學科整合與實踐能力的培養(yǎng)，成為學校教育改革的重要方向。教師應(yīng)深入研究STEAM教育理論的內(nèi)涵及特點，將STEAM與初中實驗教學相結(jié)合，構(gòu)建基于STEAM的初中實驗教學模式。以校本課程“染料敏化太陽能電池的探究”為例，可從課程設(shè)計、教學內(nèi)容、教學方法、教學評價等方面，探索基于STEAM的初中實驗教學設(shè)計與實施。

關(guān)鍵詞：STEAM教育；初中實驗教學；跨學科；染料敏化太陽能電池

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2025）01-0099-06

實驗教學作為理論知識與實踐操作相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新思維具有重要作用。然而，傳統(tǒng)的初中實驗教學往往局限于單一學科的驗證性實驗，缺乏跨學科整合及方法創(chuàng)新，不利于學生構(gòu)建系統(tǒng)知識體系和培養(yǎng)跨學科思維與創(chuàng)新能力。隨著社會對創(chuàng)新型人才需求的日益增長，傳統(tǒng)的教育模式正逐步向多元化、綜合化的方向發(fā)展。STEAM教育以其獨特的跨學科融合特性，有機融合科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學等多學科的知識和方法，通過跨學科主題式學習、項目式學習和探究式學習等學習方式，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和綜合能力，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才提供了新的途徑。將STEAM教育理論融入傳統(tǒng)的初中實驗教學，有助于打破學科壁壘，促進學生綜合運用知識、提升實踐能力、發(fā)展創(chuàng)新思維。筆者致力于將STEAM與初中實驗教學相結(jié)合的研究，設(shè)計并實施了一套富有創(chuàng)意和實效性的初中實驗教學方案，選取富含跨學科知識的校本課程“染料敏化太陽能電池的探究”，探索基于STEAM的初中實驗教學設(shè)計與實施。

一、STEAM教育理論的內(nèi)涵及特點

STEAM教育是指實施由科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學（Mathematics）等學科共同構(gòu)成的跨學科融合教育［1］，簡稱STEAM。學生在真實的情境任務(wù)驅(qū)動下，能夠運用自身所學的知識或者各種獲取信息的渠道，積極主動地去分析實際問題、對多學科知識進行整合，從而發(fā)現(xiàn)解決問題的方法。STEAM有別于傳統(tǒng)的單一學科書本知識傳授的教育方式，強調(diào)課程的綜合化、實踐化、活動化，注重讓課程回歸生活、回歸社會、回歸自然。STEAM通過項目式學習、探究式學習等方式，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、問題解決能力和團隊合作精神，提升學生的綜合能力，使學生在解決問題的過程中逐步形成高階思維能力，從而適應(yīng)時代發(fā)展對創(chuàng)新型人才的需求，對未來社會發(fā)展具有深遠而積極的影響。

STEAM有多方面的特點。首先，STEAM打破單一學科壁壘，注重學科間的關(guān)聯(lián)和整合，以此培養(yǎng)學生多維度思考和知識遷移運用能力。其次，STEAM以實踐為導向，常以實際項目或任務(wù)為驅(qū)動，引導學生聚焦社會熱點和實際問題，通過參與和體驗來獲取知識，即“做中學”“創(chuàng)中學”。再次，STEAM重視創(chuàng)新，鼓勵學生開展多樣化、個性化的學習與探索，運用新方法和新技術(shù)解決問題，以此促進學生對科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學等多學科知識的理解和深度學習，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和解決實際問題的能力［2］。最后，STEAM強調(diào)以學生為中心，注重團隊協(xié)作，鼓勵學生分組完成任務(wù)，使學生在團隊中發(fā)揮專長，通過相互學習、交流和表達，培養(yǎng)溝通與協(xié)作能力。

二、構(gòu)建基于STEAM的初中實驗教學模式

筆者通過對國內(nèi)外關(guān)于STEAM研究文獻的梳理發(fā)現(xiàn)，目前常見的STEAM教學模式有：基于項目的學習（PBL）、基于設(shè)計的學習模式（LBD）、5E教學模式以及我國教育學者和教師本土化交叉整合的混合式教學模式［3］?！吨袊鳶TEAM發(fā)展報告》中總結(jié)出了STEAM教學模式的共同要素：真實情境、關(guān)鍵問題、方案設(shè)計、實施、改進、展示交流。2022年版義務(wù)教育課程方案提出了對學科實驗綜合實踐活動課的開設(shè)要求，其所強調(diào)的實踐性、綜合性、探索性、合作性等要求與STEAM教學模式高度契合。筆者嘗試將STEAM與初中實驗教學相結(jié)合，構(gòu)建基于STEAM的初中實驗教學模式（如圖1），以此培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)和實踐能力。

基于STEAM的初中實驗教學模式涵蓋課程設(shè)計、課程實施和教學評價三個階段。課程設(shè)計階段需要確定課程主題、進行學情分析、解構(gòu)跨學科知識、設(shè)定課時計劃和教學目標、設(shè)計實驗、構(gòu)建評價體系。課程實施階段需要創(chuàng)設(shè)情境、規(guī)劃任務(wù)、組建團隊，通過開展探究活動實現(xiàn)知識建模，最終生成實物產(chǎn)品和實驗報告等成果。教學評價階段需要開展教師評價、學生評價，借助調(diào)查問卷和知識小測等方式對課程進行綜合評價，評價標準涵蓋過程與結(jié)果、定量與定性等多個維度。三個階段緊密相連，形成一個完整且系統(tǒng)的教學過程。在STEAM教育理論指導下，教師選取與學生生活緊密相關(guān)且富含跨學科知識的實驗主題，將科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學等元素有機融合，形成具有挑戰(zhàn)性和趣味性的實驗項目，采用項目式學習、小組合作學習等多樣化的教學方法，引導學生主動開展實踐探索。在項目推進過程中，學生需要綜合運用多學科的知識和方法解決實際問題，從而深化對知識的理解與掌握。

三、基于STEAM的初中實驗課程設(shè)計

（一）圍繞學生的興趣和學習需求選擇課程主題

好的課程主題直接關(guān)系著STEAM教學設(shè)計的質(zhì)量，STEAM課程主題的選擇應(yīng)圍繞學生的興趣和學習需求，錨定生產(chǎn)、生活中的真實問題，篩選出具有跨學科、可操作、適度挑戰(zhàn)、趣味性強的真實問題作為教學驅(qū)動［4］，確保以此開發(fā)的教學內(nèi)容既能激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)新意識，提高教學效果，又能充分發(fā)揮出STEAM多維而深遠的教育價值。例如，能源短缺、環(huán)境污染和生態(tài)平衡被破壞是當今全球性的熱點問題，光電化學太陽能電池技術(shù)因其高效、環(huán)保的特點受到廣泛關(guān)注。為了激發(fā)學生對新能源技術(shù)的興趣，同時培養(yǎng)學生的跨學科綜合素養(yǎng)，教師精心選擇了“染料敏化太陽能電池的探究”作為初中實驗課程的主題。該主題涉及多學科、多學段知識，學科綜合性較強，符合新課標跨學科和小初高銜接的要求。學生通過探究染料敏化太陽能電池的工作原理、性能優(yōu)化及應(yīng)用前景，能夠深入了解科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學等多個學科領(lǐng)域的知識。

（二）分析學情，進行知識解構(gòu)和設(shè)定教學目標

對學生進行學情分析是STEAM課程設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。通過問卷調(diào)查、課堂觀察、作業(yè)分析等評估方式對學生現(xiàn)階段的已有知識基礎(chǔ)、技能水平、學習風格、興趣偏好、元認知等方面的特征進行分析［5］，教師以此為基礎(chǔ)設(shè)計符合學生需求的課程內(nèi)容，可確保STEAM教育的有效實施?！叭玖厦艋柲茈姵氐奶骄俊毙１菊n程的實施對象為七年級學生，該學段學生剛結(jié)束小學階段科學課程的學習，認知水平較低，雖然對實驗探究有著較強的興趣和好奇心，但是實驗設(shè)計和操作能力相對薄弱，尚未深入學習物理、化學、生物學等多個學科的基礎(chǔ)概念，在科學探究過程中缺乏分析和解決問題的深度和廣度。這就要求教師在課程設(shè)計中充分考慮學生的實際情況和認知特點，從科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學五個方面對“染料敏化太陽能電池的探究”課程主題所涉及的學科內(nèi)容進行知識點解構(gòu)（如表1），區(qū)分學生必須掌握的基礎(chǔ)知識點、主題學習的核心知識點，以及可以深化的拓展知識點。通過分析不同學科知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，教師以制作染料敏化太陽能電池為任務(wù)導向，作出課時計劃，設(shè)定出相應(yīng)的STEAM素養(yǎng)教學目標（如表2）。

（三）組織課程內(nèi)容，構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)模型

基于STEAM的初中實驗課程應(yīng)融合多個學科知識，注重課程內(nèi)容的趣味性和實踐性，以激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望，讓學生在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而提高跨學科學習能力和創(chuàng)新思維能力?！叭玖厦艋柲茈姵氐奶骄俊闭n程分為引入主題、發(fā)布任務(wù)、探究活動、生成作品和成果評比五個環(huán)節(jié)。課程設(shè)置7個課時，通過深入銜接上期校本課程“土壤探究”主題的豐碩成果，巧妙地將課程內(nèi)容延伸至植物的應(yīng)用領(lǐng)域，激發(fā)學生對清潔能源主題的探究興趣。

例如，教師向?qū)W生發(fā)起“制作染料敏化太陽能電池并使音樂元件響起來”這一項目任務(wù)，招募團隊開展探究活動，以探究活動中的知識模型建構(gòu)環(huán)節(jié)為教學重難點，引導團隊精心設(shè)計一系列探究實驗，通過小組討論、問題引導等方式，探究背后的科學邏輯，幫助學生逐步構(gòu)建起染料敏化太陽能電池的知識結(jié)構(gòu)模型（如圖2）。

完成知識建模后，學生根據(jù)多學科的知識和方法，以及所收集的數(shù)據(jù)資料，完成電池的制作方案。教師提供場地與材料，協(xié)助學生生成作品。最后開展成果評比活動，對學生提交的探究報告及電池進行檢驗，培養(yǎng)學生的科研素養(yǎng)，促進學生的自我成長。在進行實驗設(shè)計時，教師應(yīng)通過大量的資料調(diào)研，根據(jù)課程內(nèi)容提前對實驗內(nèi)容進行多次預(yù)實施檢驗，尋求專業(yè)機構(gòu)對樣品進行檢測與方法指導，確保實驗內(nèi)容科學嚴謹、可操作性強。

（四）設(shè)計多維度、多層次的課程評價體系

STEAM課程的評價既關(guān)注學生的學科知識掌握情況，又重視其實踐能力、創(chuàng)新思維、團隊合作等方面的表現(xiàn)，是一個多維度、多層次的評價體系。學生評價包括自我評價和學生互評兩部分，其評價體系的構(gòu)建應(yīng)兼顧過程與結(jié)果評價，結(jié)合定量和定性進行評價［6］。教師評價標準的設(shè)計應(yīng)全面考量，除了關(guān)注教學目標和內(nèi)容維度的評價，還應(yīng)關(guān)注教學過程中學生的學習狀態(tài)與情感體驗、師生交互及課堂氛圍等方面［7］。這種全方位的評價體系，有助于提升教學質(zhì)量，促進師生的共同成長。

四、基于STEAM的初中實驗課程實施

（一）情境導入，激發(fā)探索欲望

生動具體的教學情境可以充分調(diào)動學生的學習熱情，激發(fā)學生的探究欲望，是學生展開深度學習的有效動力。在STEAM課堂教學中，教師可以聚焦社會真實事件創(chuàng)設(shè)生動具體的教學情境，利用實物、多媒體、實驗等教學資源［8］，引導學生從中發(fā)現(xiàn)和提出問題，然后發(fā)布與情境相關(guān)聯(lián)的學習任務(wù)，培養(yǎng)學生的問題和探索意識，提高課程的教學效果。在課程開始時，教師展示上學期學生對校園土壤進行科學探究的成果，提問植物長勢變好后能做什么，進而展示清潔能源的相關(guān)發(fā)明，激發(fā)學生的學習興趣和探索欲望，提出制作染料敏化太陽能電池并使音樂元件響起來的任務(wù)。

（二）組建高效團隊，解構(gòu)學科知識

在組建學生團隊時，首要任務(wù)是明確團隊的目標、規(guī)模及結(jié)構(gòu)，注重團隊成員間能力與性格的互補，為后續(xù)的探究活動打下堅實基礎(chǔ)。這樣的團隊構(gòu)成能充分發(fā)揮集體智慧，高效推動項目實施。之后，教師應(yīng)緊密圍繞科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學等學科知識，對課程主題知識點進行細致解構(gòu)。例如，在探究電池工作原理的過程中，教師應(yīng)深入剖析電流、電壓的基本概念、原電池的工作原理以及串并聯(lián)電路中電流電壓的規(guī)律等核心內(nèi)容?；谶@些知識點，教師可以引導學生團隊設(shè)計和實施一系列富有創(chuàng)意的實驗方案，如通過燈泡的發(fā)光實驗直觀展示電流的存在，或指導學生動手制作水果電池，感受化學能轉(zhuǎn)化為電能的奇妙過程，激發(fā)學生的探究興趣，培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新思維。

（三）強化基礎(chǔ)知識，引導探究活動

扎實的基礎(chǔ)知識是探究活動的基石。教師可以通過系統(tǒng)地講解實驗原理和實驗操作，幫助學生深化對基本概念和原理的理解，逐步搭建起系統(tǒng)的理論框架和概念體系。完成知識建模后，教師根據(jù)“染料敏化太陽能電池的探究”教學實施過程（如下頁表3），引導學生從明確實驗?zāi)康?、選擇實驗材料、確定實驗步驟等多個維度出發(fā)，自主設(shè)計實驗方案。學生按照既定方案實施實驗，認真記錄并準確分析實驗數(shù)據(jù)。在此過程中，教師鼓勵學生積極交流討論，反思總結(jié)實驗過程中遇到的問題，并尋求改進方法，最終形成具有創(chuàng)新性和實用價值的探究成果。

本次教學實施過程以小組合作為核心，學生通過探究式學習，在教師的引導下逐步完成染料敏化太陽能電池從原理探究到實物制作的系列實驗，并通過成果展評檢驗學習成效。例如，在第4課時“光陰極的探究”中，教師通過回顧光陰極材料引發(fā)學生對廉價替代材料的思考，學生則通過實驗探究適合制作光陰極的材料及方法，這一過程不僅培養(yǎng)了學生的多角度分析問題的思維，而且為學生創(chuàng)造了實驗操作的機會。第7課時的成果展評內(nèi)容涵蓋電池產(chǎn)電能效檢測和觸發(fā)音樂機芯測試，各小組依次展示電池成品及研究報告。鑒于七年級學生的認知局限性，實驗報告的評價工作由教師評委團依據(jù)科學評分標準來完成。對于實物產(chǎn)品的評價，則采用學生互評與教師評價相結(jié)合的方式，以確保評價的全面性和客觀性，并借助評價與反饋促進學生之間的相互學習。

五、教學效果評價與改進建議

教學效果評價旨在衡量教學活動的成效，了解學生對知識的掌握情況，發(fā)現(xiàn)教學中的不足，并為教師提供反饋。本次教學效果評價針對20名參與“染料敏化太陽能電池的探究”課程學習的學生，采用了多元化的評價方式。通過教師量化積分評價表和學生量化積分評價表，從教學雙方角度全面評價課程實施情況；知識小測檢驗了學生對課程內(nèi)容的掌握程度；問卷調(diào)查則收集了學生對課程的反饋和建議。這些評價方式相互補充，確保了評價結(jié)果的客觀性和全面性，為進一步優(yōu)化教學效果提供了參考依據(jù)。

（一）教學效果評價結(jié)果分析

一是教師與學生量化積分評價表分析。教師評價標準全面覆蓋了教學目標、教學內(nèi)容、活動組評價反饋、學習機會和情感體驗等維度。在評價中，第5、6、7節(jié)課為學生自主制作產(chǎn)品及成果展評活動，未納入評價范圍。通過對前四個課時的得分進行平均處理，發(fā)現(xiàn)第1課時得分較低，原因是教學內(nèi)容繁重且?guī)熒形催m應(yīng)STEAM教學模式。經(jīng)過組內(nèi)研討，通過調(diào)整教學節(jié)奏和增設(shè)教師助手等策略，后面幾個課時各項分值顯著提升。隨著課程深入實施，學生量化積分評價表各項得分持續(xù)上升。這表明基于STEAM的實驗教學模式能有效提高學生的學習熱情與參與度，增強學生的實驗操作能力、知識掌握程度，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，提高學生的綜合能力，從而驗證了STEAM教學模式的積極效果。

二是知識小測分析。知識小測結(jié)果顯示，第2課時學生及格率為75%，優(yōu)秀人數(shù)為13人，平均分43.64，第7課時后學生及格率提升至100%，優(yōu)秀人數(shù)為18人，平均分49.26。這表明學生在課程學習過程中對知識的掌握程度明顯提高，總體成績的上升揭示了基于STEAM的實驗教學模式在促進學生學業(yè)成績上的積極作用。

三是調(diào)查問卷分析。調(diào)查問卷前測設(shè)定在第1課時，后測設(shè)定在課程結(jié)束后，本次共發(fā)放20份問卷，實際回收有效問卷20份，有效率為100%。通過對比前測和后測的數(shù)據(jù)，教師發(fā)現(xiàn)學生在學習興趣、學習積極性和課程滿意度方面均有顯著提升：學習興趣前測均值為3.124 5，后測提升至4.756 3；學習積極性前測均值為2.987 6，后測為4.678 2；課程滿意度前測均值為3.452 1，后測高達4.892 3。教師對學生的實踐能力和團隊協(xié)作能力進行t檢驗統(tǒng)計（如表4），發(fā)現(xiàn)顯著性差異P值均小于0.05。這表明通過STEAM課程學習后，學生實踐能力顯著提高，實驗操作和知識應(yīng)用更加熟練；團隊協(xié)作能力也有較為明顯提升，學生在溝通、分工合作及問題解決方面均有進步。此外，學生之間的能力水平差異也有所減小，學習態(tài)度變得更加一致。這些結(jié)果進一步驗證了基于STEAM的初中實驗教學模式實施的有效性。

（二）教學改進建議

教學評價結(jié)果真實反映了教學過程中的優(yōu)點與不足，是推動教學改進、實現(xiàn)教育目標的重要依據(jù)。通過細致分析教學評價結(jié)果，教師可以精準定位問題所在，如內(nèi)容安排、方法運用或?qū)W生參與度等，從而提出有針對性的改進建議，優(yōu)化教學設(shè)計，提升教學質(zhì)量，確保教學活動更加符合學生的學習需求和發(fā)展規(guī)律。

一是優(yōu)化課程設(shè)計。根據(jù)教學評價結(jié)果，教師將進一步優(yōu)化課程主題的選擇，確保所選主題能更好地激發(fā)學生的探究興趣和創(chuàng)造力，同時能全面地涵蓋STEAM各學科知識。教師還可以增加一些與生活實際聯(lián)系緊密的主題，以提升學生的知識應(yīng)用能力和問題解決能力。同時，教師將合理安排課程內(nèi)容的難度和進度，避免出現(xiàn)某些課時內(nèi)容過多或難度過大的情況，使學生逐漸適應(yīng)STEAM教學模式。

二是強化操作指導。在實驗教學過程中，教師要對一些復雜的實驗操作強化指導。例如，針對導電帶的燒結(jié)、光陰極的制備等實驗操作，教師應(yīng)提供更詳細、更有針對性的指導，確保學生順利完成實驗。為了鼓勵學生在小組合作中積極主動地交流和分享，教師可以設(shè)計一些促進小組交流的活動和規(guī)則，提高小組合作的效率和質(zhì)量。

三是完善課程評價。教師應(yīng)進一步完善評價指標體系，增加對學生長期學習效果的評價指標。例如，關(guān)注學生在后續(xù)相關(guān)課程學習中的表現(xiàn)，以及對知識的長期記憶和應(yīng)用能力等，可以更深入地評價教學效果。同時，教師還可以結(jié)合現(xiàn)場操作、項目作品、口頭報告等多種評價方法，全面細致地了解學生的學習情況，從中發(fā)現(xiàn)教學中的盲點，采取有針對性的改進措施，切實提升教學質(zhì)量。

綜上所述，基于STEAM的初中實驗教學模式打破了傳統(tǒng)教學的學科壁壘，實現(xiàn)了多學科知識和方法的深度融合。這一創(chuàng)新的課程設(shè)計，為學生營造了一個既充滿挑戰(zhàn)又蘊含機遇的學習環(huán)境。通過跨學科項目式學習和實踐操作，教師引導學生從多角度審視和理解科學知識，有效拓展了學生的學習深度和廣度，培養(yǎng)了學生的實踐能力、創(chuàng)新能力和團隊合作精神。同時，多樣化的評價方法全面、準確地反映了學生的學習成效，還為教師提供了寶貴的教學反饋，有利于進一步優(yōu)化課程設(shè)計與實施，切實提升初中實驗教學質(zhì)量。

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注：本文系南寧市教育科學“十四五”規(guī)劃課題“基于STEAM教育理念的初中創(chuàng)新實驗校本課程的開發(fā)與研究”（2022C442）的階段研究成果。

（責編 韋榕峰）