隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類(lèi)文明已經(jīng)進(jìn)入第四次工業(yè)革命時(shí)期,，以互聯(lián)網(wǎng)為核心的物理,、數(shù)學(xué),、生物,、化學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域界限日益模糊，對(duì)人才的要求也隨之發(fā)生了改變,。培養(yǎng)具有科技和人文素養(yǎng)的創(chuàng)新應(yīng)用型人才,，是我國(guó)對(duì)第四次工業(yè)革命社會(huì)發(fā)展背景下的人才需求做出的回應(yīng)。 美國(guó)于1986 年發(fā)表《本科的科學(xué),、數(shù)學(xué),、工程教育》報(bào)告，提出“科學(xué),、數(shù)學(xué),、工程和技術(shù)教育集成”， 拉開(kāi)了STEM教育的序幕,。之后一些學(xué)者逐步加入“A（藝術(shù),、人文）”元素，發(fā)展成為 STEAM 教育,。我國(guó)多個(gè)地區(qū)也早已展開(kāi)了探索,，為推動(dòng)社會(huì)發(fā)展培養(yǎng)優(yōu)秀人才。

STEAM 課程通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境,，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決真實(shí)問(wèn)題,，將學(xué)生學(xué)習(xí)到的知識(shí)和技能轉(zhuǎn)變成一個(gè)探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的過(guò)程，進(jìn)而在特定的學(xué)習(xí)情境下培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力,、協(xié)作交流,、批判性思考、解決真實(shí)問(wèn)題的能力,、社會(huì)責(zé)任等,。 因此,，教師若想開(kāi)發(fā) STEAM 課程，需要具備多學(xué)科視野,、整合多學(xué)科內(nèi)容和教學(xué)方式,，這與以往的單一學(xué)科課程開(kāi)發(fā)存在差異。

經(jīng)過(guò)調(diào)研,，教師對(duì)如何生成適合的 STEAM 主題,、各學(xué)科如何進(jìn)行整合、如何處理學(xué)科本身與學(xué)科之間的關(guān)系方面存在困惑,。為此,，本研究提出了 STEAM 課程開(kāi)發(fā)的一般方法，并以“中國(guó)傳統(tǒng)建筑中的科學(xué)”為例進(jìn)行詳細(xì)闡述,。

一,、收集資料，聚焦主題,，生成多學(xué)科課程主題

主題的生成處于整個(gè) STEAM 課程開(kāi)發(fā)過(guò)程中的起始環(huán)節(jié),，也是后續(xù)開(kāi)發(fā)過(guò)程的核心。確立一個(gè)好的主題,，不僅需要考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)水平和特點(diǎn)及其生活實(shí)際,、聯(lián)系社會(huì)熱點(diǎn)，還需要涵蓋多學(xué)科內(nèi)容,。這個(gè)過(guò)程是一個(gè)不斷提出新想法,，又會(huì)根據(jù)各種限制條件改進(jìn)想法，從而聚焦可行想法形成主題的過(guò)程,，是一個(gè)思維發(fā)散和收斂反復(fù)交替的過(guò)程,，具體分為以下三個(gè)步驟。

多學(xué)科教師的參與能夠?yàn)橹黝}選擇提供豐富的主題素材,。“中國(guó)傳統(tǒng)建筑中的科學(xué)”這一主題課程開(kāi)發(fā)小組（以下簡(jiǎn)稱(chēng)課程開(kāi)發(fā)小組）成員,，包括中學(xué)歷史教研員,、初中歷史教師、科學(xué)教師和數(shù)學(xué)教師,、小學(xué)語(yǔ)文教研員,，其中中學(xué)歷史教研員和小學(xué)語(yǔ)文教研員作為指導(dǎo)教師。

一開(kāi)始,，教師們根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行思維碰撞,，提出了多個(gè)主題——包括動(dòng)力機(jī)器人、會(huì)呼吸的肺,、編程與數(shù)學(xué),、工程與橋,、傳統(tǒng)文化與科學(xué)、燈與剪紙,、走馬燈等,。

課程開(kāi)發(fā)小組成員在各自的學(xué)科領(lǐng)域內(nèi),，廣泛搜索主題的相關(guān)關(guān)鍵詞,，形成初步的資料，并按照主題包含的內(nèi)容,、學(xué)科知識(shí),、適宜學(xué)段、多媒體環(huán)境四個(gè)方面進(jìn)行梳理分析,，以供進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和篩選（見(jiàn)表 1）,。

根據(jù)已經(jīng)掌握的資料,，課程開(kāi)發(fā)小組成員綜合考量教學(xué)立意,、主題內(nèi)容、學(xué)科知識(shí),、適宜學(xué)段,、多媒體環(huán)境,、課時(shí)要求,、教師水平等多種因素，對(duì)每一個(gè)主題進(jìn)行討論和篩選,，確定最終的主題,。

經(jīng)討論，發(fā)現(xiàn)工程與橋,、中國(guó)傳統(tǒng)建筑中的最速降線(xiàn)符合基本條件,，但后者有利于發(fā)掘中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的民族智慧、培養(yǎng)學(xué)生的文化自信,，文理結(jié)合,、視角新穎，且最速降線(xiàn)與學(xué)生生活實(shí)際密切相關(guān),，易激發(fā)學(xué)生的興趣,，符合學(xué)生認(rèn)知水平和特點(diǎn)。教師們綜合考慮以上因素,，選擇這一主題作為STEAM 課程主題,。

綜上，中國(guó)傳統(tǒng)建筑中的科學(xué)主題確立,，經(jīng)歷了頭腦風(fēng)暴,、資料搜集,、主題篩選三個(gè)階段。但是,，在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中,，可能需要這三個(gè)階段的多次迭代，才能最終確定主題,，如圖 1 所示,。

二、以教學(xué)關(guān)鍵性問(wèn)題為線(xiàn)索實(shí)現(xiàn)多學(xué)科內(nèi)容的有機(jī)融合

STEAM 課程不是學(xué)科的簡(jiǎn)單堆砌,，而是多學(xué)科的有機(jī)融合,。教師需要考慮不同學(xué)科內(nèi)容的比重、安排學(xué)科的順序和學(xué)科之間的銜接,，其本質(zhì)是對(duì)課程內(nèi)容和教學(xué)方式的重新設(shè)計(jì),。這不僅是在課堂上落實(shí) STEAM 教學(xué)的關(guān)鍵，也是多數(shù)教師開(kāi)發(fā)STEAM 課程中的困惑,。為有效解決這一困惑,，課程開(kāi)發(fā)小組在確定 STEAM 主題之后，圍繞主題設(shè)計(jì)梳理出了幾個(gè)教學(xué)關(guān)鍵性問(wèn)題,，并嘗試以這幾個(gè)問(wèn)題來(lái)安排課程內(nèi)容與教學(xué)方式,，從而達(dá)到教學(xué)目標(biāo)、突破教學(xué)重難點(diǎn),。

STEAM 教學(xué)的關(guān)鍵問(wèn)題設(shè)計(jì)首先根據(jù)學(xué)科核心概念,、教學(xué)目標(biāo)等得出想要學(xué)生理解的內(nèi)容，然后將內(nèi)容轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的關(guān)鍵問(wèn)題,，根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)和思維變化將關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行排序,，確定要解決的問(wèn)題的順序。在問(wèn)題驅(qū)動(dòng)下,，學(xué)生積極思考,、解決問(wèn)題，相應(yīng)的課程內(nèi)容和教學(xué)方式在問(wèn)題驅(qū)動(dòng)下有機(jī)融合,。不同學(xué)科內(nèi)容的比重和學(xué)科之間的銜接難題迎刃而解,。

在確定關(guān)鍵問(wèn)題的過(guò)程中，課程開(kāi)發(fā)小組人員首先從“最速降線(xiàn)”這一核心概念入手,，通過(guò)搜集整理資料,，梳理了“最速降線(xiàn)”的定義、原理,、證明過(guò)程,、目前的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒃谥袊?guó)傳統(tǒng)建筑以及現(xiàn)代生活中的應(yīng)用等,。根據(jù)對(duì)學(xué)生情況的調(diào)研和了解,，確定了以下教學(xué)目標(biāo)：（1）了解最速降線(xiàn)的概念,；（2）運(yùn)用控制變量法，探究小球降落的最速降線(xiàn)來(lái)解決問(wèn)題,，激發(fā)科學(xué)探究的興趣,，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神；（3）感悟中華文明的歷史價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義,，認(rèn)同中華民族優(yōu)秀文化傳統(tǒng),，增強(qiáng)愛(ài)國(guó)主義情感，提升文化自信,。

為了能夠讓學(xué)生理解最速降線(xiàn)的概念,，達(dá)到以上教學(xué)目標(biāo)，課程開(kāi)發(fā)小組人員確定了四個(gè)大模塊,，即以歷史創(chuàng)設(shè)情境,、以科學(xué)探究核心概念、以數(shù)學(xué)描述解釋概念,、再以歷史總結(jié)升華,。據(jù)此，進(jìn)一步確定各個(gè)模塊的關(guān)鍵性問(wèn)題（見(jiàn)表 2）,。

學(xué)生在教師引導(dǎo)下,，觀察北京市、豐臺(tái)區(qū)的傳統(tǒng)建筑,，發(fā)現(xiàn)其共同特點(diǎn)——建筑屋頂?shù)奈菝媲€(xiàn)設(shè)計(jì),，由此引出關(guān)鍵性問(wèn)題“中國(guó)傳統(tǒng)建筑中屋面線(xiàn)的設(shè)計(jì)，有什么科學(xué)道理”,。

學(xué)生產(chǎn)生興趣,，發(fā)散思維,，將這一設(shè)計(jì)與雨滴從屋頂下落現(xiàn)象聯(lián)系在一起,，并聚焦問(wèn)題：不同的屋面線(xiàn)，雨滴下落的速度一樣嗎,？雨滴從屋面直線(xiàn)下落快還是從屋面曲線(xiàn)下落快,？學(xué)生在問(wèn)題驅(qū)動(dòng)下，大膽猜想,，為了驗(yàn)證猜想,，以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，展示交流,，最終得到結(jié)論,。

再通過(guò)二次探究，發(fā)現(xiàn)不同彎曲程度的曲線(xiàn)之間,，小球下落快慢的差異,，引發(fā)猜想：“是否存在最優(yōu)曲線(xiàn)使得雨滴從屋頂下落得最快,？”從而引出“最速降線(xiàn)”概念的講解和在生活中的實(shí)際應(yīng)用（如圖 2）。最后回歸人文領(lǐng)域,，通過(guò)體驗(yàn),、探究感悟中國(guó)傳統(tǒng)建筑中的藝術(shù)之美、工程之學(xué),，提升文化自信,。

“中國(guó)傳統(tǒng)建筑中的科學(xué)”案例里的教學(xué)關(guān)鍵性問(wèn)題，主要有兩大功能：一是引導(dǎo)了學(xué)科內(nèi)的教學(xué)內(nèi)容,；二是進(jìn)行了學(xué)科之間的過(guò)渡,。在教學(xué)目標(biāo)的指引下，關(guān)鍵性問(wèn)題自然分配了學(xué)科之間的比重,、協(xié)調(diào)了學(xué)科之間的關(guān)系,，形成了具有邏輯性的課堂教學(xué)。

三,、立足學(xué)科基本技能,、知識(shí)與方法整合多學(xué)科內(nèi)容

美國(guó)科學(xué)教育專(zhuān)家 Bybee 指出，實(shí)現(xiàn) STEM課程不同學(xué)科之間的整合要以學(xué)科核心概念和學(xué)科實(shí)踐為基礎(chǔ),。許多 STEM 教育活動(dòng)往往更多關(guān)注于以學(xué)生為主體的動(dòng)手與實(shí)操,，而忽略了對(duì)跨學(xué)科概念及學(xué)科概念的傳遞。Nathan 等研究者提出整合 STEM 的方法,，即圍繞學(xué)科重要概念,，在科學(xué)和數(shù)學(xué)表征、技術(shù)和工程學(xué)目標(biāo),、設(shè)計(jì)和構(gòu)建活動(dòng)等方面展開(kāi)整合,。以學(xué)科概念為基礎(chǔ)引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注活動(dòng)表象下深層的概念結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)，以支撐相關(guān)概念的意義構(gòu)建,、建立新舊概念之間的聯(lián)系等,。

STEAM 教育雖然比 STEM 教育多了 A 元素，但研究者多認(rèn)為其是在 STEM 教育的基礎(chǔ)上,，將更多元化的內(nèi)容融合在一個(gè)主題活動(dòng)中,。在教學(xué)方式上，兩者具有高度一致性,。因此上述對(duì) STEM教育的要求同樣適用于STEAM教育,。在選定主題、確定關(guān)鍵性問(wèn)題后,，課程內(nèi)容和教學(xué)方式的選擇應(yīng)建立在學(xué)科的基本知識(shí),、技能、方法的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生在學(xué)習(xí),、應(yīng)用多學(xué)科知識(shí),、技能、方法的過(guò)程中,，形成對(duì)學(xué)科概念的深層理解,，建立概念之間的聯(lián)系。

課程研發(fā)小組通過(guò)研討確定了課程實(shí)施的大致流程：用歷史創(chuàng)設(shè)情境,、用科學(xué)探究發(fā)現(xiàn)最速降線(xiàn),、用數(shù)學(xué)解釋最速降線(xiàn)的概念和應(yīng)用，最后回歸歷史總結(jié)提升中國(guó)傳統(tǒng)建筑中的藝術(shù)之美,、工程之學(xué),。每一部分均體現(xiàn)各自學(xué)科的基本知識(shí)、技能與基本方法,。

在真實(shí)情境,、關(guān)鍵性問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生需要學(xué)習(xí),、運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題,，各學(xué)科基本知識(shí)、技能和方法成為解決問(wèn)題的必備條件和必要過(guò)程,，從而幫助學(xué)生理解學(xué)科基本知識(shí),、技能和方法，在跨學(xué)科整合學(xué)習(xí)中有實(shí)際收獲,。

從理念落地到課堂教學(xué)是推動(dòng) STEAM 教育發(fā)揮育人功能的關(guān)鍵步驟,，這也對(duì)教師提出了更大的挑戰(zhàn)。從單一學(xué)科教學(xué)到跨學(xué)科整合課程開(kāi)發(fā),，教師需要深入理解學(xué)科本身和學(xué)科之間的關(guān)系,，明晰學(xué)科融合的原則、探索豐富學(xué)科融合的方法,。無(wú)論何種形式的課程整合,，其本質(zhì)是學(xué)生思維與能力的激發(fā)和引導(dǎo)，其最終的落腳點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng),。

（作者賀凱強(qiáng),、王志強(qiáng)系北京教育學(xué)院豐臺(tái)分院教師；王玲系北京市海淀區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校附屬實(shí)驗(yàn)學(xué)校教師）