基于中国古代科技文化的小学STEAM课程设计与开发

高慧 姚翠薇

[摘   要]从中国古代科技文化的角度开发与设计小学STEAM课程，不仅可以弘扬中华优秀传统文化，培养小学生的家国情怀，还可以培养学生的工程思维和实践能力。选取古代科技文化中的典型代表“造纸术、航海技术和建筑学”，从课程目标、课程内容、课程实施策略、课程评价等方面阐述了课程设计与开发的基本思路。

[关键词]中国古代科技;小学;STEAM课程

一、STEAM教育的内涵与研究现状

STEAM教育是一种运用工程设计思维，以解决真实情景下的实际问题为目标的教育模式。其主要内涵包括四个方面。一是聚焦于现实世界存在的问题与困难。问题可以来自社会生活的方方面面，采取基于问题或基于项目的学习形式。二是通过工程设计流程制定解决方案。包括定义问题，进行背景研究，制定多种解决方案，开发和制作原型，测试、评估和优化设计等。三是通过协作学习进行开放式探索。STEAM教育的理论基础是“做中学”，学生需要通过团队合作与动手实践探索解决问题的办法，并可能涉及多轮迭代优化。四是鼓励多样化并认可失败的意义。STEAM教育并不追求统一的学习结果，而是鼓励解决方案的多样化，并认可学生在此过程中的失败，倡导在失败的基础上不断改进，促进学生形成系统性思维[1]。

以“STEAM教育”为关键词检索知网文献，发现相关论文的发表数量呈逐年上升趋势。内容主要涉及：对国内外STEAM教育的内涵、发展现状和实施路径的研究;各类学校对STEAM教育的实践研究，包括课例研究、课程体系建设等;STEAM教育与创新教育研究;STEAM教师的培养研究;关于STEAM教育其他方面的研究。2019年，以“STEAM教育”和“小学”为主题词在知网检索出77篇期刊论文和56篇硕博论文，研究集中在以下领域。

一是关于STEAM课程体系构建和课程实施的理论研究。如胡卫平等人提出，应从制定教育政策、渗透学科课程、实施有效课堂教学、促进教师专业发展、开设STEAM活动课程、注重教育评价等方面构建中小学STEAM教育体系[2]。周东岱等人设计了STEAM教育理念指导下的小学课程体系重构流程，并进行了实践研究[3]。崔鸿等人阐述了基于项目式学习的STEAM教育的价值意义和存在的问题[4]。袁磊等人提出了STEAM教育理念下开展小学研究性学习活动的过程模型，并对其价值进行了探讨[5]。袁磊等人提出了基于学科课程项目化重构的小学STEAM课程设计与开发的完整流程，并通过实践案例展示了该开发流程的应用，有助于培养学生的高阶思维与动手实践能力，促进STEAM课程本土化发展[6]。

二是STEAM教育在各学科领域的探索。主要包括课例研究、教学模式研究等。如郝秋香提出通过创设教学环境、开展主题活动、融合各学科知识、因材施教、教师提升等策略开展STEAM教育[7]。梁玲玲提出基于STEAM教育理念的科学课堂教学设计应具有启发性、情境性、设计性、跨学科性、开发性，并提供了课例。杨春丽等人则对STEAM教育理念下的创客教育进行了研究[8]。

三是关于STEAM教师培养的研究。例如龙海霞探讨了STEAM教育理念下培养全科教师的价值与要求[9]，马长俊则探讨了STEAM教育师资建设的方法与途径[10]。

总体来看，STEAM教育与小学课程的接轨尚处于探索阶段，而以中国古代科技文化作为课程资源进行课程开发的研究成果更是寥寥无几。中国古代科学技术在人类文明发展史中占有非常重要的地位。指南针、火药、造纸、印刷术的发明极大地促进了世界文明和科学技术的发展[11]。而STEAM教育倡导将科学、技术、工程、艺术和数学等学科进行融合，基于真实世界中的问题，以工程思维为导向展开教学[12]。因此，从中国古代科技文化的视角建构小学STEAM课程，不仅可以弘扬中华优秀传统文化，培养小学生的家国情怀，还可以提升学生的科学素养，提高解决实际问题的能力。

二、中国古代科技文化简介

中国古代科学技术在人类文明发展史中占有非常重要的地位。习近平总书记指出：中华民族在绵延五千多年的文明发展进程中，创造了闻名于世的科技成果。我们的先人在农、医、天、算等方面形成了系统化的知识体系，获得了以四大发明为代表的一大批发明创造[13]。回溯并梳理中国古代科技发展的脉络，有利于甄选合适的课程开发内容。

1.中国古代科技文化回溯

旧石器时代，中国古代先祖以采掘野生植物和渔猎动物为生，学会了选择质地坚硬的石料制造工具，发明了石镞和弓箭。新石器时代，出现了有锋利刃口的磨光石器和陶器，原始畜牧业和农业开始发展。新石器时代晚期，开始使用金属，进入金石并用的时代。科学技术的孕育始于原始社会。如在选择石料、打制石器的过程中萌芽了矿物学、力学和地质学，在狩猎和原始农牧业中形成了动植物学，在使用火和制造陶器的过程中产生了化学。随着农业大规模生产的需要，青铜冶炼技术成为奴隶社会时期生产力发展的主要标志。春秋战国时期，铁器得到推广应用，铁质农具和牛耕技术极大地提高了农业生产率。农业生产离不开水，于是诞生了郑国渠和都江堰，同时已有的生产技术更加成熟，例如冶铁采矿技术、制车工艺、乐器制作、练丝、染色、皮革加工等。这时开始出现了与科学技术有关的著作，如先秦时期的《考工记》;科学家的代表人物是墨翟，他最早发现了小孔成像原理。

汉代农具的杰出代表是耧车，这种播种工具一直沿用了两千多年，至今仍在某些地区使用。东汉时期的蔡伦发明了造纸术，秦汉时期的张衡发明了漏水转浑天仪和候风地动仪。建筑业方面，秦长城和汉代宫殿令人瞩目。这一时期还出现了著名医学家华佗和张仲景。

中国古代科学技术体系在三國两晋南北朝时期得到进一步发展，涌现了更多科学家和科学著作。如贾思勰的《齐民要术》是最早的综合性农学专著，郦道元的《水经注》对河流流经地区的土壤、地貌、气候、物产等进行了系统记述，对我国古代历史和地理研究具有重要参考价值。凸轮、竹蜻蜓、风筝也发明于这一时期。

隋唐五代是中国封建社会发展的鼎盛时期。制瓷和纺织业发展迅速，雕版印刷术的发明促进了新思想、新文化的传播，使唐宋文化空前繁荣。隋朝中期，李春主持设计并制造的赵州桥，是世界上现存最早、跨度最大的空腹式单孔圆弧拱石桥;隋唐大运河完成了开凿。化学的发展促成了黑火药的发明。孙思邈的《千金方》代表了这一时期的医学发展水平。

宋朝继续实施开明的文化政策，四大发明中的三项诞生于这一时期。毕昇的活字印刷术促进了文化的普及与传播。吹灰法、烹熬法使金属冶炼技术得到进一步发展。景德镇的青花瓷开始走向全世界。建筑技术进一步发展，卢沟桥和万安桥诞生。科学家的代表人物是沈括，《梦溪笔谈》被称为中国科学史的里程碑。指南针、造船工艺与技术、航海术在明代取得了巨大进步，并成就了郑和七下西洋的壮举。明代建筑中杰出代表包括北京故宫、万里长城、天坛等。预防天花的人痘接种技术成为早期免疫学的一项重大成就，在世界医学史上占有重要地位。《本草纲目》成为我国古代医药学的经典著作[14]。

2.中国古代科技文化研究现状

以“中国古代科技文化”为主题词在知网上检索文献，可以看出相关研究总体上呈逐年上升趋势（见图1），研究主题的分布主要集中于中国古代科技的一些具体项目，但还未见涉及中国古代科技文化在小学STEAM教育中的应用（见图2）。

三、基于中国古代科技文化的

小学STEAM课程设计与开发

1.课程目标

以中国古代科技文化为载体，开发设计适合小学生的STEAM课程，在小学阶段弘扬中华优秀传统文化，提升小学生科学核心素养、创新实践能力、合作能力和解决问题的能力。

2.课程内容

结合《义务教育小学科学课程标准》，研究选择了造纸术、大航海技术和中国古代建筑作为内容载体，开发设计基于中国古代科技文化的小学STEAM课程。具体教学内容如表1所示。

3.课程实施策略

依据STEAM课程设计的理念，以工程设计思维为主线，按照创设情境、提出问题、设计方案、制作验证、讨论改进等流程进行课程的设计与实施。课程可先从社团开始，再推广到常态课。以中国古代建筑（桥梁）为例，具体课程实施策略如表2所示。

4.课程评价

课程评价体系的建构原则以学生发展核心素养为导向，评价的项目和方式等如表3所示。

综上所述，中国古代科技文化内涵丰富，后续课程开发还可从中汲取更多素材和内容。目前已开发的课程还需要在教学实践中落实，并根据实施效果进行调整，丰富课程开发范式，逐步形成完整的基于中国古代科技文化的STEAM课程体系。

参考文献

[1]范文翔，赵瑞斌，张一春.美国STEAM教育的发展脉络、特点与主要经验[J].比较教育研究，2018（6）：17-26.

[2]胡卫平，首新，陈勇刚.中小学STEAM教育体系的建构与实践[J].华东师范大学学报（教育科学版），2017（6）：31-39，134.

[3]周东岱，樊雅琴，于颖，等.基于STEAM教育理念的小学课程体系重构研究[J].电化教育研究，2017（8）：105-110，128.

[4]崔鸿，朱家华，张秀红.基于项目的STEAM学习探析：核心素养的视角[J].华东师范大学学报（教育科学版），2017（4）：54-61，135-136.

[5]袁磊，赵玉婷.STEAM理念与小学“研究性学习”课程的深度融合研究[J].现代远距离教育，2018（1）：50-56.

[6]袁磊，王健博乐.基于学科课程重构的小学STEAM课程设计[J].现代远距离教育，2019（2）：25-32.

[7]郝秋香.STEAM教育理念在小学科学课程中的应用[J].中国校外教育，2019（3）：76-77.

[8]杨春丽，邸薇.基于STEAM教育的小学“创客”课程构建[J].现代教育，2018（6）：59-61.

[9]龙海霞.STEAM教育理念下的小学全科教师培养[J].基础教育研究，2018（19）：25-28.

[10]马长俊.STEAM教育师资建设的思考与实践——以都江堰市北街小学实验外国语学校为例[J].教育科学论坛，2019（7）：39-40.

[11]周学益.中国古代科技由盛转衰的回顾与思考[J].武汉水利电力大学学报，2000，20（7）：78-80.

[12]陈晓慧，徐彬，张哲.STEM教育研究与实践的理念与路径——访不列颠哥伦比亚大学科学教育专家Samson Nashon教授[J].中国电化教育，2019（4）：1-4，22 .

[13]習近平.为建设世界科技强国而奋斗[N].人民日报，2016-06-01.

[14]杨金长.中国古代科学技术史[M].北京：人民军医出版社，2007.

（责任编辑  郭向和）