STEAM教育理念下的地理課堂教學(xué)
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摘要：steam教育起源于美國，即科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)，旨在鼓勵孩子積極參與科學(xué)實踐活動，提升在科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)領(lǐng)域的認(rèn)知與實踐力，使孩子的綜合素養(yǎng)得以提高與發(fā)展，從而提升其全球競爭力。該文基于對STEAM教育理念的理解，將創(chuàng)設(shè)情境、在情境中解決問題，及實現(xiàn)跨學(xué)科融合作為教學(xué)設(shè)計的基本理念，旨在對學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決問題以及地理綜合思維能力進(jìn)行培養(yǎng)，并以“熱力環(huán)流”為例，探究STEAM教育在課堂教學(xué)中的實踐策略。
關(guān)鍵詞：STEAM教育；跨學(xué)科融合；課堂教學(xué)
1STEAM教育理念的基本內(nèi)涵
STEAM教育起源于美國。美國國家科學(xué)委員會于1986年提出了STEM教育概念，STEM即科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)，旨在鼓勵孩子積極參與科學(xué)實踐活動，提升在科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)領(lǐng)域的認(rèn)知與實踐力，使孩子的綜合素養(yǎng)得以提高與發(fā)展，從而提升其全球競爭力[1]。隨后，STEM教育理念中又加入了人文藝術(shù)。從此，STEM演變?yōu)楦鼮槿娴腟TEAM，使學(xué)生能從更多角度認(rèn)識不同學(xué)科間的聯(lián)系，形成綜合思維模式，并培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識解決現(xiàn)實問題的能力。
2STEAM教育理念融入地理課堂教學(xué)的意義
在國際化大背景下，地理課堂教學(xué)中融入STEAM教育理念是教育改革的必經(jīng)之路，有其理論意義和現(xiàn)實意義。
2.1理論意義
2.1.1STEAM教育理念的融入能強化地理學(xué)科的綜合性地理學(xué)科是綜合性較強的學(xué)科，涵蓋了自然科學(xué)、社會科學(xué)等諸多方面，與其他很多學(xué)科都存在交叉滲透。例如：地球的宇宙環(huán)境、地球上的大氣章節(jié)中，滲透了很多物理知識；在人口、城市、產(chǎn)業(yè)活動章節(jié)中，有很多政治、歷史知識的滲透[2]。STEAM教育旨在創(chuàng)設(shè)的情境下，綜合運用多個領(lǐng)域的知識解決實際問題。在地理課堂教學(xué)中，融入STEAM教育理念，可以幫助實現(xiàn)跨學(xué)科的整合，能培養(yǎng)學(xué)生地理關(guān)聯(lián)性思維，讓學(xué)生更加深刻體會地理學(xué)科的綜合性。
2.1.2STEAM教育理念的融入能為地理課堂教學(xué)設(shè)計提供理論支持教學(xué)設(shè)計往往是根據(jù)教材內(nèi)容、學(xué)生學(xué)情，設(shè)計教學(xué)過程和師生活動，實現(xiàn)其教學(xué)目標(biāo)，解決教學(xué)重難點。地理學(xué)科的教學(xué)難點往往是有其他學(xué)科滲透的知識點，STEAM教育理念能為地理課堂教學(xué)設(shè)計提供理論支持，解決教學(xué)重難點。例如地球在近日點、遠(yuǎn)日點的公轉(zhuǎn)速度，機(jī)械地去背記結(jié)論很容易記錯，學(xué)生只有理解了才能正確記憶，在這部分的設(shè)計中需要穿插相關(guān)物理知識———開普勒第二定律，這是學(xué)生已經(jīng)在物理課中習(xí)得的知識，在此處補充這個知識，學(xué)生并不陌生，為了讓學(xué)生理解更深刻，還可以穿插數(shù)學(xué)知識———扇形面積的計算，讓學(xué)生動手操作，自己得出結(jié)論[3]。
2.2現(xiàn)實意義
2.2.1STEAM教育理念的融入有助于提高地理課堂教學(xué)效果STEAM教學(xué)理念融入課堂，增加了課堂的趣味性，提高課堂教學(xué)效果。STEAM教育中的“A”是“人文藝術(shù)”，藝術(shù)會給課堂帶來生氣與活力，一首歌曲、一幅畫、一組攝影作品、一段影視作品，一篇文學(xué)作品，都能帶給學(xué)生視覺、聽覺上的享受，引起學(xué)生的好奇心與求知欲，同時也給課堂帶來了美感，讓學(xué)發(fā)現(xiàn)知識的趣味性，更加享受地理課堂，提高學(xué)習(xí)的積極性。
2.2.2STEAM教育理念的融入有助于地理課程的開發(fā)在STEAM教育理念下，傳統(tǒng)的課堂將被打破，一節(jié)課不再是傳授單一的知識點，而是綜合運用知識解決一個問題，形成一套解決問題的方案。課堂模式變了，相應(yīng)的課程資源也會發(fā)生改變，應(yīng)運而生的將是更多的以“問題”作為主題的課程。例如：在城市化對環(huán)境影響一節(jié)中，就可以選取一個“問題”作為主題，聯(lián)系常德市實際情況，常德市作為國家第一批海綿城市試點，是如何運作的？對城市生態(tài)環(huán)境的影響體現(xiàn)在哪？因此，教師可以選取“海綿城市”作為一個主題開設(shè)一門課程。在STEAM教育理念潛移默化的影響下，教師可以打開思路，打破傳統(tǒng)，可以結(jié)合鄉(xiāng)土實際，開發(fā)出更多以問題解決為導(dǎo)向的新課程。
3STEAM教育理念在地理課堂教學(xué)的實踐應(yīng)用———“熱力環(huán)流”教學(xué)設(shè)計
3.1教學(xué)目標(biāo)
（1）知識與技能。用物理學(xué)科知識理解熱力環(huán)流的形成原理和大氣運動的根本原因。（2）過程與方法。學(xué)會用示意圖分析熱力環(huán)流的形成過程，并運用所學(xué)的原理，解釋大氣環(huán)境中的一些實際問題。（3）情感、態(tài)度與價值觀。通過解決大氣環(huán)境中的一些實際問題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神，樹立科學(xué)的環(huán)境觀。
3.2教學(xué)重難點
熱力環(huán)流的成因、過程及應(yīng)用。
3.3教學(xué)過程
3.3.1設(shè)置情境，導(dǎo)入新課播放歌曲《風(fēng)從海面吹過來》，提問：歌詞中反復(fù)吟唱“風(fēng)從海面吹過來”，無論在什么時候去海邊，風(fēng)始終是從海上吹過來的？【設(shè)計意圖】用歌曲導(dǎo)入、創(chuàng)設(shè)情境，能快速將學(xué)生的注意力吸引到課堂上，同時歌曲還為課堂營造了活躍的氣氛，讓學(xué)生在聽覺享受中進(jìn)入課堂學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，對歌詞正確與否的判斷，能勾起學(xué)生的求知欲與探索欲，讓學(xué)生真正參與到課堂中。
3.3.2設(shè)置實驗，模擬熱力環(huán)流（1）熱力環(huán)流的概念。熱力環(huán)流是大氣運動最簡單的形式。由于地面冷熱不均而引起的空氣環(huán)流，即熱力環(huán)流。（2）熱力環(huán)流模擬實驗。通過模擬實驗感受熱力環(huán)流。教師演示實驗，學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象[4]。實驗器材：透明玻璃缸、蚊香、盤子、熱水、冰塊、硬紙板、剪刀。實驗過程：①將盛有熱水和冰塊的兩個盤子分別放在玻璃缸的左右兩側(cè)；②用硬紙板蓋住玻璃缸，在冰塊一側(cè)的硬紙板上剪一個小孔；③將蚊香點燃，懸掛在冰塊上方的小孔上；④觀察熱氣和蚊香煙霧的流動方向。實驗現(xiàn)象：熱水盆的熱氣向上運動，冰塊盆蚊香的煙霧向下運動，玻璃缸底部，煙霧從冰塊盆流向熱水盆，玻璃缸頂部，煙霧從熱水盆上方流向冰塊盆上方。總結(jié)：我們所看到的這個現(xiàn)象就是熱力環(huán)流，由于受熱不均，導(dǎo)致的空氣流動，最后形成一個環(huán)流?！驹O(shè)計意圖】通過一個簡單的小實驗，先讓學(xué)生對熱力環(huán)流有一個初步感知，學(xué)生在對實驗現(xiàn)象產(chǎn)生好奇時，進(jìn)入原理、過程的學(xué)習(xí)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，也滿足了學(xué)生求知欲。
3.3.3探究熱力環(huán)流的形成原理（1）了解氣壓的概念。引導(dǎo)學(xué)生回顧物理知識：什么是氣壓、氣壓與高度、空氣密度的關(guān)系[5]。①氣壓：從觀測高度到大氣上界，單位面積上垂直空氣柱的質(zhì)量。②氣壓與高度的關(guān)系：海拔越高，氣壓越低。③氣壓與空氣密度的關(guān)系：在溫度一定的情況下，氣壓與空氣密度成正比?！驹O(shè)計意圖】熱力環(huán)流的形成原理涉及氣壓的概念，帶學(xué)生回顧初中物理氣壓相關(guān)的知識，對新課的學(xué)習(xí)起到知識鋪墊的作用，便于學(xué)生對新概念的理解同時也體現(xiàn)了學(xué)科間的相互滲透。（2）熱力環(huán)流形成原理。用示意圖演示熱力環(huán)流，并用提問的方式，引導(dǎo)學(xué)生分析熱力環(huán)流的形成過程，如圖1所示[6]。問題1：當(dāng)?shù)孛嫘再|(zhì)均一、受熱均勻，近地面A、B、C三地的氣壓狀況如何；高空同一高度的A’、B’、C’氣壓狀況如何？（學(xué)生回答）結(jié)論：同一高度，氣壓狀況相同。問題2：假設(shè)A、B、C三地受熱不均，根據(jù)熱脹冷縮的原理，在地面受熱不均的情況下，空氣會怎么運動？（學(xué)生討論）結(jié)論：空氣受熱，會膨脹上升；空氣遇冷，會收縮下沉。即空氣會在垂直方向上運動。問題3：A地、B地、C三地的空氣密度會發(fā)生怎樣的變化，氣壓又會發(fā)生怎樣的變化？（學(xué)生討論回答）結(jié)論：A地空氣密度下降，形成低壓；B、C兩地空氣密度增大，形成高壓。此時，同一水平面氣壓不相等，產(chǎn)生了差異。問題3：同一水平面產(chǎn)生氣壓差，空氣會怎么運動？結(jié)論：同一水平面上，空氣在水平氣壓梯度力的作用下，會從高壓流向低壓，即空氣的水平運動（風(fēng)的形成）。這樣一個完整的空氣環(huán)流形成，即熱力環(huán)流?！驹O(shè)計意圖】熱力環(huán)流是大氣運動的動態(tài)過程，借助示意圖演示，并以提問的形式，引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)地探究熱力環(huán)流的形成過程，幫助學(xué)生理解熱力環(huán)流的形成原理。
3.3.4課堂小結(jié)用流程圖歸納熱力環(huán)流的形成過程，如圖2所示?！驹O(shè)計意圖】用流程圖總結(jié)熱力環(huán)流的形成過程，加深學(xué)生對熱力環(huán)流動態(tài)過程的理解，讓學(xué)生回答過程中的每個環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生鞏固所學(xué)新知。
3.3.5拓展延伸案例1：海陸風(fēng)學(xué)生根據(jù)熱力環(huán)流原理，畫出海陸間熱力環(huán)流，并判斷導(dǎo)入中的歌曲《風(fēng)從海面吹過來》發(fā)生的時間。結(jié)論：白天———海風(fēng)；夜晚———陸風(fēng)。歌曲《風(fēng)從海面吹過來》描述的應(yīng)該是白天的海風(fēng)。案例2：山谷風(fēng)學(xué)生根據(jù)熱力環(huán)流原理，自主探究山谷風(fēng)的形成，并畫圖解釋原理。案例3：城市風(fēng)學(xué)生根據(jù)熱力環(huán)流原理，自主探究城市風(fēng)的形成過程，畫出城郊間熱力環(huán)流，并根據(jù)城郊間熱力環(huán)流進(jìn)行城市規(guī)劃?！驹O(shè)計意圖】三個案例來自生活，讓學(xué)生利用所學(xué)知識解釋生活中的現(xiàn)象，解決實際問題，到達(dá)知識遷移的目的，通過海陸風(fēng)的分析與探究，解答了課前導(dǎo)入的問題，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，引導(dǎo)學(xué)生解決實際問題。
4總結(jié)與反思
本文通過大量文獻(xiàn)研究，從理論和現(xiàn)實兩個方面，分析了STEAM教育理念融入地理教學(xué)的意義。在此基礎(chǔ)上，以“熱力環(huán)流”的教學(xué)設(shè)計為例，研究了如何將STEAM教育理念融入到地理課堂教學(xué)中，教學(xué)設(shè)計中，試圖將STEAM教育理念中，跨學(xué)科融合與創(chuàng)設(shè)情境，用所學(xué)解決實際問題兩個基本理念與實際教學(xué)結(jié)合，在教學(xué)設(shè)計中也存在著一些不足，例如：怎么做到跨學(xué)科的巧妙融合，將所有學(xué)科知識融為一體；如何讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)問題，自己去設(shè)計解決方案；課堂的教學(xué)內(nèi)容是否需要調(diào)整，課堂內(nèi)容太多是否不太利于開展基于STEAM教育理念的課堂教學(xué)等，這些問題需要通過更多的實踐去尋找解決辦法，需要教師對STEAM教育更進(jìn)一步的思考與探究。
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作者：趙志穎 單位：湖南幼兒師范高等?？茖W(xué)校