基于中华传统文化的STEAM项目式初中化学教学探索

摘要： 基于中华传统文化的STEAM项目式教学探索，从传统文化的选择出发，分析STEAM学科融合点，构建项目式问题，设计教学活动框架。以当地新石器时代马家窑彩陶为例，聚焦马家窑彩陶的艺术美、性质美、过程美、设计美，培养学生对知识综合应用的高阶思维能力，让学生体会到人类早期先民认识世界、改造世界的过程，建立对华夏文明的文化认同，树立其家国情怀。

关键词： 传统文化； STEAM教育； 项目式教学； 马家窑彩陶

文章编号： 1005-6629（2023）03-0041-07

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

《义务教育化学课程标准（2022年版）》提出化学课程需立足学生的生活经验，反映人类探索物质世界的化学基本观念和规律，传承中华优秀传统文化；并倡导开展项目式学习，重视跨学科实践活动［1］。STEAM教育作为集科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）与数学（Math）为一体的综合性课程系统，坚持以培养学生的综合素养为目标，强调跨学科知识的有机整合，重视采用多样化教学方法与评价方式［2］。近几年国内STEAM教育的实践课程层出不穷，在其本土化发展的进程中，怎样才能更符合我国的教育背景呢？有学者指出立足于我国的STEAM教育不仅要重视科学、技术、工程、数学素养的发展，还要加强对传统文化的认同与人文情怀的培养［3］。基于此，本文通过对有关中华传统文化的STEAM项目式教学框架的梳理，充分挖掘传统文化中的学科价值、育人价值，让学生在基于传统文化复杂问题的解决过程中，运用多学科知识体系，发现知识间内隐的联系，培养学生成为独立的思考者、知识的运用者、技术的创新者、文化的传承者。

1  传统文化的选择及项目的确立

教育除了是文化的受体外，更应主动地对文化做出选择［4］。中华文化源远流长，教育作为传播载体承担着弘扬中华文化的责任。那哪些传统文化值得将其作为教育内容？英国课程论专家丹尼斯劳顿主张课程文化选择要依据经得起理性探究和检验的原则，选择那些对个体成长而言最具价值的内容［5］。中华文化的选择从意识形态的价值性来讲，也反映着教师的价值判断。中华文化博大精深，在五千年岁月中沉淀了丰富的体现人类“真善美”的精神文明。对于这些精神文明的传承不仅能激发学生的文化认同，还能培养学生的家国情怀。精神文化的传递同时也需要物质文明的寄托，在从抽象到具象的过程中，选择的文化载体需要激发学生的好奇心，让学生愿意了解、愿意学习。人类个体智能的发展通常与周围的环境息息相关［6， 7］，文化载体的选择也需要结合学生的周围环境及生活经验。中国地大物博形成的文化资源有着很强的地域性特点。在选择传统文化时不妨从当地的特色文化资源入手，即符合学生的经验，课程实施也更便利。另外，以中华传统文化为基础的STEAM课程并不是文化的介绍课，是需要在文化视阈下结合数学、科学、工程、科技等跨学科知识的综合课程。学生学习过程需要以科学的利器对文化进行深入的分析，全面客观真实地探究文化。因此要注意选择能够体现科学性、逻辑性、人文性、艺术性的文化资源，将其处理为能激发学生深度思考的课程资源。总之，对于传统文化的选择既要考虑传递积极正向的文化观念，又要注重从学生的生活实际出发，还要考虑文化资源的知识结构与内容深度。课程不仅仅是文化的工具和载体，也是文化得以存在传承的原因，对文化的选择是STEAM教学非常重要的一步。

基于此，本文选择从当地新石器时代马家窑彩陶入手进行STEAM项目式教学的开发。马家窑彩陶是我国新石器晚期马家窑文化最突出的代表物，其彩陶文化在一定程度上奠基了中国艺术的形式基础，装饰纹样更是谱写着中华民族深刻的历史记忆、凝聚着朴实而基本的形式美［8］（如图1）。利用马家窑彩陶制陶工艺感受早期人类对真的探索，对善的表达，对美的追求，能极大增强学生的文化认同及民族自豪感。对于当地学生来说，马家窑彩陶从小耳濡目染，当地不仅有马家窑博物馆还有形式多样的陶器体验馆。另外，马家窑彩陶从制陶原料、胚体成型、彩绘烧制等各方面都蕴含着物理、化学、技术、历史、艺术等多学科知识，运用多学科知识体系进行探索也能锻炼学生在真实情境下的复杂问题解决能力。

2  分析项目课程学科融合点

确定以马家窑彩陶为主题进行STEAM课程开发后，首先对马家窑彩陶进行分析，寻找其中与STEAM学科融合的课程资源，梳理并建立各学科的知识点内容表，如表1所示。

历史新石器时代的文化演变；马家窑文明中出现的文化类型；马家窑时期远古先民的社会形态、经济形式以及生产技术水平。

美术从马家窑纹饰图腾中培养学生对色彩、纹理、美丑、对称与均衡的美学思想，感受早期先民抽象思维的具象化艺术表达，创作彩陶艺术品。

数学（M）能对马家窑彩陶的相关资料进行图表绘制整理、数据分析；对马家窑彩绘中的轴对称、中心对称进行判断；在陶器表面绘制轴对称、中心对称图形。

3  构建STEAM项目式问题引导框架

从本质上来看，STEAM教育是以真实问题解决为任务驱动，让学生通过运用多学科知识和技能来解决实际问题，从而培养学生的实践、创新与探究能力［9］。真实问题贯穿着整个STEAM教学活动，在思考问题、解决问题的过程中，学生的核心素养也得以提升。基于此，设计基于STEAM理念的马家窑彩陶项目驱动式问题图，如图2所示。

4  设计STEAM项目式教学活动框架

对STEAM项目驱动式问题进行梳理后，如何设计恰当的教学活动引导学生自然地展开问题的思考？为了确保教学活动的丰富性、深入性、趣味性，借鉴ETIC框架在课程空间象限划分为“感受体验型”（Experience to Understand）、“技艺训练型”（Train to Craft）、“探究学习型”（Inquiry to Learn）和“创新创作型”（Create to Innovate）四种主体项目类型，分别指向不同的文化传承目标、培养形式和项目产出。横轴表示其项目培养方式，划分为过程导向和结果导向两种类型。前者侧重过程，强调体验和探究，设计意图指向精神洗礼和观念内化；后者则侧重结果，强调技艺外显和创意物化，设计意图指向技艺习得以及优秀传统文化在实物上的传承。纵轴表示学习进阶能力，其根据布鲁姆教育目标分类法，记忆、理解、应用属于低阶能力；分析、评价、创造属于高阶能力。在基于传统文化的STEAM教育中，两类能力的培养同等重要［10］。从项目类型、培养方式、进阶水平三个纬度进行整体化模型的设计。从记忆、理解、应用的感受体验型活动（参加马家窑博物馆）和技艺训练活动（自制彩陶），到分析、评价、创造的探究（彩陶分析）创作（设计现代彩陶工具）活动，学生对马家窑彩陶的认识不断深入，思维训练也不断加强，如图3所示。

5  具体教学实施过程

5.1  鉴赏马家窑艺术之美

［准备阶段］联系学校研学游团队，分发学习指南（指南内容包括彩陶相关知识、学习任务、记录表等）。学生以小组为单位在研学教师的陪同下参观当地马家窑博物馆。

［学生活动］前往马家窑博物馆观看彩陶展，鉴赏彩陶的图纹美。并根据学生指南的提示记录彩陶的外观、材料、性质、用途、制作过程，完成后期的课外任务。

［教师总结］交流学生研学游活动感受，归纳研究观察物质的一般方法。

5.2  探寻马家窑彩陶制作工艺

5.2.1  马家窑彩陶原料选择

［问题引导］探究陶器的化学组成一般将其分为常量元素和微量元素。常量元素是指含量高于或接近1%的元素，它们决定陶瓷的物理性质和外观，也反映陶瓷的原料种类和工艺［11］。根据陶胎中常量元素的组成，从新石器时代至汉代制陶所用的粘土可分为—普通易熔黏土、高镁质易熔黏土、高铝质耐火黏土、高硅质黏土或瓷土四大类型［12， 13］。

［小组交流］根据教师所提供的资料，马家窑时期文化类型可分为石岭下、马家窑、半山、马厂。根据资料表2［14］，马家窑彩陶中SiO2含量范围在56.02%～69.79%之间，低于70%；Al2O3含量在12.4%～19.97%之间，平均值低于20%，助熔剂则高于11%，可判断其粘土类型为普通易熔粘土，其化学组成以低氧化硅、低氧化铝、高助熔剂为特征。其中“高助熔剂”有助于降低氧化硅和氧化铝的熔化温度（即熔点），有助于黏土的烧结（即把粉状物料转变为致密体），把坯体转变为陶器［15］。

［问题进阶］甘肃黄土大多为马兰黄土，我们周围的马兰黄土能否用来制作马家窑彩陶？

［小组发现］对比马家窑时期陶片及马兰黄土的化学组成，从表2可以看出一般马兰黄土中SiO2、 Al2O3的含量大都低于陶片中的含量，而CaO的含量却比陶片中的高。猜测在制陶的过程中CaO首先与水发生反应生成氢氧化钙，氢氧化钙又与空气中的二氧化碳反应产生碳酸钙，碳酸钙是难溶物会降低陶器的可塑性，并且在烧制时高温下碳酸钙容易分解产生二氧化碳对胎壁造成损坏，导致陶器开裂破碎，所以甘肃制陶一般不用马兰黄土。

涉及反应的化学方程式：

CaO+H2OCa（OH）2； Ca（OH）2+CO2CaCO3↓； CaCO3高温CaO+CO2↑。

5.2.2  马家窑彩陶的胚体成型

［教师提问］远古人选择合适的制陶黏土后如何进行处理？

［小组回答］查阅资源可知，在黏土确定后，首先去掉粗颗粒，再研磨成细土面进行淘洗，将黏土加水搅拌成泥浆，之后将泥浆进行澄滤以除残存的渣滓。其中的渣滓有一部分为碳酸钙沉淀。

［小组实验］利用周围黄土体验制陶黏土的处理过程——除去大颗粒、研磨、沉淀、过滤。总结每一步需要注意的操作事项，如表3所示。

［数据分析］对比马家窑时期各类型陶片，其化学物质含量发生了哪些变化？

［小组发现］从上述表2中可以看出，随着马家窑文化的发展，从早期的石岭下类型到晚期的马厂类型，彩陶中CaO的含量大抵呈下降的趋势。可以看出随着人类文明的发展，陶工的淘洗技术日益成熟，为彩陶的初步繁荣创造了有利条件。

［教师讲述］淘洗完成后，对马家窑彩陶坯体进行塑形。其主要有捏制法、贴筑法和盘筑法。后期逐渐出现轮制法制陶，重点介绍轮制法，其标志着陶器制作工艺的成熟。

5.2.3  马家窑彩陶的色彩变化

［资料介绍］马家窑彩陶在烧制前就要进行彩绘，马家窑时期的彩陶主要以黑彩为主，并有少量的白彩、红彩，在马家窑文化晚期的半山与马厂时期还出现了大量的棕色复合彩。

［教师提问］马家窑彩陶的颜料选择需要具有哪些性质？马家窑彩陶中的主要色彩化学成分有哪些？

［小组回答］颜料性质：耐高温，化学性质稳定。其中红彩显色物相为氧化铁（Fe2O3），出土的矿物颜料是赤铁矿的风化物赭石，主要成分是氧化铁（Fe2O3）。黑彩显色物相为四氧化三铁（Fe3O4），其矿物以磁铁矿与黑锰矿为主。白彩主要成分为石膏或方解石，白色的显色物相为CaCO3。根据陶片的烧成温度在1000℃左右看，这时CaCO3已分解，但由于被压入陶器表层，出窑后在空气中又变为CaCO3，部分陶器烧成后再绘彩，彩绘颜料为烧石灰（CaO），因其能吸收空气中的CO2，硬化后变为CaCO3而附着在陶器表面。

其中的物质转化过程：CaCO3CaOCa（OH）2CaCO3。

5.2.4  陶器烧成的影响因素

［教师提问］据考古学家推测，远古时期，人们为了保留火种在地上凿洞，久而久之发明了彩陶。火带领人类走向了新的文明。我们学习过的燃烧指的就是火吗？燃烧有哪些条件？

［学生回答］火是燃烧过程中的一种现象描绘，燃烧是指一种发光、发热的剧烈氧化反应。燃烧的条件：可燃物、与氧气接触、温度达到着火点。

［教师提问］所有燃烧都是有利的吗？讲述北京冬奥会火炬设计环保理念。

［学生活动］交流燃烧带来的污染物。

［教师介绍］陶器的烧成温度受陶窑的结构、黏土的成分、烧成气氛的影响。陶窑主要有横穴窑和竖穴窑。黏土的成分中具有耐火性的是Al2O3，而Fe2O3， CaO， K2O， Na2O， MnO则起熔剂作用。烧成气氛是指窑内气体的组成和氧化或还原的能力，主要由其中氧气的含量决定。陶窑密封不严时，空气中含有的氧将坯体所含物质氧化，陶器烧成后呈红色或橙黄色；陶窑密封较好，气体中含有一氧化碳（CO），具有将所含的铁质还原为氧化亚铁（FeO）的能力，烧成后的陶器呈灰色或深灰色［16］。