中美高中化学教材中融合STEAM理念的比较研究 ——以“有机化学”和“氧化还原反应”为例

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在国际教育多元化蓬勃发展的大背景下,为了培养全面型综合人才,一种新的STEAM教育理念应运而生,此教育理念掀起了世界诸多国家的研究热潮。STEAM教育理念的核心特点是跨学科性,主要包括科学、技术、工程、艺术和数学等学科间的融合,其强调科学精神与人文精神并重,注重学生科学探究和创新创造能力的培养,这与我国教育部在2016年6月7日印发的《教育信息化“十三五”规划》中“跨学科学习(STEAM教育)、提升学生的信息素养、创新意识和创新能力”以及习近平总书记在科学家座谈会上所强调的“加强创新人才教育培养”的教育理念十分契合。自2006年STEAM教育理念被美国提出后,包括我国在内的多个国家都纷纷开展与此相关的教育活动,并在教学设计、课程设计与开发、创客教育、信息技术教育、科学教育等领域取得了一定的研究成果,但在学科领域以及教材研究领域的研究进展较缓慢。化学学科是与科学和工程等学科紧密联系的,研究STEAM教育理念,将会促进化学学科的发展,同时也能帮助学生在化学学习中渗透科学精神、人文精神以及创新能力的培养。教材不同于其他教学素材,是最能直接反应学科内容的教学载体,同时还是最能体现国家当前教育主流思想和观点的重要素材。中外教材比较研究一直是教育研究领域的重要内容,通过与国外优秀的教材比较分析,能不断为我国教材编写提供借鉴的方向。美国是STEAM教育的发源地,STEAM教育现在已经建立了较完善的研究体系,IB课程被称为成熟的国际化素质教育,同时非常强调让学生在全球背景的学习中,通过跨学科等学习方式,提升学生知识和实践相结合的能力,这与STEAM教育理念相一致。本研究选取了我国高中化学教材人教版(2019版)与美国IB课程中标准水平的化学教材(standard level chemistry,2014年版)进行了研究比较。论文主要分以下几部分:第一部分,提出问题。提出从国内外教育背景、STEAM在学科教育中的发展、教师对于化学学科和教材中融入STEAM理念的需求分析等方面提出本文的研究背景及意义,并对研究内容、研究对象、研究方法、研究思路等进行了详细的阐述。第二部分,文献综述。界定相关定义,梳理研究现状。界定了STEAM教育、教材的核心定义,阐述了国内外对于STEAM教育,以及教材研究现况。进行了理论基础概述,主要涉及了情境认知理论、认知神经科学、学习金字塔理论、STEAM金字塔理论,这些理论为本文制定评价维度打下了良好的基础。第三部分,中美高中化学教材融合STEAM理念比较模型的构建。首先阐述教材比较模型的构建依据,初步确定教材评价模型及水平模型,为了保证研究的科学性,进行了2轮专家效度调查,经过反复修改,最终得到本研究的教材评价模型,一级维度分别为知识维度、思想与文化维度、学生心理发展与认知维度,三个一级维度所对应的二级维度分别为学科融合度和知识难度;科学精神和人文精神;情境激活、内容加工和习题巩固;并在此二级维度上分别划分了4个不同水平。第四部分,教材文本内容的分析及实证研究。首先通过教材文本研究分析,我国人教版高中化学教材和美国IB高中化学教材中都在知识维度、思想与文化维度、学生心理发展与认知维度三个方面不同程度地融入了STEAM教育理念。接下来在实证研究方面,进行了教材案例编写及调查学生对于此教材案例应用后的自评。首先编写融合STEAM理念的教材案例,同时制定了学生对于应用融合STEAM理念教材案例的自评量表,并运用SPSS和Rasch模型分析此量表的信效度以及质量。并得出以下结论:(1)在知识维度方面,两本化学教材中都涵盖了这五门学科,体现了STEAM教育的跨学科内容,学科融合度水平可以达到3,即涉及STEAM学科表主学科科学(S)以外的其他的多个主学科,但是各学科没有较好的融合度;难度方面,其中IBC教材的总体难度相比较于我国人教版教材较难一些,但我国教材整体上体现STEAM理念的难度更大一些。(2)在思想与文化维度,科学精神方面,IBC教材在有机化学和氧化还原反应内容都在水平2,人教版在有机化学的科学精神可以达到水平3,在氧化还原反应的内容上为水平2;人文精神方面,除IBC教材在氧化还原反应内容中的水平为1外,两本教材在其他内容的水平均为2,可以看出,两国教材在科学精神和人文精神方面都可以采用具体的方式引发学生关于科学和人文内容的分析问题和讨论交流。(3)在学生心理发展与认知维度,其中只有人教版中的氧化还原反应情境为水平2,两国教材基本都能够设计较高的情境水平3来激活学生的认知,即都能设计体现与学生实际社会生活紧密相联系的情境,引起学生的兴趣;在体现STEAM学习方式时,虽然都有水平3和4的内容,但是相对较少,整体上处于水平1和2;在习题巩固方面,人教版在两部分内容中整体上体现的是水平2,即习题的设计在题干上体现了社会生活背景的渗入较多,探究型和实践型习题相对较少。(4)从学生对于应用融合STEAM理念教材案例的自评量表选项可以看出,学生选择选项“一般符合”居多,结合教师的访谈可知,教师表示学生对于应用教材中融合STEAM教育理念持积极态度,而且STEAM教育理念在很大程度会发展学生的能力,让学生能够在实践中运用,有利于全面型人才的培养,但是普遍学生会认为学习任务难度较高,同时教师也担心学习课时的分配。最后,根据研究结论,在教材跨学科、难度、情境、学习活动设计以及习题方面提出了教材编写建议,并进行了研究反思与展望。
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