基于C-STEAM教育理念下的节气测影活动分析.pdf

科学教育与博物馆，2023，9（4）Science Education and Museumsdoi:10.16703/ki.31-2111/n.2023.04.010马燕.基于 C-STEAM 教育理念下的节气测影活动分析J.科学教育与博物馆，2023（4）：63-69.基于 C-STEAM 教育理念下的节气测影活动分析马燕北京天文馆0引言中华优秀传统文化是中华民族的文化根脉，也是中华民族的宝贵财富。党的十八大以来，以习近平总书记为核心的党中央高度重视传统文化的传承和发展。“十四五”规划中指出，要深入实施中华优秀传统文化传承发展工程，推动中华优秀传统文化创造性转化、创新性发展。结合国家对于文化传承工作的需求，科技场馆在传播科学的同时如何把优秀传统文化展示出来是当前研究的一个重点内容。二十四节气是中国人通过观察太阳周年运动，认知一年中时令、气候、物候等方面变化规律所形成的知识体系和社会实践1。它有着丰富的内涵和文化价值，具有深厚的人文意义，是中国传统文化的重要载体。北京古观象台作为传播中国古代天文的博物馆，以二十四节气为主题，开展节气测影活动，旨在弘扬传统文化，普及天文知识，传播科学思想，提升科学素养。C-STEAM 教育是 STEAM 本土化发展的新型教育理念，目前仍处于初期起步阶段。本文以节气测影活动为例，深入分析活动背景、实施过程以及活动特点，探究如何更好地把古代天文和传统文化进行融合传播，提升活动的文化价值，积极探索C-STEAM 教育理念在科学普及方面的广泛应用。1C-STEAM 教育理念的发展1.1C-STEAM 理念的形成20 世纪 80 年代，美国国家科学委员会提出了STEM 教育的建议，包含 Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）和 Mathematics（数学）四个学科，并引发全球的 STEM 教育运动。2006 年，美国弗杰尼亚科技大学教授认为强调全面的教育不应该失去对学生人文艺术的培养，提出在 STEM 中引入 Arts（艺术），形成了 STEAM 教育3。STEAM 教育理念与传统的单学科、重书本的教育方式不同，强调引导学生形成学科融合的学习方式和跨学科的思维方式。STEAM 课程注重打破学科之间的界限，融合各学科的知识与思维，提升学生分析解决实际问题的能力。2015 年教育部发布 关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）并提到：“鼓励发展 STEAM 等创新教育模式，使学生具有较强的信息意识与创新意识，使信息化教学真正成为教学活动的常态。”它首次提出“STEAM教育”的概念，并明确指出探索 STEAM 教育、创客摘要以二十四节气为主题的节气测影科普活动为例，从活动策划思路、内容设计等方面阐述 C-STEAM 理念在活动中的应用，探讨如何构建科普活动课程创新体系，落实创新驱动发展，从而达到普及天文知识、弘扬传统文化、提升公众科学素养和文化自信的目的。关键词C-STEAM 理念二十四节气测影活动活动 课程63-科学教育与博物馆，2023，9（4）Science Education and Museums教育等新教育模式2，掀起了我国 STEAM 教育热潮，在理论研究和教育实践方面取得明显进展。2020 年，我国学者詹泽慧等人提出以弘扬优秀传统文化和中华民族家国情怀为核心价值观导向的本土化 STEAM 教育，即“C-STEAM”，是在中国传统文化的背景下，以 STEAM 项目式学习的方式，应用跨学科知识去创作文化作品，在情感上自发地认可和接纳优秀文化，增强文化认同感和文化自信4。通过把 C-STEAM 教育理念与科普活动目标相融合（见表 1），能够提升科普活动的趣味性、拓宽学生的知识结构，提升综合能力。学科目标文化（Culture）培养价值观，提升文化自信科学（Science）科学原理技术（Technology）科学技术及装配能力工程（Engineering）动手能力艺术（Arts）阅读鉴赏能力数学（Mathematics）分析数据能力表 1C-STEAM 教育与科普活动目标融合1.2国内发展现状为了分析 STEAM 理念和 C-STEAM 理念在中国的发展现状，分别以“STEAM 教育”“C-STEAM教育”为关键词在中国知网（CNKI）期刊数据库进行检索，时间截至 2023 年 7 月。“STEAM 教育”共检索到相关文章 4537 篇，呈上升趋势（见图 1），2019年起每年均超 700 篇，2023 年前 5 个月已有 275篇。通过数据可以看出，STEAM 教育理念在我国处于蓬勃发展的阶段，是近年来热门的研究议题。随着STEAM 教育理论研究与实践的不断深入，取得了一定的成果。“C-STEAM 教育”共检索出相关文章 18 篇，呈缓步上升趋势（见图 2）。从数据可以看出，C-STEAM 理念处于起步阶段，落实 STEAM 教育本土化研究还需要进行积极探索和大量验证。目前国内就 C-STEAM 理念进行了一些尝试，但普遍是基于中国传统文化的背景在学科知识整合层面上开展工作，缺乏系统性，对传统文化内涵的挖掘还不够充分5。故此开展本文的研究有一定价值，可为同行提供一些参考和借鉴。图 1“STEAM 教育”知网文献检索趋势图图 2“C-STEAM 教育”知网文献检索趋势图64-科学教育与博物馆，2023，9（4）Science Education and Museums2活动策划思路2.1活动教学目标二十四节气是我国劳动人民认识自然、利用自然的科学成果，不仅包含天文知识，也蕴含“天人合一”的哲学思想。节气测影活动是围绕日影的变化为线索，利用实物展项和组装小仪器模型两种方式，模拟观测日影的长度的变化，设置一系列探索和实践的环节，引导学生直观地认识太阳在古天文中的重要地位，体验和感受天文魅力，激发青少年求知欲，培养探索的科学精神，激发他们对传统文化的兴趣与共情，从而建立文化自信。通过节气测影活动，深挖二十四节气背后的文化，可让学生们对二十四节气的历史渊源、发展历程、节气文化、民间风俗有一定了解。其教学目标主要有：（1）了解中国传统天文学成就，激发学生对中国古代天文及古代文化的自豪感和认同感。（2）引导学生进行观察分析，自主归纳出一年中表影的变化规律以及太阳高度变化规律。（3）培养学生动手能力、模型演绎能力以及敢于探索的科学精神。（4）培养学生利用博物馆资源主动学习的能力。（5）培养学生交流及团队合作的能力。（6）引导学生在活动过程中进行自我反思。基于 C-STEAM 教育理念，具体教学目标（见表2）可描述为：（1）文化方面：通过古观象台常设展览和陈列的天文仪器的展示，了解中国古代天文成就，理解观象授时的含义，挖掘二十四节气文化特征和文化内涵，对二十四节气的起源、发展有初步认识，激发学生对中国传统文化的兴趣。（2）科学方面：二十四节气是以圭表测量日影的长度来确定的，学习圭表的基本构造，圭表的起源、演变过程，并通过模拟实验来了解节气和回归年的测定。（3）技术方面：测影的数据是归纳影长变化规律的根本，观测数据的精确度十分重要。因此，出现了辅助仪器景符（见图 3）。景符利用小孔成像原理，使日影可以清晰地投射在圭面上，方便数值的读取。（4）工程方面：为更直观地开展节气测影活动，开发了圭表、正方案等教具。通过组装测量日影的小仪器，更容易理解仪器构造和功能使用。（5）艺术方面：整理选择描述节气的诗歌、民俗活动，从文学语言方面进行探讨。同时，依托非物质文化遗产雕版技艺，设计制作与天文、节气相关的雕版（见图 4）。通过多种形式，重点突出活动背后蕴藏的艺术内容，把天文、传统文化、传统技艺多维度融合。（6）数学方面：对观测数据进行记录、分析，并总结规律。在整个活动的过程中，不仅是多学科知识的学习，也是在进行探索求真，科学精神、综合能力的培养。2.2活动教学重难点（1）活动教学重点：了解圭表的基本原理，思考如何通过观察影子长短变化来测定季节和回归年。了解二十四节气的形成和历史发展。表 2节气测影活动教学目标分解文化（C）科学（S）技术（T）工程（E）艺术（A）数学（M）知识与技能中国古代天文成就、二十四节气二十四节气的原理景符的使用圭表的结构二十四节气民俗、天文雕版记录数据：影子长度能力与素养文化理解、文化认同观察分析能力、空间想象能力思考能力动手能力创新能力、交流表达能力数据分析与处理能力图 3景符65-科学教育与博物馆，2023，9（4）Science Education and Museums（2）活动教学难点：如何把天文知识、科学思想，不是通过说教方式灌输给学生，而是引导学生在实践中自主发现和归纳总结。这一目标考验活动组织者的设计能力和在活动开展过程中的应对能力。如何运用恰当的教学方法帮助学生建立空间想象能力更好地理解二十四节气，也是对活动设计者的挑战。2.3活动内容设计活动时长 1.5?h，主要包括：参观游览、学习测影仪器使用方法、模拟测影（见图 5）。首先，创立情景，引出问题。讲解老师带领学生，参观古观象台展览，了解中国古代天文成就，激发学生的自豪感。通过提问引发思考，并引导其提出新的问题，让学生了解测量日影对古人的重要性，激发学生探索意识，从而对如何测量日影产生探究的兴趣。其次，提出任务，推动学生进行探究。从认识测影仪器到组装小仪器来模拟测影，这是学生完成探究式学习的重要环节。引导学生猜想影子长短变化的原因，观察、分析、归纳影长的变化规律，探索古人如何通过观察影子长短变化来测定回归年和节气。通过一个个任务的完成，递进式引导学生进行深入探究。第三，指导学生实践，加深认知。实践是科学教学中不可缺少的一部分，通过实践培养学生探究原理、大胆质疑的科学精神，并在过程中反复加深对二十四节气的理解。图 4与天文、节气相关的雕版及其印刷图图 5节气测影活动内容参观古台：了解中国古代天文学成就创立情境，引出问题讲解圭表，了解测影仪器的使用方法创立情境，引出问题动手实践：组装小仪器，进行模拟测影归纳总结规律，进行交流可在各节气点利用观察实践日影变化规律延伸学习，培养探索求证的科学精神节气测影66-科学教育与博物馆，2023，9（4）Science Education and Museums3活动教学过程3.1引入参观：30 min北京古观象台 中国天文学展览，分为“中国星空”“西学东渐”“古观象台历史”三个主题，以中国传统文化“天人合一”观念为背景，全面展示中国传统天文学的伟大成就；同时，通过展示独具特色的中国星空文化、中国古代天文台的发展和天文仪器的演变、中国人的岁时传承、天文与人文的关系等，让学生了解中国传统文化、天文知识，掌握现代科学精神。需要材料：古台展览。3.2了解测影仪器：10 min在长期观察中，古人发现物体在太阳下的影子会发生长短和方向的变化。这些变化都遵循一定的规律，掌握这些规律能够为人们指示时间。圭表是由圭和表两部分组成。垂直于地面的是“表”，正南北方向水平放的量尺是“圭”。其原理是：通过测量日影在每天正午时的长度来测量年长。影子最短的是夏至日，最长的是冬至日，通过连续两次测量冬至日（或夏至日）的时间间隔，就能够推算出回归年的长度。北京古观象台的八尺圭表原件为明朝仿元朝圭表，现陈列的圭表为 1983 年复制，其原件现存紫金山天文台。需要材料：圭表展项。3.3动手实践：50 min动手组装圭表模型后，观测影子长短变化的过程。通过实际操作观察表影长短的变化，分析并归纳表影变化规律，了解古人如何通过圭表测影确定回归年和节气。通过动手操作，互相交流，学生可以有更直观的感受。需要材料：圭表小仪器模型。3.4延展学习学生可以把圭表模型带回家，每天测量正午日影的长度并做好记录。观察一年时间内的正午日影长度变化，验证活动中的结论真伪，将活动变成持续性的、长期的观察，并把二十四节气的内容传递给更多的人，一定程度上提升了活动的辐射范围、增加了活动受众人数。需要材料：圭表小仪器模型。古观象台观测日影记录部分如下：冬至日影长度为一丈五尺九寸、夏至日影长度为二尺三寸、春分为六尺六寸五、秋分为六尺六寸。由于天气原因，出现节气当日没有太阳，无法测量日影的情况。因此，此数据为 20202022 年的平均数据，会存在一定的误差。但通过此组数据可以看出日影冬至最长，夏至最短，与我们所知的影长变化规律结论一致。节气测影活动是古人测量日影的再现，展示了古人发现自然现象、探究天文规律。同时进行实际的观测，并对数据记录和整合。在实际观测中，影长精度的影响有大气折射、视差、影长虚实等多个因素，我们通过景符，尽可能减少影虚所带来的读取难度。活动教学课程（见表 3）结构丰富、有层次，并不是简单堆砌，而且很好地平衡了课程难度，形成从单一学科到跨学科的课程知识结构转变，同时也重视实践过程中文化观念的持续输入与融合。不仅普及了天文知识，也体现了中国传统文化的价值，对文化认同、文化自信、文化发展产生了积极影响。4活动总结与分析4.1活动创新点C-STEAM 是“以传统文化为目标导向的STEAM”,并不是传统文化和 STEAM 二者简单的叠表 3节气测影活动教学设计与传统活动教学设计对比传统活动教学设计节气测影活动教学设计教学思想以教授知识为主引导式学生主动学习教学内容把知识进行罗列由简入深递进式学习、增加互动和实践部分教学手段PPT、教材实验探究、体验制作、模拟观测等多元手段教学方法讲授法、演示法参观教学法、引导探究法、任务驱动法、直观演示法、讨论法等教学方法融合运用67-科学教育与博物馆，2023，9（4）Science Education and Museums加,?而是通过科学、技术、工程、艺术、数学学科以及探究式学习方式6，让 C-STEAM 教育与学科进行深度融合，丰富和延展了 STEAM 理念。既重视学生的科学思维、学科素养和创新手段，多学科知识的学习和运用，又促进了核心价值观建设和文化价值的理解。一是活动形式从单一化转变为多元化。和传统活动讲述式的知识输入有着明显区别，节气测影活动由“文本学习”转向“情境体验与探究创新”学习，既有分析归纳的动脑环节，也有模拟观察的动手环节。形式上更加吸引学生对活动的兴趣，使学生能更加主动地去关注二十四节气和传统文化，是传统文化的一个深度输入。活动通过抛出问题,利用自主、合作、探究的方式解决问题,是一个多学科知识交叉、融合的过程,拓宽学生的视野，提升综合能力的发展。在学习过程中注重创新实践、注重学生的创新设计与实际问题的解决，是培育学生创新素养的有效途径。二是活动内容从单学科转变为跨学科。将科学、技术、工程、艺术和数学等多个学科进行交叉融合，多维度的教学设计，打破了学科间的界限，避免以往单学科学习所产生的片面理解，让学生全方位多角度学习节气相关的科技文化知识，了解二十四节气的历史背景、观测原理及其背后反映出的当时社会关系与文化，对所学知识进行内化与个性化的建构,?通过有意义的课程主题培养学生的社会责任感、参与意识，提升科学人文素养和多元文化的认知7。三是活动增强了文化体验，文化元素与跨学科知识的双向融合。活动充分挖掘传统文化内涵，通过节气测影的形式，多视角地展示二十四节气的丰富内涵和价值作用，强化学生对二十四节气的认知。中国传统文化中注重顺应自然、强调整体与和谐、遵循中庸与辩证的哲学思想与方法论，与活动强调的科学精神、科学态度等有着辩证关系8，也在活动过程中引导学生进行了深入领会，从而增强了学生的文化自觉、坚定了文化自信。4.2活动不足点跨学科整合课程要求多门学科内容和主题是密切相关的,强调学科间的逻辑联系，不能是学科知识点的简单罗列，同时要把教育理念和课程内容合二为一。这是对活动策划者提出的挑战。活动应建立多元评价体系，包括评价目标、评价内容、评价方式、评价主体等。评价目标上，既要关注学习结果，也要关注学习过程，包括学生的参与程度、沟通合作、探究态度等。评价方式上既要有老师对学生学习整体状况进行评价，更要有学生对自己学习过程中的自我反思、自我评价，学习伙伴对学生学习过程中的参与程度与沟通合作能力进行评价9。5活动思考节气测影活动于 2020 年起进行尝试，在春分、夏至、立秋、秋分重要节气点进行测影活动，线下参与人数一百余人，同时也利用直播等平台进行推广，线上有十余万人次的流量。此次探索初步达到了科技与人文深入融合的教育效果，引发了公众对古天文和优秀传统文化的关注，为科普活动的研发提供了新的思路，同时在活动实施过程中也形成一些思考。5.1扩大活动社会价值5.1.1加大利用新媒体随着互联网、多媒体等新兴技术的崛起发展，在新媒体迅猛发展的环境下，善于运用微信平台、视频号推广等进行活动宣传，探索线上线下双轨科普教育平台，让更多的人关注活动。关注人数越多、传播力度就越大，二十四节气文化得到弘扬与发展的同时，也提升了博物馆的影响力。5.1.2加强馆校合作在“双减”政策的号召下，馆校深度合作是发展的必然趋势。挖掘场馆自身的价值与意义，以馆藏文物及陈列资源，结合语文、历史、自然科学等课本大纲为依托，根据学生的认知发展特点，将主题活动做到不同属性、多学科知识的有机整合。5.1.3加入文创投入把文创产品引入科普教育，是对科普活动的一个延伸。根据不同类型观众的需求，分类定制化设计文创产品，有利于为公众提供更多深层次的信息。利用多元化平台，满足公众不同的体验需求，提升博物馆的价值。5.2完善人才培养体系科普活动的创新发展离不开专业的工作队伍，68-科学教育与博物馆，2023，9（4）Science Education and MuseumsAnalysis of Solar Term Measurement Activity Based on C-STEAM Concept/?MA?YanAuthors Address?Beijing?Planetarium,?E-mail:?Abstract?In?recent?years,?the?concept?of?STEAM?education?has?entered?China.Domestic?scholars?study?STEAM?education?concept?and?gradually?explore?its?localization.?As?a?patriotic?education?base,?Beijing?Ancient?Observatory?plays?an?important?role?in?promoting?traditional?culture?and?popularizing?astronomical?knowledge.?This?paper?will?take?the?popularization?of?solar?term?shadow?measurement?as?an?example,?explain?the?application?of?C-STEAM?concept?in?activities?from?the?aspects?of?planning?ideas?and?content?design.?How?to?construct?the?curriculum?innovation?system?of?popular?science?activities?is?an?important?measure?to?implement?innovation-driven?development.?In?order?to?popularize?astronomical?knowledge,?promote?traditional?culture,?enhance?the?public?scientific?literacy?and?cultural?confidence.Keywords?C-STEAM?concept,?twenty-four?solar?terms,?Measuring?the?shadow?activity作者简介：马燕（1988），女，馆员，主要研究方向：科普活动策划、科学普及与传播，E-mail:?。（2022-04-16 收稿，2022-09-17 修回）C-STEAM 理念下的课程开发更是如此。跨学科教学对于人才提出更高的要求，需要教师既有扎实的专业知识，又有文化素养，且能深刻把握立德树人的含义。要建立人才激励机制，激发团队人员的热情，主动提升专业能力水平和对传统文化的认知。加强对外合作机制，鼓励、支持和学校、社会机构等进行合作，吸收不同专业人才参与活动设计，研发活动材料。此外，还要不断完善人才培养政策，特别是对高层次复合型人才队伍的培养建设。6结束语博物馆教育是梳理综合从博物馆获取的知识，通过知识整合、激发感知、获取新体验，帮助观众个人发展和获得成就10。本文简要介绍了 C-STEAM理念在北京古观象台科普活动中的应用，是实现传统文化创新传承与发展的一次尝试。青少年正处于价值观形成和确立的时期,?他们的文化价值观对未来社会的文化价值观起到决定性作用。以文化为导向的本土化 C-STEAM 教育理论，能够促进中国传统文化在新时代下创造性转化和创新性发展，契合中国当前教育改革的发展需要，对推进科学普及创新发展、提升科普服务水平提供了新的思路。参考文献1隋斌，张正尧，王晓鸣.传承弘扬中华优秀传统文化的成功实践以二十四节气为例J.古今农业，2020（04）：1-7.2傅骞，刘鹏飞.从验证到创造中小学 STEM 教育应用模式研究J.中国电化教育，2016（04）：71-78+105.3丁熊，纪合鹏.基于 STEAM 理念的博物馆青少年公共教育服务设计研究J.设计，2021，34（20）：143-145.4詹泽慧，钟柏昌，霍丽名，等.面向文化传承的学科融合教育（C-STEAM）：价值定位与分类框架J.中国电化教育，2020（03）：69-76.5詹泽慧，李克东，林芷华，等.面向文化传承的学科融合教育（C-STEAM）：6C 模式与实践案例J.现代远程教育研究，2020，32（02）：29-38+47.?6伍文庄.C-STEAM 教育理念下区域文化特色的课程设计以“编程猫 Kitten 编程”为例J.教育信息技术，2021（12）：51-55.7袁利平，张欣鑫.论 STEAM 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