第三章：建构 | 技术与路径

学科实验室3.0是一个完整的学科教学应用解决方案，基于师生建构空间环境、基于教学建构实验技术、基于课程建构教育平台，从局部到整体、从设备到仪器、从物到人，全面迭代升级。

——有为教育装备工作室

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有为教育装备工作室 · 出品

作者 | 齐德利

博士，中国科学院地理科学与资源研究所地貌室研究员

导  读

地理学里诞生的科学理念、技术方法、工程措施、艺术创造和数学测量等，这些近现代细分的STEAM课程，在中国古代都部分或者全部地包含于博大精深的二十四节气知识体系里。

   以下内容来自中科院地理研究所齐德利博士

  在2018学科实验室3.0大会上的演讲实录，有删减

一、节气是大数据科学

今天我演讲的主题是“节气大数据和地理STEAM课程的实验室链接之路”，主要的目的就是探讨学科实验3.0的建设。其实在200多年前，整个欧洲都在铺天盖地进行一场自然教育的革命，很多伟大的科学家，如荷顿、达尔文、阿加西、法布尔、梭罗、牛顿等等很多的科学家，包括英国皇家学会，都在开展一些自然教育。其实我们中国的老祖宗已经有这方面的持续研究。

二十四节气不仅仅是中国的产物，它应该属于全世界。节气是大数据科学，中国的二十四节气有一套完整的知识体系和方法论。习近平总书记无论走到哪里，都会跟我们说一个观点——构建人类命运共同体。其实我们在梳理这些教育部下发的的文件时，字里行间都渗透着一些国家的管理者对教育的思考和对未来的研判。

那么，在中国相对贫困偏远的地区，二十四节气自然教育怎么推进？今天在座的有很多可能都是省会城市的，但是对于中西部以及一些不发达地区的学校，他们的校本课程怎么做？他们的创客空间怎么建设？他们的综合性通识课程怎么去做？我们有没有想到路线图？

二十四节气是地地道道的大数据科学，是经历了上千年的原始数据采集、积累和分析之后的规律总结，是人类历史上最具代表性的大数据科学。大数据不仅已变成了社会和个人资源，它已经成为国家的重要战略资源。而对于乡村学校、对于执教语文数学多门课程的老师而言，二十四节气其实是最好的素材，它几乎包含了所有学科需要的大数据。

齐德利博士在大会演讲

二、地理学是身边的科学

我在中科院地理科学与资源研究所工作，我认为地理学就是身边的科学。我们所主要研究的就是地球表层系统科学，也称为人地关系地域系统，其实就是我们周围的一切，包括城市乡村、工业农业、动物植物、山川岭谷与我们人类构成的复杂巨系统。我们提供了很多这方面的数据用于研究这一身边的科学，比如智慧城市研究，网上有很多相关课件内容。另外，还有两百多个野外台站，我们将台站收集的大数据提供给学校，老师就可以利用这些数据开发课程。另外，全国各地还有很多的博物馆、科技馆和体验馆，很多都有相应的二维码，扫描后可以直接下载内容。

野外台站的一个分布的情况

目前出现一个现象，很多一线城市里的学生，在条件比较好的学校里，孩子们盲目地在一些很漂亮的实验室里，脱离现实，得了自然缺失症，其实他们没有真正抓住这门学科的真谛，我们称之为“盲目的幸福”。但是对一些中西部偏远地区的孩子们而言，他们的实验田就是田野，也许就是在操场里跑一跑，但很快乐。我们称为“贫瘠的快乐”。但是这些学生缺乏老师的科学引导。古人立一根杆子，一个圭表，就可以解决很多数学计算和物理运算问题，甚至揭示一些天体运行的规律。目前创建学科实验室3.0，主要是针对校园学校教学的，其实我这里讲的是更大的未来实验室，是整个大自然，是我们身边的地理环境。因此，我提出了“时时有教材、处处是教室、人人是老师”这个概念，对应的就是时时可学、处处能学、人人皆学的终生学习思想。

三、地理STEAM课程的性质

我就针对今天的主题来说——二十四节气课程就是中国版的STEAM课程。那么地理课的STEAM是什么？什么是地理？什么是地理课？什么是地理课堂？什么是地理实验室？为什么说节气是大自然的语言？为什么说二十四节气是大数据科学？节气大数据与地理STEAM课程的实验室如何链接？

其实地理学最初就是回答大地的里数是什么。古书里有“仰观天文，俯察地理”的记载，最早的时候，能测量出地球的周长，即大地的里数。谁第一个量出来的？就是地理学之父——埃拉托色尼。能回答什么是年、月、日，能解释地球诞生形成演化发展的过程和道理，能分析区域差异并解决这种差异造成的不平衡和不充分的各种产业布局、发展格局并通过模型预测各种结局，以此提供各种打开这种局面的方法和措施，最终寻求一个合理而可持续的措施并付诸实施，这就是地理学的基本逻辑。

于是地理学里便诞生了科学理念、技术方法、工程措施、艺术创造和数学测量等，而这些近现代细分的STEAM课程，在中国古代都部分或者全部地包含于博大精深的二十四节气知识体系里。无论是作为小学生，中学生或者大学生，其实最根本的还是第一次认识世界提出的那些问题，这就是地理学科的根本性科学问题，即地理要研究空间变化，解释如何不同和为何不同的机理机制，同时还能帮助解决社区、国家和世界所面临问题，营造和谐的人地关系，保护生态环境，建设人与自然的生命共同体。

现行小学生科学课程内容主要包括物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程科学四大领域。课程主要目的是锻炼孩子有提出问题、作出假设、制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流和反思评价的全过程学习能力，培养探究兴趣、实事求是、追求创新和合作分享的科学态度。能把科技与生活联系也能与社会的发展联系起来，共同营造人类与自然的和谐相处。地理学非常符合通识教育目标，让孩子成为见多识广的合格地球公民。对小学生做科学启蒙的时候，地理学无疑是最好的。

很多时候，我们都会问过去是什么样子？未来是什么样子？现在又怎样？那么地理学就是讲今论古、讲古论今的学科，并且始终传递可持续发展的理念。这也是地理学科所要达到的教育的目的——培养合格的地球公民。比如说，你要让孩子知道不同的地域系统上的人类活动特征，彼此的差异和联系，如语言交流，社会活动等等，这些都可以归类到课程，可以通过实验去验证一些地理尺度和地理标准，这些为我们提供了实验器材的研发机会。地理学所涉及的空间、位置、方向、距离、大小、尺度等等都是工程测量、数学计算和地理分析的主要领域。生活即教育，地理的自然属性和文化属性的分析，目的就是引导学生认识空间格局，了解人类怎样生活。

《这就是二十四节气》科学绘本

四、二十四节气是中国版的地理STEAM课程

为什么说二十四节气是中国版的STEAM课程？其实看看地理课程内容所设计的节气知识和实践就明白：讲述和演示地球的运动，结果就是导致昼夜更替和四季变化；分析太阳的运动，直接的结果就是节气的规律表现；观察月球运动以及月相变化，不仅明白阴历的内涵，同时也与二十四节气中最浓郁的习俗节日紧密联系；而气象气候的总结和预报本身也是节气观察和实践的基础；再说水分循环，二十四个节气中有雨水、谷雨、白露、寒露、霜降、小雪、大雪多个节气直接与水的固液气态变化和运输循环有关；自然灾害、防灾减灾也是节气定点观察和长期预报的关键，很多节气谚语就是人类面对各类自然灾害后对大数据的科学思考与分析。

虽然岩石与矿物的相对稳定，地球内部结构不直接参与到节气物候的短周期观察范畴，但是人地关系、能源危机等领域，还是有大量的节气大数据可以提供分析和指导。

总之，目前地理STEAM课程所涉及的知识点和实践内容，二十节气的份额占到90%以上。所以，我个人提出一个呼吁，即把二十四节气作为中国版的STEAM课程打造，形成中国课程输出到世界。

1.二十四节气是大自然的语言

二十四节气是STEAM课程的提出，基于这样三句话：一是大自然是人类最好的老师。二是二十四节气就是大自然的语言。该用什么样的方式去感知这个世界？古人其实在2000多年前就已经提出了用二十四节气，它是中国人认知世界的时空格局和生活美学，可以对你身边的一切科学进行有条理的、系统性的梳理。三是动植物是活的仪器。到户外走走，是不是泡桐花已经开过了？是不是杜鹃花正在盛花期？我们要坚持经常观察这些动植物的变化，它们给了我们很多自然界变化的提示。

2.节气知识已经进入了教材

现在的语文教材里就有很多大自然给我们的启示，如打扫森林、四季、春分吹、夏夜多美、人类的老师等等，每个年级每册语文教材都有很多这方面的素材，但是我们怎样把它们上升或者变成一种不仅有母语学习，还有科学体验课和户外节气试验田来验证或者预判。

五、实验室链接之路

1.坚持记录

就像刚才说的成长即教育、未来即教育。怎样去阅读自然、怎么去记录自然笔记——其实这方面古人已给我们树立了很多榜样，竺可桢、郭守敬、吕祖谦等很多的科学家，他们坚持记录物候，以此对自然界做出规律性的一些解读。这条中国近5000年来气候变化的曲线，即用了历史考古数据、又用了方志文献数据还有后来的仪器观察数据，但其中最珍贵的，恰恰是竺可桢先生亲自实测的数据和长期坚持的物候日记（将近50年1000多万字的日记）。

  

2.让科技为节气服务

二十四节气就是中国的博物学，它本身蕴含STEAM实践体验这方面的学科知识，我们这套产品刚刚上市的《这就是24节气自然笔记本》所有的封面，都是采取当地的节气日。当天我国高分卫星影像图做一个封面，提示我们孩子，不仅可以自己肉眼观察绘画，人造卫星也可以捕捉到信息。把全世界的信息都捕捉在一块，就是我们的全球节气日记，我们叫大数据。

3.节气STEAM课程的六个过程

这是我们研发团队做的一些课程。通过这个认知的曲线，也是一个地理人认知世界的思路。横轴是时间轴，代表过去-现在-未来，纵轴空间轴，从家乡开始，包括了国家-世界-宇宙。

作为孩子，都会问我们过去是什么样子的？人类到底从非洲起源的还是多地起源？是不是有外星生物？说孩子问的问题，课堂上学生提的问题，都是我们要研究的。这个图就是基于祖国基于现在这么一个空间的时空上的一个支持体系，可以看成地理STEAM的基本模型，包括六个过程的实践：A.地理实验；B.理论地理；C.地理建模；D.地理分析；E.应用地理；F.地理建设；G.地缘政治。

4.实验室链接之路

（1）节气含义的母语链接

最早节气出现在《淮南子》《吕氏春秋》等很多的典籍文献里，现在看来，节气含义是否有变化，物候的记录次序是否有调整。这一节气含义的链接，不仅盘活了语文课程，关键是让古代典籍焕发生机，字里行间都有了温度和意义。其实包括《诗经》、唐诗、宋词、元曲等大量的典籍，都部分记录了各地的物候、时令、节气规律等等。一门节气课程，唤醒了沉寂了上千年的国学宝库，打开了尘封的记忆，和古人对话，这就是节气STEAM课程的魅力所在。这种母语的学习和传承，才是节气课程的核心价值所在。

（2）日月星辰的天文链接

我们给二十四节气STEAM课程起了一个很好听的名字——一门和太阳做同桌的博物学。太阳是人类共同的导师，不仅仅咱们中国人很早开始测量日影定节气，古埃及人、巴比伦人也很早通过观测太阳运动制订历法，对太阳的测量，是人类认识自然界的开始。如果我们的孩子也问这样的问题，我们该怎么去跟他们解释？

昼测日影、夜观星空是古代节气活动的主要内容，恰恰是这些来自大自然这座实验室的活动，是目前我们学科实验室建设忽略的环节，应该加强链接，让孩子能像张衡一样仰望星空、像夸父一样追逐丈量太阳的脚步。

（3）动植物观测的物候链接

节气最接地气和影响我们生活最久远的就是物候。二十四节气其实就是对万物的一种感知，一个很简单的计算，每五天一候，一个节气划分三候，一年就是72候，这就是古人通过动植物这种活的仪器长期的跟踪观察总结出来的普遍规律。如果说当时的72候节气规律针对的是2000多年前的黄河流域，现在我们开设的节气STEAM课程，就是带领孩子一起观察记录，跟现在长江流域的物候是不是可以做一个对比，看看温度有没有相差两三度？别小看这个细微的差别，这里面却蕴含着大量的生物物候现象的南北变化，只要我们掌握了这个差异，再去阅读和评判古代典籍诗词里的有关当时当地物候的描述，才能有一个大致的判断和理解。

《这就是二十四节气自然笔记本》

（4）学校试验田的链接

我们开展节气STEAM课程的一个重要举措，就是倡导每一所学校都要有自己的二十四节气试验田，让学生参与到一些农事的活动里。当然了，这对很多城市的学校来说很难实现，其实现在接受我们课程的很多学校，已经在校园内开辟农田，我们叫二十四节气实验田。

第二个关键就是种子，我们把节气课程比喻为种子计划，在学校的图书馆里开设一面墙都做成种子墙，让孩子们把教室的角落也布置地充满自然味。让孩子亲近自然，就是要创作随时随地可以观察的场景。物候的感知是一个长期积累的过程。节气课程号召校园内外处处是教室，教材四处都有。

（5）节气绘本的链接

节气课程的一种作业形式，就是必须要结合绘画，让孩子把每个节气的观察记录下来，并自己配上插画。曾经有人这样说过，像德国、日本这些国家，他们近百年的科技发展，得益于青少年从小就有科学的绘本阅读，学校有自然创客。目前，世界制造业领域有优势的行业，德国占27个排名第一，而我们国家才19个。原因很简单，这些国家早在200多年前就已经有这样的科学绘本，也就是说300多年前他们掀起了一场自然教育的革命之后，接着150年前他们已经有大量的科学绘本的推广，因此才为自己国家培养了一大批未来的创新创业人才。

（6）苏州科技城实验小学节气STEAM课程链接实践

苏州科技城实验小学校三年前就开始节气社团课程的打造，这两年又提升到面向全校的特色校本课程来研发，这门课就叫《生活中的二十四节气》。学校打通了语数外、盘活音体美，让每个学科的老师都来为节气撰写教案、编排节目、设计实验、策划实践，有讲节气的语文，讲节气里的数学运算，美术老师带领创作节气的绘画，音乐老师推出原创的节气歌曲，舞蹈老师编排与节气有关的舞蹈话剧，让所有老师都参与到一门STEAM课程里来。从一开始的社团课程，到后来变成整个四年级都能上的一门校本课程，通过思、读、学、观、记、探、玩七个步骤来完成一门节气博物课程。

苏州科技城实验小学学生在教师带领下测日影

（7）面向未来教育的节气使者链接

所有节气STEAM课程的链接，都是面向未来树立孩子的思想，对于过去的，我们有能力挑战，对于未来我们有勇气面对，对于当下我们有目标和方法。教育是面向十年、二十、三十年以后的效果，是一种科学精神的传承。

未来的教育里，学科实验室3.0应该是大自然，而不仅仅是局限在校园内的一个小小的角落。中科院地理所在苏州建立了一个地理信息与文化的产业基地，主要从事产学研的成果转化，我们希望把一些切实能解决民生工程和教育的资源分享给大家——创新地理知识、共享地理价值，能够把自己的研究成果转化成课程资源，真正能够送到学校，送到孩子们面前，让他们进行更多创作。

六、地理学科实验室3.0展望

地理是身边的科学，地理实验室一定是开放的、没有围墙的大自然。因为我们人类本身就是这个实验室的一部分，千万不要把学生仅仅当成实验员，而是要去观察每一位学生从他走进自然这个开放实验室的每一步。这个是我们这门课程配套的一些手册和科学指南，让孩子来完成，这一张就是一个地方的节气自然历，做完一年之后，就是一个好玩的跳棋游戏，是一个很好玩的节气游戏。另外，我们的研发的团队开设的公开课程全是免费的，大家可以从网上下载。

我们用《这就是二十四节气》科学绘本，向祖先致敬，用《这就是二十四节气自然笔记本》向我们的家园致敬。观察自然，其实就是不忘初心，让孩子知道来时的路。所谓的绿水青山就是金山银山，首先是观察和记录，用二十四节气讲述你身边的科学，讲述中国的故事。这就是中国版的STEAM课程可以走出去的理由，这是适合全世界孩子的一门中国课程。

                          

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