未來教學模式之“基于TRIZ的STEAM教學”

吳丙朕

面對日新月異的社會與經濟變革，全球許多國際組織、國家和地區都在思考如何培養未來的公民，使其更好地適應21世紀的工作與生活。對未來教育的思考，美國21世紀技能合作組織（以下簡稱“美國P21”）提出了21世紀技能（21st Century Skills）。如圖1所示，這道“彩虹”闡明了當今時代最需要學生達到的學習成果，包括課程學科主題學習和21世紀的技能學習，即基礎是核心學科學習，關鍵是亟須掌握的21世紀技能。

● 未來教育教學模式的研究

如何把21世紀核心素養從理論轉化為教育實踐，美國P21提出了三個步驟：一是面向21世紀核心素養的課程。強調設置跨學科主題，結合基于真實生活情境的跨學科主題展開課程內容，如STEAM教學等。二是面向21世紀核心素養的教與學。基于核心素養的教育要求，教與學的方式發生變革。以學生為中心、圍繞真實情境中的問題展開探索，能夠激發學生的原有經驗，促進學生主動學習，有助于滿足不同學生的需求，促進相關素養的培養，如通過設計并開展基于問題或基于項目的學習，實現以學生為中心、主動學習和解決現實情境中的問題。三是面向21世紀核心素養的評價。開發體現核心素養的多樣化、多形態的測評工具，建立以核心素養為導向的評價與反饋系統，是各國或地區推進21世紀核心素養教育的重要抓手，如新西蘭將對核心素養的監測融入了其每年一次的學生學業成就國家監測研究中。

● STEAM教學——實現未來教學的重要途徑

STEAM是五個單詞的縮寫：Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程）、Arts（藝術）和Mathematics（數學）。STEAM是美國政府提出的教育倡議，即加強美國K12關于科學、技術、工程、藝術以及數學的教育。

為什么說STEAM教學可以作為培養學生21世紀技能的重要途徑呢？我們可以從STEAM教育的核心特征上找到原因。STEAM教育中多學科的教學緊密相連，它以整合的教學方式培養學生掌握知識和技能，并進行靈活遷移應用解決真實世界的問題（如下頁圖2）。它的幾個重要特征如下。

1.跨學科

將知識按學科進行劃分，對科學研究、深入探究自然現象的奧秘有所助益，但并不反映生活世界的真實性和趣味性。因此，分科教學（如物理、化學等）在科學、技術和工程高度發達的今天已凸顯出很大弊端。針對這一問題，理工科教育出現了取消分科、整合教育的趨勢。STEAM教育應運而生，跨學科性是它最重要的核心特征。

2.趣味性

STEAM教育在實施過程中要把多學科知識融入有趣、具有挑戰性、與學生生活相關的問題中，問題和活動的設計要能激發學習者內在的學習動機，問題的解決要能讓學生有成就感。

3.體驗性

STEAM教育不僅主張通過自學或教師講授習得抽象知識，更強調“以學生為中心”，讓學生動手、動腦，參與學習過程。STEAM提供了學生動手做的學習體驗，學生應用所學的數學和科學知識應對現實世界問題，創造、設計、建構、發現、合作并解決問題。

4.情境性

STEAM教育具有情境性特征，它不是教授學生孤立、抽象的學科知識，而是強調把知識還原于豐富的生活，結合生活中有趣、挑戰的問題，通過學生的問題解決完成教學。

5.協作性

STEAM教育的協作性是要求學習環境的設計要包括“協作”和“會話”兩個要素：一是學生以小組為單位，共同搜集和分析學習資料，提出和驗證假設，評價學習成果；二是學習者通過會話商討如何完成規定的學習任務。小組學習最后的評價環節以小組成員的共同表現為參考，而不是根據個人的表現進行獨立評價。

6.藝術性

在對學生設計作品的評價中，加入審美維度的評價，以提高學生作品的藝術性和美感。概括來說，STEAM教育的藝術性是以數學元素為基礎，從工程和藝術角度解釋科學和技術的。

但在開始具體實施教育中，我們發現了一個重要問題：由于學校缺少專業的教師及培養機制，所以現在的STEAM課程在各教學實施點實施時，普遍存在“內容雷同、教學知識零散、碎片化、缺乏科學完善的課程資源體系結構”的現象。雖然學生們的動手能力、協作能力等在一定程度上得到了很大提高，但其在自主思考問題的能力、創造力及創新能力上并沒有得到重點培養。因此，教師若有能力設計課程，不妨嘗試將TRIZ引入到STEAM課程中。

● 未來教學——基于TRIZ的STEAM教學

TRIZ理論是“發明問題解決理論”的簡稱，它可以“輕易解決看似不可能解決的問題”，它是蘇聯海軍部專利科學家根里奇·阿奇舒勒的團隊，通過對250萬份發明專利的分析研究，總結歸納的一套發明創新理論，其目的是找出“人類解決現實中存在的問題、進行發明創造、破解技術矛盾過程中可以遵循的科學原理和法則”。該理論體系架構如圖3所示，它總結了企業產品發展進化的客觀規律，提出了一系列分析、解決問題的具體流程和方法，能指導人們創造性地解決在實際科研生產中遇到的技術難題。TRIZ理論被稱為現代企業創新的“點金術”，2000年后被三星、寶潔、施樂、福特等公司廣泛應用到公司的內部培訓中。

● TRIZ作為理論基礎的STEAM課程的意義

對于科學工作者或者技術學習者來說，不論是由行一項科學研究或是解決一個技術難題，他們的大部分精力和時間看似都耗費在處理表象層面的功能性、可行性等難題上，實際上他們最大的收獲在于，在實踐的過程中，如果能找到一種解決方法或一種經驗性規律，并將其最終應用于其他新的實際命題當中，以后類似的問題就很容易解決了。

TRIZ理論完全滿足了我們對這些經驗型成果的需要，為我們提供了一整套先進、實用的創新方法。這在STEAM課程開發階段，對課程的設計規劃有著重要的指導意義，能保證活動中的學生通過系統培養獲得大量的創新訓練指導，也能使創新能力、實踐能力得到不同程度的提高。

● TRIZ作為理論基礎的STEAM課程簡要參考范例（如左表）

總之，在課程實施過程中，加入“基于生活實例進行分析，我們如何應用TRIZ解決問題”的課程，將TRIZ理論與STEAM課程有機整合在一起，必將使課程效果得到質的提升，從而有效實現未來教學，成為一條培養具備21世紀技能的人才的重要路徑。

參考文獻：

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