培養小學生科學精神與實踐創新核心素養的有效途徑

陳龍

2016年，教育部核心素養研究課題組發表的《中國學生發展核心素養》提出：“中國學生發展核心素養，以‘全面發展的人為核心，分為文化基礎、自主發展、社會參與三個方面，綜合表現為人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創新六大素養。”

科學精神與實踐創新作為其中兩大核心素養，凸顯了當今世界，對于科學與創新的高度重視。但目前經濟欠發達地區科技教育硬件與師資條件均非常薄弱，如何在有限的社會資源和學科資源環境下，拓展培養學生科學精神與創新能力，成為經濟欠發達地區小學科技教育亟待解決的問題。本文根據筆者的教育實踐，探索了數種行之有效的途徑。

一、小學生科學精神與實踐創新核心素養培養現狀

我校地處廣東經濟欠發達地區，學校教學軟硬件與發達地區差距較大，作為經濟欠發達地區，我市的學生課外科學活動場所（如科技館等）欠缺，與珠三角經濟發達地區相比，學生不懂機器人課程、沒接觸過3D打印，不知如何進行科學創新，連科幻畫競賽，也難以獲得好的成績。學生科學精神和實踐創新能力弱，這樣的現狀，對于學生成長是非常危險的。

科學科課堂教學和學?？萍冀逃顒邮桥囵B學生科學精神與實踐創新能力的主體，如何在有限的社會資源和學科資源環境下，探索培養學生科學精神的有效途徑，成為經濟欠發達地區小學科技教育亟待解決的問題。

二、小學生科學精神與實踐創新核心素養培養實踐

兩年多來，針對如何培養學生科學精神和實踐創新兩個核心素養，筆者進行了一系列教育實踐，學?？萍冀逃畈_展，學生踴躍參加科技活動，取得了良好的效果。筆者所輔導的學生在各級各類科技競賽活動中榮獲國家級獎勵28人次，省級獎勵55人次，獲得國家知識產權局授予專利1人次;筆者先后獲得“廣東省優秀科技輔導員”“全國青少年模擬飛行大賽優秀輔導老師”等省級以上科技類榮譽稱號5個，學校先后被評為“廣東省青少年科技創新大賽優秀組織單位”“廣東省青少年航空航天教育特色學校”。

兩年多來的實踐，筆者發現，通過以下途徑進行科技教育活動，可以有效地培養學生科學精神，提高學生實踐創新的能力。

（一）科學實驗教學是學生科學精神培養的基礎途徑

科學課設置的目的是培養學生養成學科學、用科學、愛科學的素養， 初步養成科學態度進行科研的習慣。實驗可以培養小學生求實的科學態度， 培養學生動手操作能力， 客觀分析問題的能力， 仔細觀察實驗現象能力， 收集整理優化信息能力，建立圖表能力?？茖W課堂教學是學生科學精神培養的課內途徑，其中，科學實驗教學更是學生科學精神培養不可替代的基礎途徑?？茖W實驗教學對于學生良好科學研究習慣的養成、理性思維方式的形成具有不可替代的作用。

“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。日常教學中，學科老師應盡可能讓學生分組實驗，創造實踐機會，小學科學分組實驗大多屬于驗證性實驗。課堂教學中重視實驗教學，學生通過親自動手實踐得出結論而不是用實驗視頻素材或PPT演示直接展示實驗過程和結果，可以使學生更好地了解科學探究方法，理解和掌握科學的基本原理，養成尊重事實和證據的基本態度，感受實驗的樂趣與魔力，從而培養學生大膽嘗試、積極尋求解決問題方法的精神。

例如：在教學五年級科學第二學期的《馬鈴薯在液體中的沉浮》一課時，我事先準備了實驗用的馬鈴薯、燒杯、酒精燈、玻璃棒等實驗材料，讓學生進行分組探究，在一次次不斷往液體中加入鹽的實驗過程中，學生深刻感受到了“只有達到一定濃度的液體，才能讓馬鈴薯浮起來”這一科學概念。這樣的感受，以及實驗過程中學生掌握的酒精燈、玻璃棒等實驗器材的基本操作方法，是單純的講授或視頻展示等教學手段所無法達到的。

（二）科學社團活動是學生科學精神拓展的有效途徑

科學精神是在科學家長期的科學探索活動中逐步磨煉形成的，是科學共同體在長期的發展歷程中，慢慢積淀而成的。它寓于科學探索活動之中，是從科學活動中提煉出來的，但并不是只有科學本身才產生科學精神。科學精神是多種因素融合在科學這樣的特殊活動中得到充分展現的。

除了常規課堂教學，我們發現，開展科學社團活動是學生科學精神拓展的有效途徑。2015年9月，我校在全校范圍內開展學生社團活動，為此我們專門開發了網上校本課程選課報名系統，在全校各年級中開設了“科學幻想畫”“科技制作”“模擬飛行”“科學實踐”“創意科技”“實驗百科”等多個涉及科技知識的班級社團課，讓孩子們根據自己的愛好或者特長自行選報，于每周三下午兩節連堂開展活動。在推進三階式科技教育的過程中，從顯微鏡下的生物到校園里的生物調查;從紙飛機如何飛得更遠到紙火箭的結構研究;從科學幻想畫到科學小論文的撰寫，學生從活動中學到了如何應用科學知識進行研究和創新的本領，為以后在各級青少年科技創新實踐能力賽事中摘金奪銀打下了堅實的基礎。

如何以新型課堂模式開展社團活動，經過不斷摸索實踐，我選擇了兩個方向進行突破。

1、延伸課堂探究活動，打通課內外知識壁壘

利用社團活動延伸課堂探究活動，解決課堂教學時間短暫和探究活動長期研究的矛盾。從校園生物大調查，到調查周邊的水環境;從種植養殖觀察活動，到參觀氣象臺，以實踐探究活動周期較長的社團活動，有效解決了課堂教學時間短難以實現教學目標的矛盾，對科學課教學起到良好的輔助作用。

2、科技創新課題研究活動，點燃學生創新實踐航燈

為了豐富探究內容，我先后引入廣東省青少年科技創新實踐挑戰賽項目、上海學生頭腦奧林匹克項目等，開展以學生為主體的小課題實踐研究活動，教師僅作為輔導員引導活動進程，由學生自主進行課題研究，每周或幾周圍繞一個課題進行研究競賽。小課題實踐研究開始之前，我會有意識地穿插進行科技創新講座，給孩子們傳授科技創新研究方法和技巧，點評小創意小發明作品，讓孩子們體會到實踐創新并不是一座高不可攀的山峰。孩子們自由組成小課題組，團結協作，解決每一個小課題中遇到的難題，撲克牌搭塔賽、紙橋承重賽、紙繩拉力賽、紙火箭遠準賽、紙飛機競距賽，每一次研究比賽都成了孩子們努力的新目標。隨著參加社團活動興趣高漲，學生在活動中發現問題并解決問題，創造性地完成各種課題研究任務，取得了豐碩的成果。

2015年11月，科學社團學生馮道焜、陳嘉圳同學參加廣東省青少年科技創新實踐能力挑戰賽，獲得冠軍（一等獎），黃湘元、江子林同學獲得第九名（一等獎）。2016年5月，科學社團學生陳爍霓同學的科技創新項目《一種可調式通用衣架收納架》獲得國家專利，榮獲湘橋區、潮州市青少年科技創新大賽一、二等獎，代表潮州市選送參加2017年廣東省第32屆青少年科技創新大賽，榮獲二等獎、專利申請獎。

（三）機器人創客教育是學生實踐探索能力發展的有效途徑

隨著科學技術的發展，機器人在各個領域的應用越來越廣泛。 機器人技術涉及多門學科，是世界強國重點發展的高新技術，也是一個國家科技發展水平和國民經濟現代化、信息化的重要標志。在 2012 版《全國中小學信息技術課程標準》中，機器人屬于小學信息技術課程的拓展模塊。

在基礎教育領域，機器人課程不僅是信息技術課程的拓展延伸模塊，也是創客課程的基礎模塊。機器人創客教育不僅僅是“機器人”組裝技巧的掌握和熟練運用，而且能引領學生掌握扎實的基礎知識，促進學生高級思維的發展。

長期以來，我市機器人創客教育因為昂貴的硬件設備和近乎空白的師資條件，長期難以開展。2017年，在學校領導的大力支持下，我們采購了樂高教育機器人器材和ARDIUNO開源硬件，邀請深圳大學潮州籍大學生創業項目團隊進行合作，在學生中開展機器人創客教育。

假期短暫的10天培訓活動中，我和孩子們一起聽課，共同學習，培訓后，我們利用每天放學后的短暫課余時間進行訓練。每天下午，孩子們總是準時來到機器人活動室，下課時間到了，孩子們還興趣濃厚，不肯結束活動，我切斷電源孩子們才不得已結束活動。節假日里，為了解決機器人問題，孩子們總是纏著要我開門加班，孩子們對機器人創客知識的渴望和熱情深深讓我感動。在訓練中，我更多地扮演一個旁觀者的角色，用我的成人思維偶爾提醒孩子們換一個角度思考，或者提醒注意某一個細節，而孩子們從零基礎到最后能夠熟練掌握機器人編程調試，完成任務的過程，就是機器人創客教育對于學生科學精神和邏輯思維能力的培養過程。

2017年5月，我校陳嘉圳，陳奕涵，馮道焜，孫煒藝同學代表潮州市首次參加廣東省教育廳舉辦的第15屆廣東省中小學電腦機器人活動FLL機器人挑戰賽，四名學生雖然只有兩個月的學習經歷，在設備嚴重落后的情況下，孩子們智慧應對，憑借簡單低成本搭建的機器人，在參賽的20個地市的21支代表隊中，奪得第11名和第14名的良好成績。隨后在汕頭市舉行的第17屆廣東省青少年機器人競賽FLL工程挑戰賽上，隊員們與全省17個地市的26支代表隊再決雌雄，獲得FLL工程挑戰賽銅牌。陳爍霓、廖澤愷同學獲得現場拼裝賽銅牌，張柏浠、陳科博、鄭烜帆同學參加創意機器人展示比賽獲得銀牌。實現了我校學生機器人創客賽事獲獎零的突破，也為全校孩子們打開了一扇精彩的機器人創客教育窗口。

進行機器人創客教育中，我發現，孩子們在一次一次失敗后，不斷調整程序、反復嘗試驗證機器人搭建方案、研究撰寫機器人研究報告的過程，更多地體現出活動鍛煉了孩子們的批判思維，提高了孩子們勇于探究的實踐創新能力，而這恰恰是常規科學課堂教學較為欠缺的。

（四）航空航天教育使學生踏上空天探究的更高途徑

2017年9月，為了開展青少年航空航天科普教育，填補我校航空科普空白，我校引入了青少年航模運動和模擬飛行運動，我負責青少年模擬飛行俱樂部教學，在學生中開展青少年模擬飛行訓練。

模擬飛行是利用專用的軟硬件設備，在計算機上模擬真實飛行及其各種要素的航空科技活動。在仿真飛行中，對空氣動力學、氣象學、地理環境、飛行控制系統、飛行電子系統、作戰飛行武器系統、地面飛行制導等進行仿真，并通過外部設備進行飛行仿真控制和飛行感覺反饋。通過學習，學生能夠豐富航空航天知識，促進校內文化課程的學習，提高思維敏捷性，培養手腦的協調能力和毅力，提高快速反應能力，同時提高科學素質，使學生從小就了解航空文化，培養航空情感，樹立航空志向。

作為航空知識門外漢的老師，活動中，我從最基本的航空知識和飛行原理學起，從基本的空氣動力學和飛行控制原理，到特技飛行動作要領和基本空戰戰術理論，孩子們如饑似渴，我與孩子們共同學習，共同提高，師生在學習訓練中互相促進，互相提高，取得了良好的效果。

2017年6月，我校選手代表潮州市參加第四屆廣東省青少年模擬飛行大賽，獲得團體競速賽季軍、金牌;個人競速賽銀牌兩枚、銅牌兩枚;個人航母起降賽銀牌兩枚、銅牌兩枚。2017年10月，我校派出四名同學代表廣東省參加全國青少年模擬飛行大賽，榮獲個人競速二等獎4項和個人航母起降賽二等獎4項。2018年4月，我校派出四名同學參加2018全國青少年模擬飛行精英賽，郭金榮同學榮獲個人空中技巧賽冠軍，陳洽宇、林潤鐸同學榮獲個人空中技巧賽第四、第五名。全隊榮獲團體編隊飛行賽季軍，雙機格斗對抗賽季軍。2018年6月，我校派出六名同學參加第五屆廣東省青少年模擬飛行大賽，奪得團體冠軍、個人航母起降賽亞軍、季軍等9金4銀3銅16枚獎牌。2018年10月，我校五名同學代表廣東省參加全國青少年模擬飛行大賽，再次奪得8銀3銅11枚獎牌的好成績。

三、結論與展望

回顧幾年來開展小學生科學精神和創新實踐核心素養培養歷程，我認為，科學課課堂教學和實驗教學是不可替代的基礎途徑;科學社團活動拓展延伸了課堂探究的深度和廣度，使學生學會了課題研究方法并形成批判質疑、勇于探究的良好特質;機器人創客教育是在前者基礎上，更注重學生實踐創新能力的培養;青少年模擬飛行運動和航空航天科普教育活動，培養了學生對航空航天領域的興趣，為創新夢想插上翅膀。

兩年多來這一系列科技教育探索證明，以上途徑是成功且富有成效的。但如何在更大范圍培養學生的科學精神和實踐創新核心素養，仍需進行不斷探索研究。目前，在學校領導的大力支持下，我承擔了學?？苿撁麕煿ぷ鞣坏闹鞒秩斯ぷ鳎瑩螌W校現代教育團隊帶頭人，如何將前期研究中發現的有效途徑加以拓寬，應用到全體學生的科學精神和實踐創新核心素養培養中來，正是以后迫切重要的任務。

【作者單位：潮州市湘橋區實驗學校廣東】