基于STEM理念對學生創新能力的培養

陸海兵

STEM代表科學（Science），技術（Technology），工程（Engineering），數學（Mathematics）。STEM教育就是科學、技術、工程和數學多學科融合的綜合教育。STEM課程并不是科學、技術、工程和數學教育的簡單疊加，而是要將四門學科內容融合形成有機整體，以更好地培養學生的創新精神與實踐能力。

科學課《我的保溫盒》，為什么確定為“我的保溫盒”？關鍵是“我的”，這是突出學生自主設計、培養學生創新能力的前提。一開始的教學設計是教師自己在課前做一個，讓學生觀察分析各部分的構造和用途，學生再嘗試做一個。這樣的教學設計，是讓學生依樣畫葫蘆，課堂也會變得平淡無奇。從“畫葫蘆”到做“我的”，這樣的過程，雖只是課題稍做變動，但它體現了教師教育觀念的改變。

一、激發學習興趣，為學生創新提供動力

激發學生對本學科的學習興趣，是促使他們感知事物、發展思維的強大動力。只有當學生對課堂學習感興趣時，他們才能積極主動而且心情愉快地去創新學習。

本堂課的導入是這樣設計的：

小朋友們，老師這兒有一杯湯。這是一杯紫菜湯，它是我們生活中常吃的，而且做起來簡單。問題是老師想把它留到中午才吃，到時會發生什么情況？那么，有什么辦法使它即使到了中午吃也是熱騰騰的呢？

這樣的設計已經很好了：將生活中碰到的實際問題提出，激發學生的思考，尋求解決方案。這樣的情境創設具備了學生解決問題的原動力，但缺少了科學知識的融合。

小朋友們，我們在科學課堂上已經學習過一課《熱》，考一考大家：

炒菜時對鍋加熱，鍋里的菜會變熟，利用的是（熱傳導）。

冬天利用取暖器取暖，利用的是（熱輻射）。

知道風是怎么形成的嗎？（空氣的熱對流）燒開水時只是對水壺底部加熱，為什么最后整壺水都開了？（水的熱對流）

所以，我們說熱是可以傳遞的，與其相伴的溫度也是可以傳遞的。那生活中有沒有一些東西是可以隔絕熱的傳遞的呢？

其實，生活中還有很多這樣的例子，譬如外賣小哥送外賣時，為了保持食品的溫度，就需要一個保溫的東西。還有，譬如我要將一箱海鮮運到一個朋友家里，需要兩個小時，那也是需要保溫（保低溫）的。所以，這堂課就讓我們來當一回小小設計師，自己設計出一種能保持內部溫度的容器，而且這種容器既能裝湯類液體，也能裝冰塊類的固體。

兩種導入方式區別在于修改后的導入，激發了學生解決實際問題的原動力以及對科學知識的融合。

二、充分準備學具，為學生提供創新空間

學具的準備應以教學目標為基礎，本堂課的教學目標是：

通過做中學，讓學生主動參與整個活動，側重于在體驗中調動學生的積極性，培養學生解決問題的能力。

活動主要是從保溫盒的問題思考、設計交流、修正設計到制作測試的過程，遵循一般性創新制作的基本流程，以貼近生活實際。

通過制作讓學生了解保溫盒的一般構成和所需材料。

通過制作來調動學生的參與積極性，培養榮譽感。

其中，創新制作是本堂課的教學特點，沒有創新的制作，只提供制作保溫盒的基本材料，那就是一堂干巴巴的勞技課了。如何不限制學生的創新思維又能緊扣課堂教學目標，就是從學生的學具著手，盡量多為學生準備想到的材料，也提供學生可能想不到的材料。本堂課為學生準備的材料有：大小礦泉水瓶各1個，大小鞋盒各1個，圓形打包盒大小各1個，方形打包盒大小各1個，泡沫塊若干，棉絮若干，鋁箔若干，A4紙若干。提供的材料很多，關鍵是啟發學生如何利用好準備的材料，而不是對材料簡單地組裝。

培養學生的合作能力、創新精神，是需要合適的內容與載體的。所以，給學生提供可創新的材料，才能更好地為學生提供創新空間，課堂上才會很自然地引發學生去合作、去創新、去思考，并激發學生在學習的過程中動腦想、動口說、動手做，想方設法展示自己的成果。

三、改變教學方式，為學生創新鋪路搭橋

學生學習方式的改變，說到底是教師教學方式的改變。前面提到“畫葫蘆”其實就是學生跟著教師做，或者說是根據已有的知識經驗去實踐，這樣的教學其最后結果就是在已有的認知基礎上學生去做一做，談不上創新。在課堂上，有些學生是這樣設計保溫盒的：老師既然提供了相對應的大小材料，因此，學生設計出來的保溫盒就很固定，譬如：用大的礦泉水瓶套小的，或者小的鞋盒放入大的鞋盒里。創新難道就止步于此了嗎？創新應啟發學生根據不同材料的特性，發揮豐富的想象;可以對材料進行創新組合，激發學生的創新思維，也許一種新型的保溫盒就在這個課堂上誕生。

四、學科交叉融合，培養學生的綜合素質

學科融合，理解上是把各學科知識摻雜在一起，所以融合看似很簡單。我們不應該這樣理解融合，真正的融合應該不是有意識的強加，而是水到渠成的交匯。譬如這堂《我的保溫盒》，如果重在制作方面，那就是一堂純粹的勞技課，如果重在科學知識的傳授上，那就是一堂純粹的科學課，如果重在數據的測量上，那就是一堂純粹的數學課，所以有效地將學科知識之間交叉融合，是作為一堂具有創新性STEM課的必備條件。譬如：在制作保溫盒的過程中，學生可能需要測量泡沫板的尺寸，那就用尺去測量一下。如果不必用，也無須強加上去讓每個學生測量。要讓學生認識到：數學不是靜態的數學，它不是停留在紙面上的計算和嚴格的數學知識，科學也不僅僅是科學知識的理解和認知，更是帶著工程思維和技術方法去解決問題。

STEM課程的教學，是多學科的融合。要讓學生帶著問題去思考，用工程技術知識科學地解決問題，最重要的是激發學生自主的創新意識。