淺談STEM理念下科技實踐活動中學生創新思維的培養

洪芳麗

關鍵詞：STEM 科技實踐 創新思維

伴隨科技的不斷發展，時代對人才的需求及要求也發生了新的變化。未來，發展學生創新思維及培養學生創新能力是學校科技教育的重中之重。為了適應未來創新型人才的需求，教師必須學習新的創新教學方法。基于美國為推動社會發展為目的而開始實行的STEM教育，讓筆者想到，是不是可以把STEM理念融合在科技教育活動中，轉變學生的實踐方式，培養學生實踐能力，促進學生創新思維的發展，讓學生具備時代發展所需的能力。

本文以“路邊攤，你被誘惑了嗎”科技實踐活動為例，詳細闡述了基于STEM理念支持下的科技實踐活動中學生創新思維的培養。

一、融入STEM理念支持下的科技實踐活動的關鍵和特點

1. 以學生活動為中心

基于STEM理念支持下的科技實踐活動首先必須以學生為主體地位，需要摒棄以往科技實踐活動中的教師主導地位（見圖1）。二者的區別可以從過去單純教師主導下的“教”而一步步實施的科技實踐活動，轉化為學生主體作用下的主動“學”而不斷產生新發現的科技實踐活動。

2. 以真實情境為導向

情境學習教學理念認為，學習不僅僅是一個個體性的意義建構的心理過程，而更是一個社會性的、實踐性的參與過程，基于STEM理念支持下的科技實踐活動要以真實情境為導向，主張創設真實的學習情境，鼓勵學生在真實情境中開展真實的研究，解決真實的難題，實現在情境中感知并在實踐中領悟的學習。

3. 以跨界學習為特點

科技實踐活動往往涉及多個學科，產生多種問題，形成多種解決方案，這和STEM教育中強調的要讓學生在開放的、跨學科的，融合其他學科的學習內容與思維方法環境中不斷探索相一致。基于STEM理念支持下的科技實踐活動要打破傳統科技實踐活動中時間與空間的界線，以跨界學習為特點，促進學生創新思維與能力的發展。

二、重構STEM理念支持下的科技實踐活動的四要素

筆者結合4年級《科學》教材“食物”單元的“健康飲食”的教育目標，以健康飲食為主要驅動性問題，開展“路邊攤，你被誘惑了嗎”科技實踐活動項目，融合單元教學，將核心理念用真實情境串聯起來，使“學習”與“解決問題”產生最直接的聯系，強調學生運用STEM理念，讓科學、技術、工程、數學學科實現融合和創新，在科技實踐活動中培養學生對STEM活動的興趣，促使學生用行動實踐健康飲食的目標，發展學生的實踐能力與創新思維（見表1）。

從STEM活動大主題、小主題、內容、目標出發，架構好科技實踐的STEM活動體系，學生在真實情境下，在實踐研究、數據分析、建立模型、修正模型等活動中開展健康飲食的真實行動。基于STEM理念支持的科技實踐活動能使學生形成主動探究的意識，發展實踐的能力，擴大創新思維，以及教師對STEM理念指導下的科技實踐活動能力的提升。

三、實踐STEM理念下科學實踐活動中學生創新思維的培養

學校科技教育的各種內容或形式，本質上都是為了更好培養能適應未來社會的人，這些活動從根本上說都是為學生創新思維的培養服務的。科技實踐活動，不僅要讓學生獲得知識與技能，更應該促進學生創新思維的發展。

1. 情境驅動，啟迪發散思維

真實情境：2015年4月的一天，6歲的女童銘銘（化名）吃了家長從無照攤販處購買的炸雞塊后，不幸中毒身亡。經檢驗，雞塊中亞硝酸鹽超出國家標準150 倍。學校周邊流動小吃攤帶來的食品安全、交通安全及環境污染問題已經成為一個久治不愈的頑癥。為什么這些“路邊攤”如此吸引我們的學生呢？

通過對STEM理念支持下的科技實踐活動的思考，除了研究一個大的STEM項目任務“路邊攤，你被誘惑了嗎”，還在小主題活動環節關注真實的、有意義的問題，由此培養學生對周圍真實世界的關注，同時基于這一問題創設真實的任務情境。在任務情境出示之后，學生就要制訂合理的解決方案。STEM項目的解決方案并不唯一，也沒有標準答案。此時，學生可以自我思考，也可以進行頭腦風暴，還可以采用查閱資料或詢問教師等形式，發現更多問題、更多解決方法，從而促進學生發散思維的發展（見圖2）。

2. 隱介藏形，活躍想象思維

基于STEM理念的科技實踐活動，教師要發揮“讓學”的教學藝術，從傳統的科技實踐教學方法中解放出來，充分給與學生研討、設計、工程實踐、再設計、交流與展示等活動空間。利用故事性、微電影型、小小體驗式等情境模式，激發學生學習的想象力，讓學生發揮主體意識和能力，促進創新思維的發展。

比如在路邊攤這一科技實踐活動中，教師應在正式實踐之前講解相關的實踐內容與方法，驅動學生學習后，學生由于知識儲備等能力培養不足，還可能會生成新的實踐能力缺失的問題。在傳統科技實踐活動中，教師可能直接進行指導，但是在STEM理念支持下的科技實踐活動中，要讓教師在充分讓學的基礎上，更能發揮學生工程實踐的主觀能動性，在這個過程中教師可以多準備一些健康飲食、食品添加劑、路邊小吃店等的故事、微電影等，活躍學生的想象思維，促進學生思考路邊攤的風險。

3. 試錯糾錯，發展直覺思維

STEM教學一般遵循“引入—探究—解釋—拓展—評估”5E 教學模式，該模式體現了以學生為學習中心的教學方式。在此過程中，學生不斷發現問題，解決問題，再發現問題，再解決問題，在這一過程中，學生經歷了充分的實踐過程，同時也伴隨了大量的錯誤資源的產生。比如學生針對他們的一周健康飲食的設計開展模型等制作和測試，在測試中，結合收集的資料和對營養師的訪談，發現自己設計的不足或錯誤之處，思考不足或錯誤的生長點，促進設計的再改進，直到最優化的工程設計出現。同時分析再設計與改進是否同樣適用在其他營養餐分析中，研究其實施的可行性，促進學生對STEM理念支持下的科技實踐活動的進一步認識，同時還可以了解學生在實踐過程中的直覺思維的認識和發展，找到直覺思維培養的生長點，培養學生的直覺思維，幫助學生在科技實踐活動中迅速作出最優化選擇和創造性預見。

4. 跨界開放，放飛靈感思維

靈感思維是指人們在科學研究、科學創造、產品開發或問題解決過程中突然涌現、瞬息即逝，使問題得到解決的思維過程。在科技實踐活動中靈感思維的產生，需要依賴學生長期生活經驗、知識和能力的積累，需要在綜合具備各種能力之后才能得到更進一步發展，即知識儲備越豐富，其認識的新穎性，或者說思維中的新視角、新思路和新成果自然會更多。

（1）國家教材與科技實踐的關聯性 通過對教材的梳理，發現健康飲食的內容出現在語文、數學、美術、體育等學科課程中。打破科學和其他學科之間的壁壘，將多者有效關聯，實現并開展STEM理念下的科技實踐活動，同時將科技實踐活動穿插在基礎課程中，容易被學生接受，而且可以開闊學生思維，激發學生的興趣和動手實踐能力，開展的效果也會更好。

（2）跨學科教學方式的融合性 在開展基于STEM理念的科技實踐活動時，任教的相應年級有3名科學專職教師和5 名數學學科教師，以本校在相應年級科學教師的人員安排，以專職教師和兼職教師共同開展科學教學活動為導向。不同學科的教師一起研究科技實踐的內容，學習彼此學科的教學和學習方式，比如語文中的寫話、數學中的統計數據等，將教學方式相融合，與STEM 理念中強調跨學科學習，培養綜合型人才的目標相一致。

（3）合作交流的聯動性 合作交流是基于STEM的學科整合性之上的，在“路邊攤，你被誘惑了嗎”科技實踐活動中，學生合作時間長，合作范圍廣，學生要具有團隊協作意識和團隊合作精神。為了優化合作與交流，我們通過合作交流的優化組合，強化指導合作交流技巧，完善合作交流評價體系，分析項目目標要求下的組員特點，優化各個小組的組成等途徑，促進合作交流的最優化。

只有通過跨界開放的形式，學會用跨學科學習方式和方法觀察分析事物，啟發聯想，實踐激發，運用已有知識判斷推理，才能引發靈感的產生，放飛靈感思維的發展。

四、開展STEM理念下科學實踐活動中學生創新思維的評價

蘇聯教育家蘇霍姆林斯基指出：“只有在學習獲得成功而產生鼓舞的地方，才會出現學習興趣。”學生開展STEM理念下科學實踐活動而產生的興趣、實踐能力、創新思維的發展是伴隨著鼓舞、有了好的體驗之后逐漸產生的。我們在以下幾個方面開展有趣的評價活動，讓學生感受科技實踐活動成功的愉悅，進一步促進創新思維的發展。

1.STEM理念下科學實踐活動中學生創新思維的評價活動

（1）過程性評價 開展微電影式的STEM達人評比活動 在“路邊攤，你被誘惑了嗎”系列科技實踐活動中，教師幫助收集大量STEM成品、設計圖、數據、活動照片等，把這些材料制作成微電影，開展活動達人評比活動，考查學生是否主動參與整個學習過程，能否用數學、科學等知識進行產品設計與分析，包括食品添加劑、食物營養搭配、食物保存、成本分析等方面的認識。

（2）終結性評價 探索STEM理念下的科技項目評價活動 根據學生在科技實踐活動中的實踐與探索，對食物成品、菜譜模型等工程與技術方面的內容進行展示評定。

2.STEM理念下科學實踐活動中學生創新思維的評價標準

（1）思維的獨特性 在“路邊攤，你被誘惑了嗎”科技實踐活動中，學生有許許多多自己的發現，教師和學生通過一個個評價活動，認識學生在思考過程中有沒有獨特的發現，分析學生的想法是否吸引評委。

（2）思維的靈動性 重點分析學生在科技實踐活動中思維是否具有靈動性，特別考查發展思維、逆向思維、類比思維等創新思維能力。

（3） 思維的內涵性 不管是STEM學習還是科技實踐，都要注意學習的內涵，在符合主題的基礎上，要做到言之有物，言必有理。

總而言之，STEM理念支持下的科技實踐活動容易激發學生的學習興趣，不追求唯一的答案，能促進學生的主動實踐，更能深入發展學生的創新思維。

點評

作者嘗試將STEM理念融入科技教育活動，以“路邊攤，你被誘惑了嗎”這一科技實踐活動作為載體，闡述了基于STEM理念展開活動設計的要素，介紹了科技實踐活動中培養學生創新思維的具體實踐，并結合學生創新思維的評價維度，對科學實踐活動展開了評價。本文案例分析完整詳細，對科技實踐活動設計和學生的創新思維培養具有一定的借鑒意義和參考價值。

如果作者能夠進一步深化對STEM理念及其與創新思維之間關系的闡述，在介紹案例的基礎上，更多著眼學生視角剖析STEM理念如何融入創新思維的培養，呈現活動過程中學生創新思維的具體表現并體現過程性評價要點，本文對科技實踐工作者的借鑒價值則會更為突出。

——高瀟怡（中國青少年科技輔導員協會常務理事，北京師范大學教育學部課程與教學研究院副院長，教授，博士生導師。第27 屆全國青少年科技輔導員論文征集活動評審委員會主任委員）