淺析STEAM教學模式對學生創新素養的影響

徐娟娟

摘要：隨著社會的不斷發展，科學技術已日漸成為國家核心競爭力的關健，如何培養具備創新素養的人才成為各國重點關注的對象，而STEAM教育因其跨學科和重實踐的理念，對復合型人才培養有積極的推動作用而被越來越多的地區所接受。文章從STEAM教學模式含義、框架來認識STEAM教學模式對學生創新素養的影響。

關鍵詞：STEAM教學模式;創新素養

文章編號：1008-0546（2021）03-0048-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.03.011

STEAM教育是科學（Science）、技術（Technolo-9y）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）、藝術（Arts）首字母的縮寫，由STEM教育發展而來，美國弗吉尼亞理工大學教授格雷特·亞克門（GeorgetteYakman）提出在原有基礎上加入Arts成分，將人文藝術與科學結合提高學生在科學和數學方面的成就，這里的Arts不單單是指狹義上的“藝術”，還包括語言、美學、音樂、形體、社會藝術等人文藝術項目[1]。

STEAM教育以跨學科的方式綜合科學、技術、工程、數學和藝術，將這五門學科系統地結合在一起，引導學生適應不斷更新的知識體系和不斷變化的社會需要。STEAM教育支持學生以學科整合的方式認識世界，以綜合創新的形式改變世界，培養他們解決問題的創新能力，符合中學化學新課程標準對學生創新素養的要求[2]。是一種打破了傳統分科教育的新型教學范式，因為能有效地培養出創新人才和提高國家核心競爭力而被越來越多的地區所接納和使用。

一、STEAM教育

LSTEAM教學模式

STEAM教學模式強調以真實情境為驅動，用項目式學習的方法展開小組活動，這是STEAM教育的顯著特點。實驗探究是化學學科最突出的特點，這與項目式活動的特點不謀而合，其主題來源于生活中的實際問題，是基于真實問題解決的教育[3]：基于真實世界設計問題，我們研究的問題只有來自我們親身體驗的生活，這樣的探究才具有意義和可操作性，學生才有探索的欲望和積極性，可以更好地將所學知識與實踐聯系起來;確保探究問題與教學內容密切相關，不能將探究活動流于形式，探究的目的是為了得到生活經驗和專業知識，脫離了學科知識的探究則顯得毫無目的性。這就要求教師在課前的準備環節事先梳理好與本次探究活動所關聯的知識內容，以便學生更好的理解應用，這部分流程可以借鑒亞克門（Yakman）教授團隊提出的“STEAM教育教學過程卡”（如圖1）。

以項目為驅動的學習即PBL（Project Based-OnLearning）把分散的學科問題有機融合，學生通過項目實踐、合作學習來共同解決生活中的復雜問題[5]。項目式學習法很好地補充了原有教育，在其基礎上加入了學生動手實踐的部分，使抽象的知識鮮活化，同時增加了學生的學習興趣。

2.STEAM教育的基本框架

STEAM教育框架（如圖2）是類似金字塔型的結構，表明將科學、技術、工程、數學與藝術聯系起來，讓學生以更系統、更全面的整合方式認識世界。

塔的最頂層是教育教學的最終目標，表示達到的最高境界，培養學生的STEAM素養，能將科學、技術、工程、藝術和數學系統結合，培養跨學科解決真實問題的思維和素養，與終身學習和可持續發展聯系起來，把它們內化為一種自身能力，推動學生創新素養的發展;第二層是STE@M即綜合層，這一層是將五門學科綜合起來，鼓勵學生通過跨學科的方式去發現和解決問題;第三層是STEM+A，將藝術滲入科學、技術、工程和數學中，在理工科中加入藝術元素，用美的眼光去發現和改造世界;第四層是學科層，主要探討了科學、技術、工程、藝術和數學它們之間的聯系;第五層是具體課程層，主要是以上五門學科的相關課程。比如：藝術學科包括人文藝術、美學、音樂、語言、社會藝術等[6]。

STEAM教育跨越了各個學科原有的界限，打破了分科教育，使五門課程有序地結合起來，為學生創新素養的形成提供了可視化的途徑。

二、STEAM教學模式與創新素養

創新素養的本質是創造性，是指依據一定目的，運用收集到的全部信息，產生出某種新穎、獨特及有社會價值的產品的智力品質[7]。在這里，創新素養可以理解為學生應具備的適應社會發展需要的創新意識、創新思維、創新方法和創新人格，這些品質除了先天的因素之外，大部分可以通過后天的訓練習得，而STEAM教學模式因其跨學科、課程整合的屬性給創新素養的培養提供了很好的平臺。

1.STEAM教學模式對創新意識的影響

創新意識是指人們根據個體和社會發展的需要，萌生了前所未有的想法、設想、意識的動機[8]，是整個創新素養的先決條件和內在驅動。

STEAM教學模式鼓勵孩子大膽質疑，提出有意義的問題，并實際探索找尋答案。STEAM教學模式以基于項目和基于問題的形式開展系列探究活動，強調以真實生動的場景作為依托，研究表明，當學生處在和自身環境相似的情境中時，能更好地遷移運用知識，迸發新穎想法，提出創新性問題。在STEAM教學過程中，學生積極主動地參與到探究過程中，提出問題、尋找資源、合作學習、解決問題，小組間的想法相互交流，碰撞出新的“火花”，產生新的思想，在不斷的新項目學習中，該過程循環往復，學生每次都有新的體驗、不同的感受，這樣潛移默化的影響，使學生對創新有著自己的理解和認識，逐漸培養其創新意識。

同時，STEAM教學模式對激發學生的學習興趣有積極作用，在學習過程中遇到的探究性實驗，其內容豐富、原理深刻，在生產生活中應用廣泛，充分利用這些演示實驗的“魔力”，可以激發學生學習興趣，點燃學習熱情。俗話說興趣是學習之母，濃厚的學習興趣可以促進學生積極參與實踐學習，探究科學奧妙，對創新意識培養起到了關鍵性的作用。

例如，以“滴水生火”“吹氣生火”這樣的化學魔術作為導人部分，來引發認知沖突，因為在我們的印象中，“水火不相容”，那為什么又會“滴水生火”呢？緊接著探究原理，學習過氧化鈉的性質實驗，說明過氧化鈉可以與水、二氧化碳生成氧氣并放熱的性質。在觀察實驗時學生充滿了好奇心，還持有質疑的心理，個個躍躍欲試，這正是創造性行為的內在動力。

2.STEAM教學模式對創新思維的影響

思維是大腦對客觀現實的反應，創新思維是在一般思維的基礎上發展起來的多種思維的綜合體，是一種新穎、高效解決問題的思維方式。現實生活中的科技發明創造都離不開創新思維的應用，它是創新素養的重要組成部分。創新思維可以分為聚合思維、發散思維等思維形式[9]。

STEAM教學模式對聚合思維的影響在于通過不斷地探索實踐得出最優的解決方案或共性的普遍規律，孩子們通過探究不同條件下的反應速率與產率，得出最佳途徑。把握物質的內在本質，把看似雜亂無章、毫無關聯的事物有機聯系在一起，對人們發現大自然、解密自然事物有著積極的推動作用。例如，門捷列夫通過發現元素的內在規律和聯系而創造出了元素周期表，推開了化學界的另一扇大門，為人們后續研究提供了便利的工具，這就是聚合思維在其中發揮了重要作用。

發散思維即由一個中心點出發向周圍輻射的思維形式，是創新思維的重要形式。STEAM教學模式可以培養學生的發散思維，在實踐學習過程中，很多開放性的問題沒有唯一答案，教師鼓勵學生大膽說出自己的想法，并激勵大家付諸實踐去探索驗證自己的結論，形成發散思維。例如，在學習有機化學合成時，得到預定產品的合成路線有多種，因為有機物的種類數以萬計，所以教師鼓勵學生積極摸索自己的合成方法，合理即可，讓學生發散思維，去聯想、去發現、去創新。

3.STEAM教學模式對創新方法的影響

創新方法是科學思維、科學方法和科學工具的總稱，既包含實現技術創新的方法，也包含實現管理創新的方法。常見的創新方法有試錯法、六頂思考帽法、大腦風暴法，TRIZ法等方法。

在STEAM教學模式中，大腦風暴法的應用有廣闊的舞臺，STEAM教學模式對此法有良好的推動作用。將少數人召集在一起以會議的形式，對某一個問題進行自由地思考和聯想，提出各自的設想和建議，所有參與者不準對其他人言論正確性或準確性進行任何評價的一種討論方法。能將團隊的智慧有效地結合利用起來，對于團隊的決策具有重要意義，因而備受STEAM教育者的青睞。

例如，在制取并收集較多O2時，應采用哪種方法？小組參與者依次提出自己認為合理的觀點，并闡述緣由，有些認為可以采用高錳酸鉀加熱法、有些說用氯酸鉀與二氧化錳混合加熱法、有用雙氧水與二氧化錳反應的方法，還有同學認為可以用電解水的方法產生大量O2，也有的說可用液化空氣的方法就是工業生產O2的方法。最后大家結合原料的來源、成本高低，反應條件等方面，選出最優方案。

TRIZ法是從俄語翻譯過來的，其英語名稱是The-ory of the Solution of Inventive Problems，即發明問題解決理論。在STEAM教學模式中運用TRIZ理論的思維方法可以有效的打破思維慣性，使人們從傳統的思維中解放出來，從更廣闊的視角看待問題，快速發現問題的本質;“最終理想解”指明解決問題的目標所在，明確解決問題的方向，從而有效避免盲目性;分析模型可以幫助人們正確定義問題的矛盾，細致梳理產生矛盾的過程和原因，保證有效、徹底的解決問題。

例如，在合成氨反應中，實際怎樣操作才能生成更多的產物？由于該反應是一個可逆反應，不能進行到底，因此提高產率是我們的目標所在，是需要解決的問題。降低溫度對反應的正向促進作用有多大？增大反應物濃度對平衡正向移動貢獻作用有多少？或者分離出產物？然后通過一定的工具和技術實踐解決得出結論。

4.STEAM教學模式對創新人格的影響

創新人格是指有利于創新活動順利開展的個性品質，它具有高度的自覺性和獨立性，是一個人的品質與德行問題。創新人格是創新主體進行創新活動的心智基礎，是創新主體進行創新活動的能力基礎。

STEAM教學模式強調以項目形式展開探究，小組是基本構成單位，成員間互相鼓勵、互相協調、互相促進、互相進步，共同面對挑戰。這樣每位學生都可以從同伴身上學到優秀的品質，形成自己獨特的創新人格，并進行創新活動。

通過接觸新觀念、解體常規知識結構、破除思維定勢和整合多樣化經驗體制，個體的多元文化經驗對其創造性具有明顯的提升效應。STEAM教學模式因其能有效提高學生的創新能力和核心素養而被越來越多的國家和地區使用，當前我國也在借鑒這種模式，STEAM教學模式對學生創新人格的影響是多角度、深層次的[10]，表現為創新解決問題的能力、有效提高實驗創新方法、創新素養的培養，等等。

通過對創新意識、創新思維、創新方法和創新人格的影響分析，來探索新時代背景下的STEAM教學模式，將為促進教育改革和科技創新提供有效動力，要實現教育為時代育人的使命，就要積極吸納包括STEAM教育在內的各國優秀的教育經驗[11]。在新型的社會環境下，我們的教育也要緊跟時代的步伐，積極擔負起技術變革帶給我們的使命，激發和培養學生的認知能力和科學創造力。

參考文獻

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[11]任友群.STEAM視角看教育改革如何促進科技創新[N].文匯報，2015-07-17（6）