探析基于學生創新能力發展的STEM教育

劉虎

創客一詞來源于英文單詞“Maker”，創客教育也就是STEM教育，是創客文化與教育的結合，是基于學生興趣，以項目學習的方式，使用數字化工具，倡導造物，鼓勵分享，培養跨學科解決問題能力、團隊協作能力和創新能力的一種素質教育。老師在小學科學的教育教學過程中開展創客教育，能夠有效地鼓勵學生通過制作以及創造的方式，進行小學科學知識的學習，進而促進學生在小學科學的學習中有充分的自主性，大膽地進行探索，促進學生創造力的提高。

基于科學學科課程標準和學科課堂教學開發出豐富的創客課程，在培養學生的創新意識、創新思維、創新能力及合作意識方面可以取得良好的效果，為學生開啟了充滿挑戰和樂趣的創客之旅。

一、小學科學教學中常見的幾個問題

（一）學生主體地位體現欠缺

學生是學習過程的主體，學習不可能由他人替代。2017版《義務教育小學科學課程標準》明確指出，要突出學生的主體地位。學生是學習與發展的主體，老師是學習過程的組織者、引導者和促進者。在小學科學教學中，老師應突出學生的主體地位，基于學生的認知水平，聯系學生已有的知識和經驗，充分利用學校、家庭、社區等各種資源，創設良好的學習環境，引發學生的認知沖突，引導學生主動探究，啟發學生積極思考;要重視師生互動和生生互動，引導學生對所學知識和方法進行總結和反思，使學生逐步學會調節自身的學習，能夠獨立和合作學習，克服學習過程中的困難，成為一個具有終身學習能力的學習者。目前很多小學科學老師沒有意識到學生的主體地位，教學模式比較傳統，忽略了學生的實際需要。在信息技術高速發展的時代，在小學科學教學過程中，老師使用多媒體課件代替板書，只是將實驗過程或觀察內容用課件來演示，在整個教學過程中，學生的參與度較低。多媒體課件容量大，內容呈現方式快捷，學生在課堂上對不理解之處不能及時提出，對科學知識、科學態度，特別是創新能力的培養都是不利的。

（二）小學生科學學習的自主性、自律性差

小學生思維較為活躍，對于新奇的事物抱有極大的好奇心，這對科學的學習既是優點也是缺點。這使學生在進行小學科學知識的學習過程中，不能很好地集中注意力，容易被實驗材料、多媒體畫面所吸引，傳統科學教學模式的弊端進一步暴露，即學生學習的自主性、自律性不強。科學課堂經常做實驗，學生在學習過程中，對實驗材料特別感興趣，在教師引導結束前，老想偷偷地玩實驗材料，不能很好地控制個體的行為，從而影響教學效果。

（三）小學生科學學習的興趣降低

學生的學習興趣在小學科學教育中具有重要作用，小學科學教學內容以各類基礎知識為主，因此激發學生的學習興趣是學生進行后續學習的重要保證。目前小學階段的科學教學模式單一，學生興趣較低。小學課程標準要求通過不同的學習活動培養學生，要更多采用能激發學生興趣、符合學生認知發展規律、能調動學生積極性的教學方法和教學策略，使學生主動學習。

二、STEM教育中的幾個關鍵問題

第一，四門學科以科學整合為核心。跨學科思維，讓學生體會學科之上的思維方式，將多學科理念與科學研究的內容或工程相結合，轉化為學生的能力和素養。

第二，科學需要整合其他學科。引導我們的學生，研究現象、提出問題和假設、制定計劃、尋找變量和控制實驗、得出結論、表達交流、反思評價。在這些研究流程中整合其他學科內容。

第三，工程需要整合其他學科。工程就是運用科學技術解決問題、制造產品的活動。解決問題的思路是，提出問題、界定問題、制訂解決方案、落實方案。在落實過程中，又發現新的問題，再進行循環，直到問題徹底解決。這是一個多次循環的過程，叫作工程設計循環。在這個循環中整合其他學科。

第四，技術的核心是發明，是人們對自然的利用和改造。在科學課堂上，可以將技術狹義地理解為通用技術和信息技術，廣義地理解為幫助學生實現創客課程所使用的各種實體或非實體工具，它是幫助提升學生科學素養實踐的重要實現方式。

在創客教育背景下，知識不是由老師傳授得到的，而是學生在一定的情境下，借助其他人的幫助，利用必要的學習資料，通過溝通交流、合作協作、創造創新來建構有關知識。在這個過程中，老師的引導作用非常重要。老師需要通過提問，引導學生積極思考，思考的深度逐漸增加，實現教學目標，發展學生的創新能力和其他能力，最終實現學生科學素養的切實提高。

三、STEM教育與學生創新能力發展的關系

老師在小學科學的教育教學過程中開展創客教育，能夠有效地鼓勵學生通過制作以及創造的方式進行小學科學知識的學習，進而促進學生在小學科學的學習中擁有充分的自主性，大膽地進行探索，促進學生創造力的提高。創客教育在小學科學教學中的運用，能夠有效地吸引學生的注意力，使學生更快地進入學習的狀態。通過任務模式、闖關模式完成不同的任務，促進學生大膽探索，促進學生創新能力的發展。

（一）將STEM教育與學生的學習方式合理結合

老師在進行科學教學的過程中，需由教學生學會知識轉變為引導學生學會學習。良好的學習方式可以促進學生更好地吸收以及掌握相關的科學知識以及內容，還能促進學生在學習的過程中，產生較大的成就感，進而激發學生的學習興趣，促進小學科學教學效率的提高。老師在小學科學的教學過程中開展創客教育，首先需要將創客教育與學生的學習方式進行正確合理的結合，促進學生形成具有創新意識的學習方式。例如，在學習青島版科學五年級上冊第8課《誰能傳播聲音》時，在課前安排學生體驗不同的聲音，促進學生積極地參與到課堂中來，帶著體驗進入課堂。老師打破傳統的授課模式，提供充分的材料：紙杯、水、回形針、蠟燭、火柴、音響。要求學生自己制造聲源，產生聲音，自己設計不同的實驗，進行觀察和測量，探究結論，最后有所發現。學生通過實驗，進行討論。老師讓學生以自己喜歡的方式描述聲音，描述聲音的傳播，在加深學生對于聲音產生、傳播認識的同時，還能有效促進學生學習興趣、創新意識和實踐能力的提高。

（二）將STEM教育與老師的教學方式進行正確的結合

在小學階段的科學教學過程中，老師占據著至關重要的引導地位。小學生對知識的學習，主要靠老師的傳授，所以，良好的教學方式是引導學生正確掌握知識、認識世界的重要環節。老師在小學科學的教學過程中開展創客教育，需要將創客教育與教學方式正確結合，進而有效地提高小學科學的教學效率以及質量。學生在接受科學知識的時候，經常處于較為被動的地位，會漸漸喪失對于科學的學習興趣。將創客教育與教學方式進行正確的結合，主要是指老師教學方式的轉變，由傳統的灌輸式教學方式轉變為注重實踐探究的教學方式，使學生能夠切身參與到小學科學的實踐活動當中去，感受科學知識的魅力，進而不斷地發散自身的思維，自主地進行創造創新。例如，在學習青島版科學三年級上冊中“空氣”單元中《周圍的空氣》這一課的時候，老師首先可以利用一個簡單的謎語“圍著我的身，無色又無形”來吸引學生的注意力，使學生能夠發散思維進行思考，進而引出今天的教學主題，之后再利用實驗幫助學生進行空氣的認識。老師在課前準備好透明塑料袋、扇子、氣球、海綿、粉筆、橡皮泥、碎磚塊、鵝卵石、水槽、礦泉水瓶、塑料吸管、大燒杯、錐子等實驗材料，進行引導：“大家能看得見空氣嗎？能不能利用你們手上的材料將空氣找出來呢？”學生通過實驗，不論是用塑料袋還是用扇子，或者是用氣球，都能發現空氣的存在。然后老師引導學生進行思維的發散：“土塊、粉筆、石頭、橡皮泥、海綿這些東西內有空氣的存在嗎？”學生思考之后，進行猜想。這樣的方式不僅可以加深學生對于相關科學知識的認知，還能促進學生思維的發散、創造力的提高。

（三）將STEM教育與教材的科學內容合理結合

小學階段的科學教育，離不開小學科學的教材，在小學科學教學中開展創客教育，需要老師將創客教育與小學的科學教材合理地結合，全面了解教材內容以及教學任務，結合學生的實際情況，開展創客教育，使學生在貼合自身特點的教學過程中，最大限度地激發學習自主性，更加積極地進行科學實驗的探究，在不斷的研究探索中促進學生自身創造力和實踐能力的提高。同時，合理利用科學內容，可以為學生的實踐探索提供有力的知識基礎，增強學生的動手實踐能力，發展學生的思維能力，為小學生的全面發展打下良好的基礎。

（四）小學科學課堂與STEM教育有機融合教學模式的構建

1.項目式教學模式

采用項目式教學法，將存在聯系的知識整合為若干教學項目。這樣學生可選取項目，自行開展學習，再總結學習心得，并對學習結果進行反思和交流。例如，教學青島版科學五年級下冊第五單元“生活中的機械”時，老師可將“機械”作為一個學習項目，鼓勵學生學習自己感興趣的內容，包括機械的種類、作用、應用等。在創客模式下，老師不必強行限制學生的學習方向，學生做到有重點地掌握部分知識、了解其他知識即可。完成項目式教學后，老師評析若干學生（也可以是全體學生）的學習心得，促進學生共同進步。

2.小組教學模式

發揮學生的主體作用，將學生分為若干學習小組，讓每一位學生都成為學習的主人。老師選取一名科學學習興趣濃厚，或組織能力強、知識豐富的學生作為組長。在項目式教學法下，老師選取若干項目，組織學生學習，再由組長進行組內的統籌和分工，提高學習效果。以小組為單位完成學習報告。老師分析每個小組的報告，指出問題，肯定成績，既能激發學生的學習積極性，又有助于小組之間取長補短，綜合提升學生的學習效果。

3.遠程教學模式

在創客教育模式下，小學科學教學不必局限于課堂和校園。老師可將科學知識整理成一個數據包或以微視頻的形式發布，在問題驅動下引導學生思考和探索。在遠程教學模式下，有效的問題引導可發揮創客模式的價值。