名師工作室科技教育改革創(chuàng)新的實踐與探索

張曉容 謝永平 徐光德 楊波 冰潔 滿天

張曉容，四川天府新區(qū)華陽中學(xué)科技教師，正高級教師，全國優(yōu)秀教師，四川省特級教師，四川省、成都市、天府新區(qū)三級名師工作室領(lǐng)銜人。長期進行中小學(xué)創(chuàng)新人才選拔與培養(yǎng)研究，提出培養(yǎng)中小學(xué)生科技創(chuàng)新能力的SGC & UP 實踐模式，出版專著3 部、教程10 冊，發(fā)表學(xué)術(shù)論文30 余篇，研究成果獲國際工程與技術(shù)教育優(yōu)秀項目獎、國家教學(xué)成果二等獎、四川省人民政府教學(xué)成果一等獎。

當前，全球科技創(chuàng)新進入空前密集活躍期，科技與人才是國力強盛最重要的戰(zhàn)略資源。明天的人才源自今天的培養(yǎng)，中小學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新后備人才的重要基地。隨著中小學(xué)科技教育的快速發(fā)展，科技教師隊伍建設(shè)與發(fā)展面臨新的挑戰(zhàn)。如何打造綜合素質(zhì)優(yōu)、教學(xué)能力強的科學(xué)教師隊伍，如何進行科技創(chuàng)新教育的教學(xué)改革，是擺在中小學(xué)科技教育高質(zhì)量發(fā)展進程中的重要命題。成都市科技創(chuàng)新名師工作室以專業(yè)化的集體組織，聚焦當前科技教育存在的問題，將理論學(xué)習(xí)、學(xué)術(shù)探討、教學(xué)指導(dǎo)等納入同一體系，通過骨干科技教師的輻射帶動作用，促進、引領(lǐng)科技教育教學(xué)改革。

名師工作室科技教育改革探索實踐策略

科學(xué)組建團隊，促進校間協(xié)同發(fā)展

成都市科技創(chuàng)新名師工作室由具備豐富科技教育經(jīng)驗的一線優(yōu)秀科技教師、四川省特級教師張曉容擔(dān)任主持人，以成都市各區(qū)縣23名中小學(xué)優(yōu)秀科技教師為骨干，以企業(yè)、科研院校熱心青少年科技教育的專家為補充，達成科技教育的育人共識，在中小學(xué)開展科技教育理論研究和實踐探索，形成優(yōu)勢互補，實現(xiàn)校間互助。

目標明確，功能定位 科技創(chuàng)新名師工作室成員擁有相同的科技教育職業(yè)認同感、職業(yè)情感和職業(yè)愿景[1]。工作室以立德樹人為根本任務(wù)，以素養(yǎng)導(dǎo)向、思維發(fā)展、能力提升、生涯規(guī)劃等的理論研究和實踐探索為建設(shè)內(nèi)容，旨在探索中小學(xué)生科技創(chuàng)新能力提升的路徑與策略，研發(fā)培養(yǎng)中小學(xué)生創(chuàng)造能力的課程，發(fā)現(xiàn)科技創(chuàng)新后備人才發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律，在提升工作室成員自身職業(yè)能力的同時，發(fā)揮示范引領(lǐng)、輻射帶動區(qū)域科技教育的作用，促進區(qū)域整體科技教師隊伍水平的提升。

分組實踐，集中教研 按照工作室成員個人的興趣特長，成立人文調(diào)研、科學(xué)探究、創(chuàng)造發(fā)明、人工智能、科學(xué)影像、生態(tài)環(huán)境、拔尖培養(yǎng)7 個工作坊，圍繞全國青少年科技創(chuàng)新大賽、青少年科技調(diào)查體驗活動、科學(xué)影像、機器人、人工智能、高校科學(xué)營和英才計劃等活動，通過分坊實踐、工作室集中研討等方式，實現(xiàn)校間科技教育協(xié)同發(fā)展。

內(nèi)外關(guān)聯(lián)，跨界融合 與科技館、一線企業(yè)、科研院校合作，把校外科普資源、領(lǐng)域前沿、科研課程轉(zhuǎn)化為適切于中小學(xué)生的科技教育校本課程，實施跨段、跨界的科教融合，助力學(xué)生科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)。根據(jù)整合資源的學(xué)科綜合程度和種類不同，構(gòu)建學(xué)科拓展、技能實訓(xùn)、主題探究、個性化學(xué)術(shù)研究性學(xué)習(xí)4 種類型的科技創(chuàng)新實踐活動課程，重點關(guān)注對問題的設(shè)計，融入創(chuàng)造技法，促進學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)。

教育科研促進科技教育改革

工作室將科技實踐活動中遇到的問題進行分類整理，圍繞難點熱點問題，側(cè)重實踐研究，然后將解決方案、策略迅速應(yīng)用于教學(xué)實踐，并不斷迭代、不斷推廣，從而促進工作室成員科技教育知識的豐富、技能的發(fā)展，推動科技教育關(guān)鍵環(huán)節(jié)的突破。

探索培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性的融合實踐課程 2011—2015 年，為解決學(xué)生創(chuàng)造性與融合能力弱的問題，著力探索科技創(chuàng)新特長生涌現(xiàn)通道，工作室開展了“基于育心的中學(xué)科技創(chuàng)新教育有效性策略研究”。在4 所學(xué)校組建科技創(chuàng)新試點班，創(chuàng)建了學(xué)科拓展、主題探究、工程技術(shù)、主題科研等實踐活動課程，構(gòu)建起“全員普及到個性培育”的“3+1”進階式融合課程，形成了“學(xué)科+ 創(chuàng)造”“操作+ 創(chuàng)造”“學(xué)科+學(xué)科+ 創(chuàng)造”“學(xué)術(shù)+ 創(chuàng)新”的融合實踐課程樣態(tài)。

探尋中小學(xué)生科技創(chuàng)新能力發(fā)展路徑 2017年，進一步深化“3+1”課程融合實踐研究，依托省級教育規(guī)劃課題“STEAM 課程培養(yǎng)中小學(xué)生創(chuàng)造力的實踐研究”，依據(jù)思維型教學(xué)原理和創(chuàng)造心理學(xué)理論[2]，融入STEM 課程理念，以創(chuàng)新思維發(fā)展為核心，借鑒STEM 優(yōu)秀案例[3-4]，探索創(chuàng)造性學(xué)習(xí)方法，提煉從認知沖突到應(yīng)用遷移的科普教學(xué)法，收集典型案例，探尋科技創(chuàng)新拔尖后備人才的成長路徑。

推廣應(yīng)用深化科技創(chuàng)新育人實踐 2020 年至今，以“中小學(xué)科技實踐活動培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性的探索”課題為抓手，牽手37 所學(xué)校，大面積推廣工作室科研成果，即“融合實踐、思維發(fā)展、層級提升”策略，檢測實踐效果，優(yōu)化實踐方案。探索多主體協(xié)同賦能培養(yǎng)科技創(chuàng)新后備人才策略，追蹤科技創(chuàng)新特長生后續(xù)發(fā)展情況。

名師工作室科技教育改革探索實踐成果

構(gòu)建“3+1”進階式融合課程

堅持核心素養(yǎng)導(dǎo)向，以問題為起點，著力發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新思維和實踐能力，構(gòu)建從全員普及到個性發(fā)展的“3+1”進階式課程。3 類普適性課程包括“學(xué)科拓展”“工程技術(shù)”和“主題探究”，旨在激發(fā)學(xué)生科技興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，幫助學(xué)生掌握科學(xué)研究基本方法；個性發(fā)展課程為“主題科研”課程，主要針對個體興趣特長進行個性化培養(yǎng)。

在普適性課程學(xué)習(xí)中逐漸發(fā)現(xiàn)學(xué)生的優(yōu)勢智能，再通過個性化課程對學(xué)生的興趣特長進階培養(yǎng)。“3+1”課程有助于學(xué)生循序漸進地掌握知識，并持續(xù)深化和提高，有利于科技創(chuàng)新后備人才的涌現(xiàn)與培育。

探索創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的教學(xué)策略

建構(gòu)創(chuàng)造性學(xué)習(xí)“串珠模型” 依據(jù)創(chuàng)新思維認知歷程理論和中小學(xué)生心理特征，工作室提出了創(chuàng)造性學(xué)習(xí)“串珠模型”（如圖4）。學(xué)生以創(chuàng)意產(chǎn)生、行動計劃、物化實踐和交流評估4 個活動序列為問題解決的邏輯線，串聯(lián)知識、技能、環(huán)境、資源，形成連貫、系統(tǒng)的跨學(xué)科知識結(jié)構(gòu)，使之共同發(fā)力，達成任務(wù)，表達交流，并在遷移應(yīng)用中提升創(chuàng)造性水平。學(xué)習(xí)中尤其注重引導(dǎo)學(xué)生掌握解決問題的核心知識與技能，理解學(xué)習(xí)過程，形成積極的內(nèi)部學(xué)習(xí)動機、正確的價值觀、積極的態(tài)度和高級的社會情感，錘煉創(chuàng)新品格，實現(xiàn)創(chuàng)新能力與創(chuàng)造心理協(xié)同發(fā)展。

提煉創(chuàng)造教育“六步教學(xué)法” 基于項目式學(xué)習(xí)理論，以學(xué)習(xí)者為中心，創(chuàng)新素養(yǎng)為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生研討、探究、協(xié)作解決問題，并開展專業(yè)化的實踐活動。根據(jù)思維型教學(xué)原理，構(gòu)建從認知沖突到應(yīng)用遷移的思維型教學(xué)流程，指導(dǎo)學(xué)生把創(chuàng)造技法運用于項目實踐，鼓勵學(xué)生大膽想象，產(chǎn)生和實現(xiàn)創(chuàng)意，并在交流評價中拓展創(chuàng)新。與此同時，將評價融入學(xué)習(xí)過程，采用素養(yǎng)導(dǎo)向的多元化評價策略，實現(xiàn)教學(xué)評一體化。在教學(xué)實踐中，整理出版了教學(xué)實施案例“基于STEM的PBL 教學(xué)案例”、“創(chuàng)新實驗”教學(xué)片與“Arduino 小創(chuàng)客”。

研發(fā)中小學(xué)創(chuàng)新思維型教程

工作室針對中小學(xué)各年齡段學(xué)生創(chuàng)新能力發(fā)展特點和學(xué)習(xí)經(jīng)驗，依據(jù)思維型教學(xué)原理、STEM教育理念和項目式學(xué)習(xí)理論，面向應(yīng)用實踐，研發(fā)了《實踐與創(chuàng)新——中小學(xué)STEM 教程》系列校本教材，涵蓋小學(xué)、初中、高中共10 冊，以持續(xù)性培養(yǎng)、提升學(xué)生的科技創(chuàng)新能力。該教程以創(chuàng)新素養(yǎng)為導(dǎo)向，以創(chuàng)新思維為核心，以“情境引入—任務(wù)要求—自主探究—交流反思—拓展研究”為主線，通過生活情境中的真實問題激發(fā)學(xué)生的探究欲望，引導(dǎo)學(xué)生整合知識技能，聚焦問題，完善方案，探究驗證，交流反思，實現(xiàn)遷移應(yīng)用和再創(chuàng)造。

探尋科技創(chuàng)新后備人才的層級式發(fā)展模式

工作室對學(xué)生整體科學(xué)素質(zhì)提高與科技創(chuàng)新拔尖后備人才培養(yǎng)進行統(tǒng)籌考慮，提出從學(xué)生群體到學(xué)生個體的層級式發(fā)展模式，整合校內(nèi)外科技教育資源，探索出培養(yǎng)中小學(xué)科技創(chuàng)新拔尖后備人才的途徑與策略。培養(yǎng)途徑分為3 個層次。第1 層次面向全體中小學(xué)生開展科普教育活動，包括學(xué)科拓展、技能實訓(xùn)、主題探究，讓學(xué)生加深基礎(chǔ)課程并通過選修課程的學(xué)習(xí)拓展知識；教師強化培育學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神，為科技創(chuàng)新后備人才的涌現(xiàn)營造環(huán)境與土壤。第2 層次面向科技特長生開放個性化研究性學(xué)習(xí)活動課程資源，學(xué)生在活動中自主研學(xué)自身感興趣領(lǐng)域的知識和技能，欣賞前沿科學(xué)的魅力，構(gòu)建個性化的知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)科學(xué)精神并提升科學(xué)素養(yǎng)。第3 層次針對科技創(chuàng)新拔尖后備人才設(shè)置課程，聯(lián)合高校、研究所、企業(yè)為學(xué)生搭建腳手架，鼓勵和輔導(dǎo)學(xué)生親歷具有挑戰(zhàn)性的主題科研過程，讓他們更加熱愛科學(xué)，早立志、立大志，早日成為國家科技創(chuàng)新的棟梁之才。

名師工作室科技教育改革探索實踐效果

成都市科技創(chuàng)新名師工作室的教學(xué)改革實踐探索，形成了一套創(chuàng)新的實踐范式，通過示范課、直播課、錄播課、專題輔導(dǎo)等形式，應(yīng)用到39 所學(xué)校或地區(qū)進行實踐，效果良好。

提升了學(xué)生的科技創(chuàng)新能力

學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、探究能力、創(chuàng)造思維能力、創(chuàng)造力傾向、創(chuàng)造性水平得到了極大提升，養(yǎng)成了以好奇、鉆研、堅忍性和科學(xué)精神為主要特征的創(chuàng)新人格，興趣與志向逐步聚焦，參加創(chuàng)新類競賽頻頻獲獎。2013 年以來，團隊成員輔導(dǎo)的學(xué)生參加各級各類科技創(chuàng)新比賽，獲國際獎8 項、國家級獎62 項、省級獎200 余項，34 人入選國家中學(xué)生拔尖后備人才培養(yǎng)計劃，22 名學(xué)生通過國家遴選公派參加國際青少年科技競賽或交流。

促進了教師的專業(yè)發(fā)展

課題組啟動課題研究以來，工作室成員頻頻獲獎，成果豐碩：全國優(yōu)秀教師2 人，省特級教師1 人，省“教書育人名師”2 人，省級以上優(yōu)秀學(xué)科教師或?qū)W科指導(dǎo)教師15 人；學(xué)科賽課獲省級以上獎18 節(jié)，參編省部級教材4 本；在學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文50 余篇，開發(fā)教程10 冊、教學(xué)片74 集、專著2 部。

產(chǎn)生了良好的社會效應(yīng)

課題成果獲得國際技術(shù)與工程教育協(xié)會最高獎“全球STEM 優(yōu)秀項目獎”（國內(nèi)首次獲獎），推廣案例獲得“全國教育改革優(yōu)秀案例獎”。2所學(xué)校科研成果獲得國家級教學(xué)成果二等獎，3 所成員學(xué)校被評為全國“十佳科技教育創(chuàng)新學(xué)校”。研究成果在國際技術(shù)與工程教育協(xié)會年會、“科創(chuàng)筑夢”全國青少年科技創(chuàng)新服務(wù)云平臺、國家教育資源公共服務(wù)平臺、四川科技云等多個平臺上推廣。中央電視臺、中國教育報、省市電視臺等10 余家媒體對研究成果進行了深度報道。工作室多次參與精準扶貧、“鄉(xiāng)村振興”計劃、科普進社區(qū)等公益項目。團隊成員先后在校長、科技教師培訓(xùn)會上貢獻示范課、專題講座200 余次。

助推了學(xué)生的后續(xù)發(fā)展

跟蹤119 名普通高中試點班學(xué)生的后續(xù)成長，根據(jù)問卷、訪談、案例數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)學(xué)生所學(xué)的專門課程和主題科研與他們大學(xué)所選專業(yè)匹配度高。科技教育課程培養(yǎng)起來的專注度、意志力和實踐能力，提升了個體在興趣領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展，從統(tǒng)計圖可以看出，所跟蹤學(xué)生的78.15% 在大學(xué)階段學(xué)業(yè)成績綜合排名進入前30%，有89.08% 的學(xué)生升入研究生階段學(xué)習(xí)。

名師工作室科技教育未來展望

科技教育改革創(chuàng)新是一個長期工程，需要學(xué)校、家庭、社會轉(zhuǎn)變觀念，形成改革合力。成都市科技創(chuàng)新名師工作室將繼續(xù)擴大實驗范圍，對已經(jīng)形成的課程及策略模型進行修正，對學(xué)生進行科技創(chuàng)新能力的系列測試，探究大面積學(xué)生創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的效果，提煉出適合于全國的科技創(chuàng)新后備人才培養(yǎng)范式。通過國家教育資源網(wǎng)、中國科協(xié)網(wǎng)、天府科技云等平臺把團隊先進的教育理念、創(chuàng)新教研成果推廣應(yīng)用，推進我國科技教育發(fā)展。

參考文獻

[1] 王永紅. 高職院校名班主任工作室建設(shè)的探索與實踐. 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報[J]. 2023，22（04）：71-74

[2] 林崇德. 創(chuàng)造性心理學(xué)[M]. 北京：北京師范大學(xué)出版社.2018（5）

[3] 張曉容，謝永平. STEM 實體生態(tài)空間設(shè)計及使用效果——以成都市華陽中學(xué)STEM 空間設(shè)計為例. 教育科學(xué)論壇[J].2019（20）：28-30

[4] 張曉容. 基于STEM 教育理念的學(xué)科單元教學(xué)法. 課程教育研究[J].2017（15）：160+179