基于STEAM教学模式的实验室文化建设——以上海师范大学附属外国语中学为例

翁崇涛

(上海师范大学附属外国语中学，上海 201600)



基于STEAM教学模式的实验室文化建设
——以上海师范大学附属外国语中学为例

翁崇涛

(上海师范大学附属外国语中学，上海 201600)

探索以STEAM教学为手段，让高中生能利用各门基础型课程的学习以及知识积累，开展拓展性创新学习，全面发展学生的研究和创新能力。实验室文化建设是校园文化建设和育人环境的重要组成部分。基于STEAM教学模式的创新实验室文化建设研究，用当代最新科学技术成就提高学生的探索兴趣，通过合理和进步的教育模式培养创新能力，用最能反映时代精神的健康的文学艺术和生动活泼的群众文化活动来陶冶学生的情操，丰富学生的精神生活。

STEAM；文化建设；兴趣；创新

STEAM教育：是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineer)、艺术(Arts)和数学(Mathematics)教育的简称，重点旨在打破学科领域边界，培养学生的科技素养。主张以“项目式学习”为知识学习的主要方式，它的主要创新点在于教学方式:让学生们亲自动手，从灵感、计划到执行，最终完成与特定主题相关的项目，在整个过程中学生通过实践学习了多学科的知识。STEAM教育是以融合信息技术，秉承“开放创新、探究体验”的教育理念，以“创造中学”为主要学习方式和以培养各类创新型人才为目的的一种新型教育模式。根据学校“十三五”发展规划，在“创新驱动、转型发展、特色发展”的办学思路引领下，大力推进学校研究型课程的建设。

图1　目标金字塔式模型

学校以创新实验室为载体，创新课程校本化，专家科研团队共同建设，以社团活动为依托，各级各类科技创新大赛为展示平台，全面发展学生的研究和创新能力。学校的创新实验室课程呈现为三级金字塔模型：第一，走进学生喜爱的实验室；第二，学生的兴趣伴其成长；第三，终极目标——利用学生们自己的智慧创造未来(见图1)。研究型课程的构建实施和研究型学习的推进，是上海市二期课改的一个重要内容。研究型课程作为三类课程之一，是实施素质教育、培养学生创新精神和实践能力的一个重要方面。提倡研究型学习，主要目标是要引导学生通过情感体验和探究实践形成对知识的掌握和运用，培养学生坚持不懈、追求卓越的学习态度，提高学生发现、研究和解决问题的能力，改变学习方式，让学生通过主动的探索、发现和体验，发展成为具有独特个性的人。在建设研究型课程时，遵循“教文化理解，育人文情怀”的基本理念，“为了每一个学生的终身发展”的办学宗旨 ，从满足学生个性发展需求出发，以课程建设促进学校特色，以特色引领课程建设。

实验室建设的一个重要部分就是实验室文化建设，而实验室文化建设是与校园文化建设和整体育人环境不可分割的重要组成部分。基于STEAM教学模式的创新实验室文化建设研究，学校实验室文化建设的基本任务就是用当代最新科学技术成就提高学生的探索兴趣，通过合理和进步的教育模式培养创新能力，并用最能反映时代精神的健康的文学艺术和生动活泼的文化活动来陶冶学生的情操，丰富学生的精神生活，激发学生的探索欲望，培养学生的创新精神和实践能力，有利于培养良好的行为习惯。

一、实验室建设的目标

基于STEAM教学模式的创新实验室文化建设研究的主要目标不是让学生理解前人发现的知识，而是让学生运用已习得的知识，主动探索问题、解决问题，并从中获得创造性学习的积极体验。创新实验室结合科学、技术、工程、艺术和数学五门课程，并将其融入研究型课程过程中，完成学习内容的选择、组织和设计；在课题、项目或专题的确定过程中，在研究、解决问题的亲身实践中，构建课程。

1.总目标

培养具有创新精神和创新实践能力的未来国家栋梁。

图2　实验室课程综合知识结构

(1)掌握坚实的基础知识，获得亲身参与研究探索的积极体验，引导学生亲近自然、爱护生态，接触社会、感悟生活，初步掌握科学的研究方法和科学研究的操作技能和基本技术，找到自己的闪光点；

(2)着力于兴趣点，如图2所示文理兼通，取长补短，培养提出问题、收集和处理信息、分析和解决问题等方面的研究和实践能力，发展独立自主的意识和创新精神；

(3)学会沟通与合作，养成实事求是的态度、严谨求真的科学精神，增强对社会的责任感和使命感，逐步形成创新型人格。

2.分阶段目标

第一阶段——发现问题意识培养

结合STEAM教学，贯穿科学、技术、工程、艺术和数学五门课程于教师的指导中，使学生在日常学习与生活中逐步形成一种喜爱质疑、乐于探究、努力求知的心理倾向，养成良好的学习态度和学习习惯。培养学生的问题意识，以实验室为载体、案例分析和应用型课题研究相结合的方式，使学生初步了解研究型学习，体验科学研究的过程，学会制定研究方案，撰写课题报告。学生从中提高自己寻找、发现、提出研究课题的能力，提高将现象、问题提炼成研究课题的能力，尝试运用科学研究方法进行学习。

第二阶段——解决问题能力提升

通过实验研究和课题探索，结合STEAM教学，融入五门学科的综合知识，发展学生独立探究和合作学习的精神，学会通过同伴之间互相影响，提高实验室课题研究的有效性，并共享资源与成果；培养信息处理能力，包括发现问题、提出问题、解决问题的设想、收集资料、实验研究、表达思想和交流成果的能力。使学生体验科学研究的一般思路和方法，初步掌握研究型学习的基本方法。

第三阶段——创新思维能力实践

学生通过对自己感兴趣的某一领域的某一课题或项目进行实验研究和实践，培养创造性思维和主体意识，从批判性、发展性等方面全面提高创造意识，从自主学习、独立探究中，提高实践能力和创新思维。

基于STEAM教学模式的创新实验室文化建设研究广泛采用3D“增材制造”技术，“运用科学与创新‘打印’未来”，“结合市级双新平台大数据奥秘课题研究”，“文理交融、艺术美学结合”，使学校各个学科都得到综合性的发展。这一阶段的学生有从知识的消费者转换为创造者的趋势，而STEAM在这一过程中起到十分重要的作用。

二、实验室环境文化建设项目

1.门牌和房屋功能标识

包括科学、技术、工程、艺术和数学。

2.宣传橱窗

结合STEAM教学模式，我们把实验室和科技成果相结合，学校的实验教学及学生取得的科研成果、学生所取得的标志性成果、实验室的信息化管理情况，以及体现专业学科内涵特点的介绍等。学校成立了学生科学研究院(图3)，下属有四个发展平台和八个不同学科类别的创新实验室。

图3　学生科学研究院结构图

三、实验室制度文化建设项目

1.实验室清单

各创新实验室根据本实验室特点制定相应的具体制度内容，并制作出制度牌安装上墙。结合STEAM教学，我们做了大量的创新作品，在文理交融的大背景下取得了显著的成效，文理科学生到实验室做研究的热情普遍高涨。根据每年新进的仪器定时更新清单，可见学生们结合课题所做相对应的研究(见表1)。

表1　上师大附属外国语中学2015学年创新实验室仪器清单

2.学校创新实验室课程实施程序

图4　创新实验室课程实施程序

在学生科研方面，实验室主要以课程管理为主线，以教师引导、开放式的方式进行科研活动。主要体现在实验室的师资培训上：在前期的培训中，本校固定的研究人员占三分之二，校外的研究人员占三分之一，我们大力推广STEAM教学，这种把科学技术与学科知识交融起来的教学模式深受教师和学生的喜爱，避免了理科逻辑知识的难、偏、枯燥等缺点。校级合作的科研人员承担实验室发布的开放式课题研究，在实验室工作时间由实验室与被聘用者协商决定。学生的八个创新实验室对各个学科均有涉及，文理兼通。学生通过主动提出申请，可以加入到课题研究工作中，在专家的指导下，进行科研学习工作，提高自身道德创新素养和动手能力。

学校努力创设一个发展创客思维模式的环境，构建新的指导创客活动的实践模式，为服务于不同的学习者，在多种社区环境中设计和校园环境中开发创客空间等。让学生在利用前沿技术“玩创新”和自主探究的过程中提升创造能力和STEAM综合素养。依托物理计算和互动媒体技术(它是当前信息技术与其他学科(如艺术设计)交叉、融合的新生领域)，借由软硬件整合可以创建感知和响应现实模拟世界的交互式系统，强化人与数字世界的联系。BIT实验室的建立，也同时给校园创新文化带来了新的面貌，使学生们数理化的学习更好。另外，实验室也重视与企业和社会的横向项目的合作，邀请企业家进学校进行文化讲座，通过这些面向实际应用的横向合作，学生可以把理论与实际相结合，增加实际操作能力。

在前期的探索中把创客教育与STEAM教育相融合，为高中创新教育和职业生涯规划课程开发综合实践课程和信息技术课程带来时代性的变革。实验室的文化建设主要包括精神文化建设和行为文化建设，融科学、技术、工程、艺术和数学五门课程于教师的指导中，将其整合为实验室创新课程一体化，分为三级目标逐级实现。结合学生特性，同时也能攻克理科思维、兴趣等瓶颈，使学生主动去探索科学的未知。学校的实验室课程以上海师范大学郭长江教授、李利珍教授为牵头人，八个文理兼通的创新实验室每学期学生都是爆满，在一系列的创新大赛上也屡获佳绩，领先于区内的同级学校。实验室文化建设主要以校本创新课程为载体，让学生走进属于自己的实验室，做自己成长的主人，用智慧创造未来。基于STEAM教学模式的创新实验室文化建设研究，用当代最新科学技术成就提高学生的探索兴趣，通过合理和进步的教育模式培养创新能力，用最能反映时代精神的健康的文学艺术和生动活泼的群众文化活动来陶冶学生的情操，丰富学生们的精神生活。

[1]李青.高中创新实验室建设分析与思考[J].中国现代教育装备，2012,(3)：113-119.

[2]丁书林.关于在普通高中建设创新实验室的几点思考[J]．中国现代教育装备，2015,(5)：67-70.

[3]Grossman P L. The making of A Teacher：Teacher Knowledge and Teacher Education[M].New York:Teacher College Press,1990.

[4]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(实验)[S].北京：人民教育出版社，2006.

[5]吴加澍.对物理教学的哲学思考[J].课程·教材·教法，2005,(7)：64-69.

[6]Park S,Oliver J S.Revising the Conceptualization of Pedagogical Content Konwledge(PCK): PCK as Conceptual Tool to Understanding Teachers as Professionals[J]. Research in Education.2008,38:261-284.

[7]白益民．学科教学知识初探[J].现代教育论丛，2000,(4)：23-26.

[8]Heller I J．Fostering Pedagogical Content Knowledge about Eletric Circuits through Base—based Professional Development.Paper Presented at the Annual Meeting of the National Association for Research on Science Teaching,Vancouver，2004,(3)：14-17.

[9]http://news.sina.com.cn/c/2015-12-29/doc-ifxmxxsr3991728.shtml.

[10] 韩蕾.创新型实验室建设探讨[J].实验技术与管理，2011,(8)：85-69.

[11] 卢艳军.大学生创新实验室运行管理模式的研究[J].实验技术与管理，2014,(12).

[12] 齐二石.创新实验室模式下高校管理创新型人才培养研究[J].天津科技，2014,(9).

The Construction of Laboratory Culture Based on STEAM Teaching Mode——Taking Foreign Language School Affiliated to Shanghai Normal University as an Example

WENG Chongtao

(Foreign Language School Affiliated to Shanghai Normal University，Shanghai, 201600)

To explore STEAM teaching as a means for high school students can use the basic curriculum learning content and accumulation of knowledge, expand innovation learning, improve their practical ability, stimulate their intrinsic motivation; innovation laboratory as carrier, Laboratory culture construction is the construction of campus culture and an important part of educational environment. The innovation of teaching mode based on STEAM laboratory culture construction research, contemporary with the latest achievements of science and technology to improve the students’ interest in exploring, a reasonable education mode to cultivate innovation ability and progress, with the most can reflect the spirit of the age of healthy and lively of art and literature mass cultural activities to cultivate the students’ sentiment, enrich children’s spiritual life.

STEAM, cultural construction, interest, innovation

翁崇涛，上海市人，上海师范大学附属外国语中学二级教师，硕士，主要从事中学研究型和拓展型课程研究。