培养小学生科学精神与实践创新核心素养的有效途径

陈龙

2016年，教育部核心素养研究课题组发表的《中国学生发展核心素养》提出：“中国学生发展核心素养，以‘全面发展的人为核心，分为文化基础、自主发展、社会参与三个方面，综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新六大素养。”

科学精神与实践创新作为其中两大核心素养，凸显了当今世界，对于科学与创新的高度重视。但目前经济欠发达地区科技教育硬件与师资条件均非常薄弱，如何在有限的社会资源和学科资源环境下，拓展培养学生科学精神与创新能力，成为经济欠发达地区小学科技教育亟待解决的问题。本文根据笔者的教育实践，探索了数种行之有效的途径。

一、小学生科学精神与实践创新核心素养培养现状

我校地处广东经济欠发达地区，学校教学软硬件与发达地区差距较大，作为经济欠发达地区，我市的学生课外科学活动场所（如科技馆等）欠缺，与珠三角经济发达地区相比，学生不懂机器人课程、没接触过3D打印，不知如何进行科学创新，连科幻画竞赛，也难以获得好的成绩。学生科学精神和实践创新能力弱，这样的现状，对于学生成长是非常危险的。

科学科课堂教学和学校科技教育活动是培养学生科学精神与实践创新能力的主体，如何在有限的社会资源和学科资源环境下，探索培养学生科学精神的有效途径，成为经济欠发达地区小学科技教育亟待解决的问题。

二、小学生科学精神与实践创新核心素养培养实践

两年多来，针对如何培养学生科学精神和实践创新两个核心素养，笔者进行了一系列教育实践，学校科技教育蓬勃开展，学生踊跃参加科技活动，取得了良好的效果。笔者所辅导的学生在各级各类科技竞赛活动中荣获国家级奖励28人次，省级奖励55人次，获得国家知识产权局授予专利1人次;笔者先后获得“广东省优秀科技辅导员”“全国青少年模拟飞行大赛优秀辅导老师”等省级以上科技类荣誉称号5个，学校先后被评为“广东省青少年科技创新大赛优秀组织单位”“广东省青少年航空航天教育特色学校”。

两年多来的实践，笔者发现，通过以下途径进行科技教育活動，可以有效地培养学生科学精神，提高学生实践创新的能力。

（一）科学实验教学是学生科学精神培养的基础途径

科学课设置的目的是培养学生养成学科学、用科学、爱科学的素养， 初步养成科学态度进行科研的习惯。实验可以培养小学生求实的科学态度， 培养学生动手操作能力， 客观分析问题的能力， 仔细观察实验现象能力， 收集整理优化信息能力，建立图表能力。科学课堂教学是学生科学精神培养的课内途径，其中，科学实验教学更是学生科学精神培养不可替代的基础途径。科学实验教学对于学生良好科学研究习惯的养成、理性思维方式的形成具有不可替代的作用。

“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。日常教学中，学科老师应尽可能让学生分组实验，创造实践机会，小学科学分组实验大多属于验证性实验。课堂教学中重视实验教学，学生通过亲自动手实践得出结论而不是用实验视频素材或PPT演示直接展示实验过程和结果，可以使学生更好地了解科学探究方法，理解和掌握科学的基本原理，养成尊重事实和证据的基本态度，感受实验的乐趣与魔力，从而培养学生大胆尝试、积极寻求解决问题方法的精神。

例如：在教学五年级科学第二学期的《马铃薯在液体中的沉浮》一课时，我事先准备了实验用的马铃薯、烧杯、酒精灯、玻璃棒等实验材料，让学生进行分组探究，在一次次不断往液体中加入盐的实验过程中，学生深刻感受到了“只有达到一定浓度的液体，才能让马铃薯浮起来”这一科学概念。这样的感受，以及实验过程中学生掌握的酒精灯、玻璃棒等实验器材的基本操作方法，是单纯的讲授或视频展示等教学手段所无法达到的。

（二）科学社团活动是学生科学精神拓展的有效途径

科学精神是在科学家长期的科学探索活动中逐步磨炼形成的，是科学共同体在长期的发展历程中，慢慢积淀而成的。它寓于科学探索活动之中，是从科学活动中提炼出来的，但并不是只有科学本身才产生科学精神。科学精神是多种因素融合在科学这样的特殊活动中得到充分展现的。

除了常规课堂教学，我们发现，开展科学社团活动是学生科学精神拓展的有效途径。2015年9月，我校在全校范围内开展学生社团活动，为此我们专门开发了网上校本课程选课报名系统，在全校各年级中开设了“科学幻想画”“科技制作”“模拟飞行”“科学实践”“创意科技”“实验百科”等多个涉及科技知识的班级社团课，让孩子们根据自己的爱好或者特长自行选报，于每周三下午两节连堂开展活动。在推进三阶式科技教育的过程中，从显微镜下的生物到校园里的生物调查;从纸飞机如何飞得更远到纸火箭的结构研究;从科学幻想画到科学小论文的撰写，学生从活动中学到了如何应用科学知识进行研究和创新的本领，为以后在各级青少年科技创新实践能力赛事中摘金夺银打下了坚实的基础。

如何以新型课堂模式开展社团活动，经过不断摸索实践，我选择了两个方向进行突破。

1、延伸课堂探究活动，打通课内外知识壁垒

利用社团活动延伸课堂探究活动，解决课堂教学时间短暂和探究活动长期研究的矛盾。从校园生物大调查，到调查周边的水环境;从种植养殖观察活动，到参观气象台，以实践探究活动周期较长的社团活动，有效解决了课堂教学时间短难以实现教学目标的矛盾，对科学课教学起到良好的辅助作用。

2、科技创新课题研究活动，点燃学生创新实践航灯

为了丰富探究内容，我先后引入广东省青少年科技创新实践挑战赛项目、上海学生头脑奥林匹克项目等，开展以学生为主体的小课题实践研究活动，教师仅作为辅导员引导活动进程，由学生自主进行课题研究，每周或几周围绕一个课题进行研究竞赛。小课题实践研究开始之前，我会有意识地穿插进行科技创新讲座，给孩子们传授科技创新研究方法和技巧，点评小创意小发明作品，让孩子们体会到实践创新并不是一座高不可攀的山峰。孩子们自由组成小课题组，团结协作，解决每一个小课题中遇到的难题，扑克牌搭塔赛、纸桥承重赛、纸绳拉力赛、纸火箭远准赛、纸飞机竞距赛，每一次研究比赛都成了孩子们努力的新目标。随着参加社团活动兴趣高涨，学生在活动中发现问题并解决问题，创造性地完成各种课题研究任务，取得了丰硕的成果。

2015年11月，科学社团学生冯道焜、陈嘉圳同学参加广东省青少年科技创新实践能力挑战赛，获得冠军（一等奖），黄湘元、江子林同学获得第九名（一等奖）。2016年5月，科学社团学生陈烁霓同学的科技创新项目《一种可调式通用衣架收纳架》获得国家专利，荣获湘桥区、潮州市青少年科技创新大赛一、二等奖，代表潮州市选送参加2017年广东省第32届青少年科技创新大赛，荣获二等奖、专利申请奖。

（三）机器人创客教育是学生实践探索能力发展的有效途径

随着科学技术的发展，机器人在各个领域的应用越来越广泛。 机器人技术涉及多门学科，是世界强国重点发展的高新技术，也是一个国家科技发展水平和国民经济现代化、信息化的重要标志。在 2012 版《全国中小学信息技术课程标准》中，机器人属于小学信息技术课程的拓展模块。

在基础教育领域，机器人课程不仅是信息技术课程的拓展延伸模块，也是创客课程的基础模块。机器人创客教育不仅仅是“机器人”组装技巧的掌握和熟练运用，而且能引领学生掌握扎实的基础知识，促进学生高级思维的发展。

长期以来，我市机器人创客教育因为昂贵的硬件设备和近乎空白的师资条件，长期难以开展。2017年，在学校领导的大力支持下，我们采购了乐高教育机器人器材和ARDIUNO开源硬件，邀请深圳大学潮州籍大学生创业项目团队进行合作，在学生中开展机器人创客教育。

假期短暂的10天培训活动中，我和孩子们一起听课，共同学习，培训后，我们利用每天放学后的短暂课余时间进行训练。每天下午，孩子们总是准时来到机器人活动室，下课时间到了，孩子们还兴趣浓厚，不肯结束活动，我切断电源孩子们才不得已结束活动。节假日里，为了解决机器人问题，孩子们总是缠着要我开门加班，孩子们对机器人创客知识的渴望和热情深深让我感动。在训练中，我更多地扮演一个旁观者的角色，用我的成人思维偶尔提醒孩子们换一个角度思考，或者提醒注意某一个细节，而孩子们从零基础到最后能够熟练掌握机器人编程调试，完成任务的过程，就是机器人创客教育对于学生科学精神和邏辑思维能力的培养过程。

2017年5月，我校陈嘉圳，陈奕涵，冯道焜，孙炜艺同学代表潮州市首次参加广东省教育厅举办的第15届广东省中小学电脑机器人活动FLL机器人挑战赛，四名学生虽然只有两个月的学习经历，在设备严重落后的情况下，孩子们智慧应对，凭借简单低成本搭建的机器人，在参赛的20个地市的21支代表队中，夺得第11名和第14名的良好成绩。随后在汕头市举行的第17届广东省青少年机器人竞赛FLL工程挑战赛上，队员们与全省17个地市的26支代表队再决雌雄，获得FLL工程挑战赛铜牌。陈烁霓、廖泽恺同学获得现场拼装赛铜牌，张柏浠、陈科博、郑烜帆同学参加创意机器人展示比赛获得银牌。实现了我校学生机器人创客赛事获奖零的突破，也为全校孩子们打开了一扇精彩的机器人创客教育窗口。

进行机器人创客教育中，我发现，孩子们在一次一次失败后，不断调整程序、反复尝试验证机器人搭建方案、研究撰写机器人研究报告的过程，更多地体现出活动锻炼了孩子们的批判思维，提高了孩子们勇于探究的实践创新能力，而这恰恰是常规科学课堂教学较为欠缺的。

（四）航空航天教育使学生踏上空天探究的更高途径

2017年9月，为了开展青少年航空航天科普教育，填补我校航空科普空白，我校引入了青少年航模运动和模拟飞行运动，我负责青少年模拟飞行俱乐部教学，在学生中开展青少年模拟飞行训练。

模拟飞行是利用专用的软硬件设备，在计算机上模拟真实飞行及其各种要素的航空科技活动。在仿真飞行中，对空气动力学、气象学、地理环境、飞行控制系统、飞行电子系统、作战飞行武器系统、地面飞行制导等进行仿真，并通过外部设备进行飞行仿真控制和飞行感觉反馈。通过学习，学生能够丰富航空航天知识，促进校内文化课程的学习，提高思维敏捷性，培养手脑的协调能力和毅力，提高快速反应能力，同时提高科学素质，使学生从小就了解航空文化，培养航空情感，树立航空志向。

作为航空知识门外汉的老师，活动中，我从最基本的航空知识和飞行原理学起，从基本的空气动力学和飞行控制原理，到特技飞行动作要领和基本空战战术理论，孩子们如饥似渴，我与孩子们共同学习，共同提高，师生在学习训练中互相促进，互相提高，取得了良好的效果。

2017年6月，我校选手代表潮州市参加第四届广东省青少年模拟飞行大赛，获得团体竞速赛季军、金牌;个人竞速赛银牌两枚、铜牌两枚;个人航母起降赛银牌两枚、铜牌两枚。2017年10月，我校派出四名同学代表广东省参加全国青少年模拟飞行大赛，荣获个人竞速二等奖4项和个人航母起降赛二等奖4项。2018年4月，我校派出四名同学参加2018全国青少年模拟飞行精英赛，郭金荣同学荣获个人空中技巧赛冠军，陈洽宇、林润铎同学荣获个人空中技巧赛第四、第五名。全队荣获团体编队飞行赛季军，双机格斗对抗赛季军。2018年6月，我校派出六名同学参加第五届广东省青少年模拟飞行大赛，夺得团体冠军、个人航母起降赛亚军、季军等9金4银3铜16枚奖牌。2018年10月，我校五名同学代表广东省参加全国青少年模拟飞行大赛，再次夺得8银3铜11枚奖牌的好成绩。

三、结论与展望

回顾几年来开展小学生科学精神和创新实践核心素养培养历程，我认为，科学课课堂教学和实验教学是不可替代的基础途径;科学社团活动拓展延伸了课堂探究的深度和广度，使学生学会了课题研究方法并形成批判质疑、勇于探究的良好特质;机器人创客教育是在前者基础上，更注重学生实践创新能力的培养;青少年模拟飞行运动和航空航天科普教育活动，培养了学生对航空航天领域的兴趣，为创新梦想插上翅膀。

两年多来这一系列科技教育探索证明，以上途径是成功且富有成效的。但如何在更大范围培养学生的科学精神和实践创新核心素养，仍需进行不断探索研究。目前，在学校领导的大力支持下，我承担了学校科创名师工作坊的主持人工作，担任学校现代教育团队带头人，如何将前期研究中发现的有效途径加以拓宽，应用到全体学生的科学精神和实践创新核心素养培养中来，正是以后迫切重要的任务。

【作者单位：潮州市湘桥区实验学校广东】