浅析STEAM教学模式对学生创新素养的影响

徐娟娟

摘要：随着社会的不断发展，科学技术已日渐成为国家核心竞争力的关健，如何培养具备创新素养的人才成为各国重点关注的对象，而STEAM教育因其跨学科和重实践的理念，对复合型人才培养有积极的推动作用而被越来越多的地区所接受。文章从STEAM教学模式含义、框架来认识STEAM教学模式对学生创新素养的影响。

关键词：STEAM教学模式;创新素养

文章编号：1008-0546（2021）03-0048-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.03.011

STEAM教育是科学（Science）、技术（Technolo-9y）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）、艺术（Arts）首字母的缩写，由STEM教育发展而来，美国弗吉尼亚理工大学教授格雷特·亚克门（GeorgetteYakman）提出在原有基础上加入Arts成分，将人文艺术与科学结合提高学生在科学和数学方面的成就，这里的Arts不单单是指狭义上的“艺术”，还包括语言、美学、音乐、形体、社会艺术等人文艺术项目[1]。

STEAM教育以跨学科的方式综合科学、技术、工程、数学和艺术，将这五门学科系统地结合在一起，引导学生适应不断更新的知识体系和不断变化的社会需要。STEAM教育支持学生以学科整合的方式认识世界，以综合创新的形式改变世界，培养他们解决问题的创新能力，符合中学化学新课程标准对学生创新素养的要求[2]。是一种打破了传统分科教育的新型教学范式，因为能有效地培养出创新人才和提高国家核心竞争力而被越来越多的地区所接纳和使用。

一、STEAM教育

LSTEAM教学模式

STEAM教学模式强调以真实情境为驱动，用项目式学习的方法展开小组活动，这是STEAM教育的显著特点。实验探究是化学学科最突出的特点，这与项目式活动的特点不谋而合，其主题来源于生活中的实际问题，是基于真实问题解决的教育[3]：基于真实世界设计问题，我们研究的问题只有来自我们亲身体验的生活，这样的探究才具有意义和可操作性，学生才有探索的欲望和积极性，可以更好地将所学知识与实践联系起来;确保探究问题与教学内容密切相关，不能将探究活动流于形式，探究的目的是为了得到生活经验和专业知识，脱离了学科知识的探究则显得毫无目的性。这就要求教师在课前的准备环节事先梳理好与本次探究活动所关联的知识内容，以便学生更好的理解应用，这部分流程可以借鉴亚克门（Yakman）教授团队提出的“STEAM教育教学过程卡”（如图1）。

以项目为驱动的学习即PBL（Project Based-OnLearning）把分散的学科问题有机融合，学生通过项目实践、合作學习来共同解决生活中的复杂问题[5]。项目式学习法很好地补充了原有教育，在其基础上加入了学生动手实践的部分，使抽象的知识鲜活化，同时增加了学生的学习兴趣。

2.STEAM教育的基本框架

STEAM教育框架（如图2）是类似金字塔型的结构，表明将科学、技术、工程、数学与艺术联系起来，让学生以更系统、更全面的整合方式认识世界。

塔的最顶层是教育教学的最终目标，表示达到的最高境界，培养学生的STEAM素养，能将科学、技术、工程、艺术和数学系统结合，培养跨学科解决真实问题的思维和素养，与终身学习和可持续发展联系起来，把它们内化为一种自身能力，推动学生创新素养的发展;第二层是STE@M即综合层，这一层是将五门学科综合起来，鼓励学生通过跨学科的方式去发现和解决问题;第三层是STEM+A，将艺术渗入科学、技术、工程和数学中，在理工科中加入艺术元素，用美的眼光去发现和改造世界;第四层是学科层，主要探讨了科学、技术、工程、艺术和数学它们之间的联系;第五层是具体课程层，主要是以上五门学科的相关课程。比如：艺术学科包括人文艺术、美学、音乐、语言、社会艺术等[6]。

STEAM教育跨越了各个学科原有的界限，打破了分科教育，使五门课程有序地结合起来，为学生创新素养的形成提供了可视化的途径。

二、STEAM教学模式与创新素养

创新素养的本质是创造性，是指依据一定目的，运用收集到的全部信息，产生出某种新颖、独特及有社会价值的产品的智力品质[7]。在这里，创新素养可以理解为学生应具备的适应社会发展需要的创新意识、创新思维、创新方法和创新人格，这些品质除了先天的因素之外，大部分可以通过后天的训练习得，而STEAM教学模式因其跨学科、课程整合的属性给创新素养的培养提供了很好的平台。

1.STEAM教学模式对创新意识的影响

创新意识是指人们根据个体和社会发展的需要，萌生了前所未有的想法、设想、意识的动机[8]，是整个创新素养的先决条件和内在驱动。

STEAM教学模式鼓励孩子大胆质疑，提出有意义的问题，并实际探索找寻答案。STEAM教学模式以基于项目和基于问题的形式开展系列探究活动，强调以真实生动的场景作为依托，研究表明，当学生处在和自身环境相似的情境中时，能更好地迁移运用知识，迸发新颖想法，提出创新性问题。在STEAM教学过程中，学生积极主动地参与到探究过程中，提出问题、寻找资源、合作学习、解决问题，小组间的想法相互交流，碰撞出新的“火花”，产生新的思想，在不断的新项目学习中，该过程循环往复，学生每次都有新的体验、不同的感受，这样潜移默化的影响，使学生对创新有着自己的理解和认识，逐渐培养其创新意识。

同时，STEAM教学模式对激发学生的学习兴趣有积极作用，在学习过程中遇到的探究性实验，其内容丰富、原理深刻，在生产生活中应用广泛，充分利用这些演示实验的“魔力”，可以激发学生学习兴趣，点燃学习热情。俗话说兴趣是学习之母，浓厚的学习兴趣可以促进学生积极参与实践学习，探究科学奥妙，对创新意识培养起到了关键性的作用。

例如，以“滴水生火”“吹气生火”这样的化学魔术作为导人部分，来引发认知冲突，因为在我们的印象中，“水火不相容”，那为什么又会“滴水生火”呢？紧接着探究原理，学习过氧化钠的性质实验，说明过氧化钠可以与水、二氧化碳生成氧气并放热的性质。在观察实验时学生充满了好奇心，还持有质疑的心理，个个跃跃欲试，这正是创造性行为的内在动力。

2.STEAM教学模式对创新思维的影响

思维是大脑对客观现实的反应，创新思维是在一般思维的基础上发展起来的多种思维的综合体，是一种新颖、高效解决问题的思维方式。现实生活中的科技发明创造都离不开创新思维的应用，它是创新素养的重要组成部分。创新思维可以分为聚合思维、发散思维等思维形式[9]。

STEAM教學模式对聚合思维的影响在于通过不断地探索实践得出最优的解决方案或共性的普遍规律，孩子们通过探究不同条件下的反应速率与产率，得出最佳途径。把握物质的内在本质，把看似杂乱无章、毫无关联的事物有机联系在一起，对人们发现大自然、解密自然事物有着积极的推动作用。例如，门捷列夫通过发现元素的内在规律和联系而创造出了元素周期表，推开了化学界的另一扇大门，为人们后续研究提供了便利的工具，这就是聚合思维在其中发挥了重要作用。

发散思维即由一个中心点出发向周围辐射的思维形式，是创新思维的重要形式。STEAM教学模式可以培养学生的发散思维，在实践学习过程中，很多开放性的问题没有唯一答案，教师鼓励学生大胆说出自己的想法，并激励大家付诸实践去探索验证自己的结论，形成发散思维。例如，在学习有机化学合成时，得到预定产品的合成路线有多种，因为有机物的种类数以万计，所以教师鼓励学生积极摸索自己的合成方法，合理即可，让学生发散思维，去联想、去发现、去创新。

3.STEAM教学模式对创新方法的影响

创新方法是科学思维、科学方法和科学工具的总称，既包含实现技术创新的方法，也包含实现管理创新的方法。常见的创新方法有试错法、六顶思考帽法、大脑风暴法，TRIZ法等方法。

在STEAM教学模式中，大脑风暴法的应用有广阔的舞台，STEAM教学模式对此法有良好的推动作用。将少数人召集在一起以会议的形式，对某一个问题进行自由地思考和联想，提出各自的设想和建议，所有参与者不准对其他人言论正确性或准确性进行任何评价的一种讨论方法。能将团队的智慧有效地结合利用起来，对于团队的决策具有重要意义，因而备受STEAM教育者的青睐。

例如，在制取并收集较多O2时，应采用哪种方法？小组参与者依次提出自己认为合理的观点，并阐述缘由，有些认为可以采用高锰酸钾加热法、有些说用氯酸钾与二氧化锰混合加热法、有用双氧水与二氧化锰反应的方法，还有同学认为可以用电解水的方法产生大量O2，也有的说可用液化空气的方法就是工业生产O2的方法。最后大家结合原料的来源、成本高低，反应条件等方面，选出最优方案。

TRIZ法是从俄语翻译过来的，其英语名称是The-ory of the Solution of Inventive Problems，即发明问题解决理论。在STEAM教学模式中运用TRIZ理论的思维方法可以有效的打破思维惯性，使人们从传统的思维中解放出来，从更广阔的视角看待问题，快速发现问题的本质;“最终理想解”指明解决问题的目标所在，明确解决问题的方向，从而有效避免盲目性;分析模型可以帮助人们正确定义问题的矛盾，细致梳理产生矛盾的过程和原因，保证有效、彻底的解决问题。

例如，在合成氨反应中，实际怎样操作才能生成更多的产物？由于该反应是一个可逆反应，不能进行到底，因此提高产率是我们的目标所在，是需要解决的问题。降低温度对反应的正向促进作用有多大？增大反应物浓度对平衡正向移动贡献作用有多少？或者分离出产物？然后通过一定的工具和技术实践解决得出结论。

4.STEAM教学模式对创新人格的影响

创新人格是指有利于创新活动顺利开展的个性品质，它具有高度的自觉性和独立性，是一个人的品质与德行问题。创新人格是创新主体进行创新活动的心智基础，是创新主体进行创新活动的能力基础。

STEAM教学模式强调以项目形式展开探究，小组是基本构成单位，成员间互相鼓励、互相协调、互相促进、互相进步，共同面对挑战。这样每位学生都可以从同伴身上学到优秀的品质，形成自己独特的创新人格，并进行创新活动。

通过接触新观念、解体常规知识结构、破除思维定势和整合多样化经验体制，个体的多元文化经验对其创造性具有明显的提升效应。STEAM教学模式因其能有效提高学生的创新能力和核心素养而被越来越多的国家和地区使用，当前我国也在借鉴这种模式，STEAM教学模式对学生创新人格的影响是多角度、深层次的[10]，表现为创新解决问题的能力、有效提高实验创新方法、创新素养的培养，等等。

通过对创新意识、创新思维、创新方法和创新人格的影响分析，来探索新时代背景下的STEAM教学模式，将为促进教育改革和科技创新提供有效动力，要实现教育为时代育人的使命，就要积极吸纳包括STEAM教育在内的各国优秀的教育经验[11]。在新型的社会环境下，我们的教育也要紧跟时代的步伐，积极担负起技术变革带给我们的使命，激发和培养学生的认知能力和科学创造力。

参考文献

[1][3]彭敏，郭梦娇.STEAM教育的基本内涵与发展路径研究[J].教育理论与实践，2018（25）：14-18

[2][4]赵慧臣，陆晓婷.开展STEAM教育，提高学生创新能力--访美国STEAM教育知名学者格雷特·亚克门教授[J].开放教育研究，2016（5）：4-10

[5]吴红.STEAM教育中项目学习设计研究[J].学科探索，2018（32）

[6]魏晓东，于冰等.美国STEAM教育的框架、特点及启示[J].华东师范大学学报，2017（4）：40-46

[7]林崇德.创造性人才·创造性教育·创造性学习[J].中国教育学刊，2000（1）：5-8

[8][9]姜雨欣.STEAM理念下高中生化学创新能力培养策略研究[D].哈尔滨：哈尔滨师范大学，2019

[10]师保国，高云峰等.STEAM教育对学生创新素养的影响及其实施策略[J].中国电化教育，2017（4）：75-79

[11]任友群.STEAM视角看教育改革如何促进科技创新[N].文汇报，2015-07-17（6）