探析基于学生创新能力发展的STEM教育

刘虎

创客一词来源于英文单词“Maker”，创客教育也就是STEM教育，是创客文化与教育的结合，是基于学生兴趣，以项目学习的方式，使用数字化工具，倡导造物，鼓励分享，培养跨学科解决问题能力、团队协作能力和创新能力的一种素质教育。老师在小学科学的教育教学过程中开展创客教育，能够有效地鼓励学生通过制作以及创造的方式，进行小学科学知识的学习，进而促进学生在小学科学的学习中有充分的自主性，大胆地进行探索，促进学生创造力的提高。

基于科学学科课程标准和学科课堂教学开发出丰富的创客课程，在培养学生的创新意识、创新思维、创新能力及合作意识方面可以取得良好的效果，为学生开启了充满挑戰和乐趣的创客之旅。

一、小学科学教学中常见的几个问题

（一）学生主体地位体现欠缺

学生是学习过程的主体，学习不可能由他人替代。2017版《义务教育小学科学课程标准》明确指出，要突出学生的主体地位。学生是学习与发展的主体，老师是学习过程的组织者、引导者和促进者。在小学科学教学中，老师应突出学生的主体地位，基于学生的认知水平，联系学生已有的知识和经验，充分利用学校、家庭、社区等各种资源，创设良好的学习环境，引发学生的认知冲突，引导学生主动探究，启发学生积极思考;要重视师生互动和生生互动，引导学生对所学知识和方法进行总结和反思，使学生逐步学会调节自身的学习，能够独立和合作学习，克服学习过程中的困难，成为一个具有终身学习能力的学习者。目前很多小学科学老师没有意识到学生的主体地位，教学模式比较传统，忽略了学生的实际需要。在信息技术高速发展的时代，在小学科学教学过程中，老师使用多媒体课件代替板书，只是将实验过程或观察内容用课件来演示，在整个教学过程中，学生的参与度较低。多媒体课件容量大，内容呈现方式快捷，学生在课堂上对不理解之处不能及时提出，对科学知识、科学态度，特别是创新能力的培养都是不利的。

（二）小学生科学学习的自主性、自律性差

小学生思维较为活跃，对于新奇的事物抱有极大的好奇心，这对科学的学习既是优点也是缺点。这使学生在进行小学科学知识的学习过程中，不能很好地集中注意力，容易被实验材料、多媒体画面所吸引，传统科学教学模式的弊端进一步暴露，即学生学习的自主性、自律性不强。科学课堂经常做实验，学生在学习过程中，对实验材料特别感兴趣，在教师引导结束前，老想偷偷地玩实验材料，不能很好地控制个体的行为，从而影响教学效果。

（三）小学生科学学习的兴趣降低

学生的学习兴趣在小学科学教育中具有重要作用，小学科学教学内容以各类基础知识为主，因此激发学生的学习兴趣是学生进行后续学习的重要保证。目前小学阶段的科学教学模式单一，学生兴趣较低。小学课程标准要求通过不同的学习活动培养学生，要更多采用能激发学生兴趣、符合学生认知发展规律、能调动学生积极性的教学方法和教学策略，使学生主动学习。

二、STEM教育中的几个关键问题

第一，四门学科以科学整合为核心。跨学科思维，让学生体会学科之上的思维方式，将多学科理念与科学研究的内容或工程相结合，转化为学生的能力和素养。

第二，科学需要整合其他学科。引导我们的学生，研究现象、提出问题和假设、制定计划、寻找变量和控制实验、得出结论、表达交流、反思评价。在这些研究流程中整合其他学科内容。

第三，工程需要整合其他学科。工程就是运用科学技术解决问题、制造产品的活动。解决问题的思路是，提出问题、界定问题、制订解决方案、落实方案。在落实过程中，又发现新的问题，再进行循环，直到问题彻底解决。这是一个多次循环的过程，叫作工程设计循环。在这个循环中整合其他学科。

第四，技术的核心是发明，是人们对自然的利用和改造。在科学课堂上，可以将技术狭义地理解为通用技术和信息技术，广义地理解为帮助学生实现创客课程所使用的各种实体或非实体工具，它是帮助提升学生科学素养实践的重要实现方式。

在创客教育背景下，知识不是由老师传授得到的，而是学生在一定的情境下，借助其他人的帮助，利用必要的学习资料，通过沟通交流、合作协作、创造创新来建构有关知识。在这个过程中，老师的引导作用非常重要。老师需要通过提问，引导学生积极思考，思考的深度逐渐增加，实现教学目标，发展学生的创新能力和其他能力，最终实现学生科学素养的切实提高。

三、STEM教育与学生创新能力发展的关系

老师在小学科学的教育教学过程中开展创客教育，能够有效地鼓励学生通过制作以及创造的方式进行小学科学知识的学习，进而促进学生在小学科学的学习中拥有充分的自主性，大胆地进行探索，促进学生创造力的提高。创客教育在小学科学教学中的运用，能够有效地吸引学生的注意力，使学生更快地进入学习的状态。通过任务模式、闯关模式完成不同的任务，促进学生大胆探索，促进学生创新能力的发展。

（一）将STEM教育与学生的学习方式合理结合

老师在进行科学教学的过程中，需由教学生学会知识转变为引导学生学会学习。良好的学习方式可以促进学生更好地吸收以及掌握相关的科学知识以及内容，还能促进学生在学习的过程中，产生较大的成就感，进而激发学生的学习兴趣，促进小学科学教学效率的提高。老师在小学科学的教学过程中开展创客教育，首先需要将创客教育与学生的学习方式进行正确合理的结合，促进学生形成具有创新意识的学习方式。例如，在学习青岛版科学五年级上册第8课《谁能传播声音》时，在课前安排学生体验不同的声音，促进学生积极地参与到课堂中来，带着体验进入课堂。老师打破传统的授课模式，提供充分的材料：纸杯、水、回形针、蜡烛、火柴、音响。要求学生自己制造声源，产生声音，自己设计不同的实验，进行观察和测量，探究结论，最后有所发现。学生通过实验，进行讨论。老师让学生以自己喜欢的方式描述声音，描述声音的传播，在加深学生对于声音产生、传播认识的同时，还能有效促进学生学习兴趣、创新意识和实践能力的提高。

（二）将STEM教育与老师的教学方式进行正确的结合

在小学阶段的科学教学过程中，老师占据着至关重要的引导地位。小学生对知识的学习，主要靠老师的传授，所以，良好的教学方式是引导学生正确掌握知识、认识世界的重要环节。老师在小学科学的教学过程中开展创客教育，需要将创客教育与教学方式正确结合，进而有效地提高小学科学的教学效率以及质量。学生在接受科学知识的时候，经常处于较为被动的地位，会渐渐丧失对于科学的学习兴趣。将创客教育与教学方式进行正确的结合，主要是指老师教学方式的转变，由传统的灌输式教学方式转变为注重实践探究的教学方式，使学生能够切身参与到小学科学的实践活动当中去，感受科学知识的魅力，进而不断地发散自身的思维，自主地进行创造创新。例如，在学习青岛版科学三年级上册中“空气”单元中《周围的空气》这一课的时候，老师首先可以利用一个简单的谜语“围着我的身，无色又无形”来吸引学生的注意力，使学生能够发散思维进行思考，进而引出今天的教学主题，之后再利用实验帮助学生进行空气的认识。老师在课前准备好透明塑料袋、扇子、气球、海绵、粉笔、橡皮泥、碎砖块、鹅卵石、水槽、矿泉水瓶、塑料吸管、大烧杯、锥子等实验材料，进行引导：“大家能看得见空气吗？能不能利用你们手上的材料将空气找出来呢？”学生通过实验，不论是用塑料袋还是用扇子，或者是用气球，都能发现空气的存在。然后老师引导学生进行思维的发散：“土块、粉笔、石头、橡皮泥、海绵这些东西内有空气的存在吗？”学生思考之后，进行猜想。这样的方式不仅可以加深学生对于相关科学知识的认知，还能促进学生思维的发散、创造力的提高。

（三）将STEM教育与教材的科学内容合理结合

小学阶段的科学教育，离不开小学科学的教材，在小学科学教学中开展创客教育，需要老师将创客教育与小学的科学教材合理地结合，全面了解教材内容以及教学任务，结合学生的实际情况，开展创客教育，使学生在贴合自身特点的教学过程中，最大限度地激发学习自主性，更加积极地进行科学实验的探究，在不断的研究探索中促进学生自身创造力和实践能力的提高。同时，合理利用科学内容，可以为学生的实践探索提供有力的知识基础，增强学生的动手实践能力，发展学生的思维能力，为小学生的全面发展打下良好的基础。

（四）小学科学课堂与STEM教育有机融合教学模式的构建

1.项目式教学模式

采用项目式教学法，将存在联系的知识整合为若干教学项目。这样学生可选取项目，自行开展学习，再总结学习心得，并对学习结果进行反思和交流。例如，教学青岛版科學五年级下册第五单元“生活中的机械”时，老师可将“机械”作为一个学习项目，鼓励学生学习自己感兴趣的内容，包括机械的种类、作用、应用等。在创客模式下，老师不必强行限制学生的学习方向，学生做到有重点地掌握部分知识、了解其他知识即可。完成项目式教学后，老师评析若干学生（也可以是全体学生）的学习心得，促进学生共同进步。

2.小组教学模式

发挥学生的主体作用，将学生分为若干学习小组，让每一位学生都成为学习的主人。老师选取一名科学学习兴趣浓厚，或组织能力强、知识丰富的学生作为组长。在项目式教学法下，老师选取若干项目，组织学生学习，再由组长进行组内的统筹和分工，提高学习效果。以小组为单位完成学习报告。老师分析每个小组的报告，指出问题，肯定成绩，既能激发学生的学习积极性，又有助于小组之间取长补短，综合提升学生的学习效果。

3.远程教学模式

在创客教育模式下，小学科学教学不必局限于课堂和校园。老师可将科学知识整理成一个数据包或以微视频的形式发布，在问题驱动下引导学生思考和探索。在远程教学模式下，有效的问题引导可发挥创客模式的价值。