基于专业反思，破解高中科技创新教学难题

赵晓东 贺英超

如果把高中科技创新教学比喻成指导学生烹饪，那么教学中常见以下两种情况：一种是教师烹饪水平较高，但只给学生提供单一厨具，以及白菜、土豆等普通食材；另一种情况是教师烹饪水平有限，只会教授以白菜、土豆为原料的菜品。无论哪种情况，其结果都是大多数学生只能利用有限的食材和简单的厨具制作炒白菜、炒土豆、白菜炖土豆等菜品，很难学会其他的烹饪方法、创造其他类型菜品，久而久之，即便是自己制作的菜肴也会觉得食之无味，逐渐丧失烹饪兴趣。

换句话说，如果科技创新教学中，教师无法给学生提供广阔的创造空间，那很可能导致学生丧失科创激情。在笔者看来，教师个人的“烹饪水平”固然重要，但采用合适的教学方法更为关键，而后引导学生根据个人爱好、现有储备，掌握基础方法并研制“创新菜品”。因此，笔者提出了“O+STEM教学法”。

“O+STEM教学法”的形成

学生的创造欲与生俱来，即便存在个体差异，但每个人均会在某一领域表现出特有的潜力。科技创新教学要激发每个学生的潜能，培养他们的科学精神、实践创新、技术运用等核心素养。

多年的实践中，笔者发现困扰高中科技创新教学教师的核心问题在于：指导学生选题难、推进创新项目效果差。高质量的学生创新项目应具有较高的科技性、创新性、实用性、可行性、参与性等属性。然而，在以往的教学中，教师往往被课程设置、教学水平、物质条件等因素所限制，具体表现为：一些学生在教学前期已形成优秀创意方案，但项目设计与实施无法有效推进。教师不得不搁置部分难以推进的优秀学生创意，或者干脆降低前期选题环节难度，导致学生的选题范围受限。不少学生因重复低质量项目而丧失学习乐趣，也因缺少高质量的项目丧失提升能力的机会。与此同时，很多教师即便开展了多年科技创新教学，仍旧“原地踏步”，甚至影响了学校开展科技创新教育的信心和勇气，不利于高中科技创新教学整体的质量提升。

笔者十几年前开始从事高中科技创新教学。彼时，学校的教学条件较为简陋，科技创新实验室仅有电钻、曲线锯、锉刀、凿子等简单工具，欠缺小型车床、钻铣床等精密加工工具。又因为自身科技创新教学经验尚不足，思路不够开阔。于是在指导学生进行项目设计时，只能在选题阶段就规避学校实验室不具备研究条件的“高技术含量”选题，导致学生也难以打开思路，选题范围极为狭窄、项目研究视野局限、项目制作水平偏低，未能有效达成教学目标。例如2011-2012学年度，笔者曾担任高一年级三个行政班150名学生的教学工作，一个学期结束，仅有5名学生完成创新项目，普遍存在科技性、创新性、实用性、可行性不足的问题，只有参与性尚可。

选题阶段首先考虑“发现的问题”能否在学校实验室内解决，自己是否有能力指导，带来的负面影响是直接的。问卷显示：学校学生科创兴趣普遍不足。研究性学习阶段，未能向其他学科拓展，相关研究仅局限于小组讨论制作，未能在制作原理、结构设计等方面进行深入的探究式学习。制作阶段，仅使用学校实验室条件提供的木质材料、塑料等作为原材料，进行切割、打磨、黏合等初级制作，无法实现金属加工、焊接、电路布置等操作，更无法完成程序编写。

经历长期的反思、实践，笔者总结了具有珠三角区域特色的“O+STEM教学法”，即在创意引领下进行学科融合，基于问题引导的项目式教学法。

“O”是英文中“Originality”，中文释义是创意，教师不限定学生创意的范围，不直接提供几个“创意”供学生选择，而是鼓励学生大胆想象和构思，先有创意后找条件。“STEM”即：科学、技术、工程、数学四门学科英文首字母的缩写，强调跨学科整合。以问题解决为导向，支持学生在解决问题的过程中整合、运用和迁移不同学科知识与方法，并进一步生成新思路、新方法、新技术和新产品。

总之，“O+STEM教学法”的核心是根据创意的研究方向主动进行跨学科整合，而不是在相关学科的学习中被动地寻找创意。教师要打破限制、整合资源，尽可能保证学生大胆想象、小心求证、主动学习、合作探究、尽情展示。

“O+STEM教学法”的准备

因势利导。要求教师积极参加学术会议、教研活动、学科竞赛，充分解读各级相关文件，及时掌握科技创新教育的相关要求和最新动态，确定工作计划，积极申报科技创新、创客、人工智能、信息技术、劳动教育方面的特色学校（或示范学校、工作室等），争取政策和经费支持，为实施教学奠定物质基础。

因地制宜。要求教师根据学校实际情况整合教学资源，如加强与信息技术、数学、物理、生物等科组的联动，共同制定项目设计指导方案，为学生开展相关研究提供学科支持；吸收学校电教员、电工或具有电路知识的人员加入科创教师团队，为学生项目制作提供技术指导；在现有科技创新实验室基础上向学校申请开放通用技术功能室、信息技术功能室、物理实验室等场所，增购激光切割机、3D打印机、小型机床、钻铣床等设备，为学生的项目制作提供物質条件。

因材施教。要求教师针对不同基础、兴趣爱好的学生进行分层教学，例如有一定比例的高一新生在初中阶段接受过科技创新相关学习，具有一定基础，还有一定比例的学生虽无基础但学习兴趣浓厚。教师可合理分组，如每组3人，包括1名有基础的学生、1名兴趣高的学生、1名无基础且兴趣相对一般的学生，但具体成员可自由组合。在教学中，教师根据各小组表现出的能力、特点为他们确定项目方向和难度，并分配相应资源。

“O+STEM教学法”的实施

发现问题。指导学生进行项目选题时，教师应突破教学资源限制，从鼓励创新的角度引导学生发现好问题、提出好问题，并探索解决问题的方法和途径。所谓“好问题”，指的是在现有条件下可解决或部分解决，且具有一定现实意义的问题。若教师发现运用现有方法的确无法解决某一问题，则应指导学生修改选题或重新选题。学生每天将发现的问题记录在工程笔记中，并利用周末进行相关社会调查，在课上根据日常记录所得选择自己认为的好问题，并填写《创意卡》，而后遴选问题，反复打磨创意。因为项目的选题质量往往影响学生下一阶段的学习动力。该阶段教师应注意学生问题分析及认知能力较弱的特点，重点培养学生发现问题、运用科学方法等方面的能力。

研究问题。指导学生进行项目设计，教师应根据学生选题的属性和所在小组特点指导学生规划解决问题的路径，即在创意的引领下开展相关探究性学习。例如学生的项目为发明创造，教师可指导他们在信息技术、数学等课程的学习中主动弄懂相关原理，向相关学科教师请教，或加入相关社团、走进校外实践基地进行探究性学习，在科创教师和相关学科教师的共同指导下推进项目设计。该阶段教师应针对初中生自主学习能力弱、知识技能储备欠缺等特点，重点培养学生自主探究的能力，并引导其掌握撰写研究报告、编程、机械操作、实验操作等方面的知识和技能。

解决问题。指导学生进行项目设计与制作，按照本组项目技术要求，选择相关功能室、选用合适的设备，由电教员、电工或具有电路知识的人员提供技术指导，并利用假期进行相关社会调查和实践活动，在不断改进项目的过程中深化探究。过程中，由科创教师指导材料采购、安全操作、社会调查和实践基地选择等。该阶段教师应针对初中生动手能力差、安全意识弱的特点，重点培养学生的动手能力和安全意识。

在某种程度上，运用这两部分六步骤的科技创新教学策略，可以最大限度调动家校社资源，使教师突破教学环境限制，充分开展教学，提高自身能力；使学生突破学习条件限制，充分释放想象力，更高效地实现自主学习、探究学习。以创意为灯塔，各学科知识为火把，学生在科技创新中，向着前方行进，其兴趣被激发、思维被塑造，能力有提升、技术会迁移，得到了全面培养。