未來教學(xué)模式之“基于TRIZ的STEAM教學(xué)”

吳丙朕

面對日新月異的社會與經(jīng)濟(jì)變革，全球許多國際組織、國家和地區(qū)都在思考如何培養(yǎng)未來的公民，使其更好地適應(yīng)21世紀(jì)的工作與生活。對未來教育的思考，美國21世紀(jì)技能合作組織（以下簡稱“美國P21”）提出了21世紀(jì)技能（21st Century Skills）。如圖1所示，這道“彩虹”闡明了當(dāng)今時代最需要學(xué)生達(dá)到的學(xué)習(xí)成果，包括課程學(xué)科主題學(xué)習(xí)和21世紀(jì)的技能學(xué)習(xí)，即基礎(chǔ)是核心學(xué)科學(xué)習(xí)，關(guān)鍵是亟須掌握的21世紀(jì)技能。

● 未來教育教學(xué)模式的研究

如何把21世紀(jì)核心素養(yǎng)從理論轉(zhuǎn)化為教育實踐，美國P21提出了三個步驟：一是面向21世紀(jì)核心素養(yǎng)的課程。強調(diào)設(shè)置跨學(xué)科主題，結(jié)合基于真實生活情境的跨學(xué)科主題展開課程內(nèi)容，如STEAM教學(xué)等。二是面向21世紀(jì)核心素養(yǎng)的教與學(xué)?；诤诵乃仞B(yǎng)的教育要求，教與學(xué)的方式發(fā)生變革。以學(xué)生為中心、圍繞真實情境中的問題展開探索，能夠激發(fā)學(xué)生的原有經(jīng)驗，促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，有助于滿足不同學(xué)生的需求，促進(jìn)相關(guān)素養(yǎng)的培養(yǎng)，如通過設(shè)計并開展基于問題或基于項目的學(xué)習(xí)，實現(xiàn)以學(xué)生為中心、主動學(xué)習(xí)和解決現(xiàn)實情境中的問題。三是面向21世紀(jì)核心素養(yǎng)的評價。開發(fā)體現(xiàn)核心素養(yǎng)的多樣化、多形態(tài)的測評工具，建立以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的評價與反饋系統(tǒng)，是各國或地區(qū)推進(jìn)21世紀(jì)核心素養(yǎng)教育的重要抓手，如新西蘭將對核心素養(yǎng)的監(jiān)測融入了其每年一次的學(xué)生學(xué)業(yè)成就國家監(jiān)測研究中。

● STEAM教學(xué)——實現(xiàn)未來教學(xué)的重要途徑

STEAM是五個單詞的縮寫：Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）、Arts（藝術(shù)）和Mathematics（數(shù)學(xué)）。STEAM是美國政府提出的教育倡議，即加強美國K12關(guān)于科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)以及數(shù)學(xué)的教育。

為什么說STEAM教學(xué)可以作為培養(yǎng)學(xué)生21世紀(jì)技能的重要途徑呢？我們可以從STEAM教育的核心特征上找到原因。STEAM教育中多學(xué)科的教學(xué)緊密相連，它以整合的教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生掌握知識和技能，并進(jìn)行靈活遷移應(yīng)用解決真實世界的問題（如下頁圖2）。它的幾個重要特征如下。

1.跨學(xué)科

將知識按學(xué)科進(jìn)行劃分，對科學(xué)研究、深入探究自然現(xiàn)象的奧秘有所助益，但并不反映生活世界的真實性和趣味性。因此，分科教學(xué)（如物理、化學(xué)等）在科學(xué)、技術(shù)和工程高度發(fā)達(dá)的今天已凸顯出很大弊端。針對這一問題，理工科教育出現(xiàn)了取消分科、整合教育的趨勢。STEAM教育應(yīng)運而生，跨學(xué)科性是它最重要的核心特征。

2.趣味性

STEAM教育在實施過程中要把多學(xué)科知識融入有趣、具有挑戰(zhàn)性、與學(xué)生生活相關(guān)的問題中，問題和活動的設(shè)計要能激發(fā)學(xué)習(xí)者內(nèi)在的學(xué)習(xí)動機，問題的解決要能讓學(xué)生有成就感。

3.體驗性

STEAM教育不僅主張通過自學(xué)或教師講授習(xí)得抽象知識，更強調(diào)“以學(xué)生為中心”，讓學(xué)生動手、動腦，參與學(xué)習(xí)過程。STEAM提供了學(xué)生動手做的學(xué)習(xí)體驗，學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的數(shù)學(xué)和科學(xué)知識應(yīng)對現(xiàn)實世界問題，創(chuàng)造、設(shè)計、建構(gòu)、發(fā)現(xiàn)、合作并解決問題。

4.情境性

STEAM教育具有情境性特征，它不是教授學(xué)生孤立、抽象的學(xué)科知識，而是強調(diào)把知識還原于豐富的生活，結(jié)合生活中有趣、挑戰(zhàn)的問題，通過學(xué)生的問題解決完成教學(xué)。

5.協(xié)作性

STEAM教育的協(xié)作性是要求學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計要包括“協(xié)作”和“會話”兩個要素：一是學(xué)生以小組為單位，共同搜集和分析學(xué)習(xí)資料，提出和驗證假設(shè)，評價學(xué)習(xí)成果；二是學(xué)習(xí)者通過會話商討如何完成規(guī)定的學(xué)習(xí)任務(wù)。小組學(xué)習(xí)最后的評價環(huán)節(jié)以小組成員的共同表現(xiàn)為參考，而不是根據(jù)個人的表現(xiàn)進(jìn)行獨立評價。

6.藝術(shù)性

在對學(xué)生設(shè)計作品的評價中，加入審美維度的評價，以提高學(xué)生作品的藝術(shù)性和美感。概括來說，STEAM教育的藝術(shù)性是以數(shù)學(xué)元素為基礎(chǔ)，從工程和藝術(shù)角度解釋科學(xué)和技術(shù)的。

但在開始具體實施教育中，我們發(fā)現(xiàn)了一個重要問題：由于學(xué)校缺少專業(yè)的教師及培養(yǎng)機制，所以現(xiàn)在的STEAM課程在各教學(xué)實施點實施時，普遍存在“內(nèi)容雷同、教學(xué)知識零散、碎片化、缺乏科學(xué)完善的課程資源體系結(jié)構(gòu)”的現(xiàn)象。雖然學(xué)生們的動手能力、協(xié)作能力等在一定程度上得到了很大提高，但其在自主思考問題的能力、創(chuàng)造力及創(chuàng)新能力上并沒有得到重點培養(yǎng)。因此，教師若有能力設(shè)計課程，不妨嘗試將TRIZ引入到STEAM課程中。

● 未來教學(xué)——基于TRIZ的STEAM教學(xué)

TRIZ理論是“發(fā)明問題解決理論”的簡稱，它可以“輕易解決看似不可能解決的問題”，它是蘇聯(lián)海軍部專利科學(xué)家根里奇·阿奇舒勒的團(tuán)隊，通過對250萬份發(fā)明專利的分析研究，總結(jié)歸納的一套發(fā)明創(chuàng)新理論，其目的是找出“人類解決現(xiàn)實中存在的問題、進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造、破解技術(shù)矛盾過程中可以遵循的科學(xué)原理和法則”。該理論體系架構(gòu)如圖3所示，它總結(jié)了企業(yè)產(chǎn)品發(fā)展進(jìn)化的客觀規(guī)律，提出了一系列分析、解決問題的具體流程和方法，能指導(dǎo)人們創(chuàng)造性地解決在實際科研生產(chǎn)中遇到的技術(shù)難題。TRIZ理論被稱為現(xiàn)代企業(yè)創(chuàng)新的“點金術(shù)”，2000年后被三星、寶潔、施樂、福特等公司廣泛應(yīng)用到公司的內(nèi)部培訓(xùn)中。

● TRIZ作為理論基礎(chǔ)的STEAM課程的意義

對于科學(xué)工作者或者技術(shù)學(xué)習(xí)者來說，不論是由行一項科學(xué)研究或是解決一個技術(shù)難題，他們的大部分精力和時間看似都耗費在處理表象層面的功能性、可行性等難題上，實際上他們最大的收獲在于，在實踐的過程中，如果能找到一種解決方法或一種經(jīng)驗性規(guī)律，并將其最終應(yīng)用于其他新的實際命題當(dāng)中，以后類似的問題就很容易解決了。

TRIZ理論完全滿足了我們對這些經(jīng)驗型成果的需要，為我們提供了一整套先進(jìn)、實用的創(chuàng)新方法。這在STEAM課程開發(fā)階段，對課程的設(shè)計規(guī)劃有著重要的指導(dǎo)意義，能保證活動中的學(xué)生通過系統(tǒng)培養(yǎng)獲得大量的創(chuàng)新訓(xùn)練指導(dǎo)，也能使創(chuàng)新能力、實踐能力得到不同程度的提高。

● TRIZ作為理論基礎(chǔ)的STEAM課程簡要參考范例（如左表）

總之，在課程實施過程中，加入“基于生活實例進(jìn)行分析，我們?nèi)绾螒?yīng)用TRIZ解決問題”的課程，將TRIZ理論與STEAM課程有機整合在一起，必將使課程效果得到質(zhì)的提升，從而有效實現(xiàn)未來教學(xué)，成為一條培養(yǎng)具備21世紀(jì)技能的人才的重要路徑。

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