STEAM概念下小學科學教學中培養(yǎng)學生創(chuàng)新力的探討

魏思遠

STEAM教學是強調(diào)學生通過實驗達到教學效果的超學科的教育概念，該教學方式融合科學、技術、工程、數(shù)學和藝術學等多方面的手段，非常契合小學科學教學的理念。在小學科學教學過程中引入STEAM概念，能夠使學生保持較高的學習興趣，確保達到科學學科的教學目的，鼓勵學生動手操作，激發(fā)和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新力和其他各種能力，完全契合素質(zhì)教育的方向。本文以STEAM概念在小學四年級科學“溶解”教學中的應用為例，探討STEAM概念下學生的創(chuàng)新能力及相關能力的培養(yǎng)。

一、STEAM概念下的教學對培養(yǎng)創(chuàng)新力的作用

觀察力、想象力、動手能力、正向思維和逆向思維能力等，都是創(chuàng)新力的重要組成部分，同時與同學、教師的合作能力，對不同的問題提出疑問等批判能力，也是創(chuàng)新力的重要組成部分。在STEAM概念下，科學教學可以通過多種方式的結(jié)合，在保持和激發(fā)小學生想象力的前提下，在教學過程中，通過教師引導和對淺顯易懂的科學、技術、工程、藝術、生活知識的運用，以及STEAM概念下不同的設計，提升小學生的觀察能力、合作能力、質(zhì)疑（批評）能力、動手能力等，通過對所學知識和所做功課的舉一反三，提升正向思維和逆向思維能力，從而全面構(gòu)建和培養(yǎng)小學生的創(chuàng)新力，達到科學學科的教學目的，引導學生素質(zhì)的全面提升和發(fā)展。

二、STEAM概念下小學科學教學探討

（一）STEAM概念下的科學課程體系建設

為實現(xiàn)STEAM概念下的科學教學，培養(yǎng)學生的求知欲和創(chuàng)新力，學?？砂才艑W科教研組主導建設實驗室并配置相關實驗設備，教研室對應用STEAM體系開展教學及如何培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力進行充分研討，結(jié)合STEAM體系組織教案，設置課程中的關鍵點、興趣點，并排查各類安全隱患，對后續(xù)的教學活動做好各方面準備。例如，某學校與某大學生態(tài)環(huán)境學院國家重大水專項重點實驗室共同開發(fā)了科普用水生態(tài)小型成套裝置及實驗室，該裝置是安全可靠、操作簡單、科技含量高、生動有趣的實驗設備，以配合小學教學、研學和科普為主要目的，配套用于STEAM科學教學體系，可用于實現(xiàn)污水收集、水質(zhì)檢測、污水處理、達標排放等多個階段的科學實驗和教學，并由該大學科研團隊的研究生志愿參加輔助工作。教師結(jié)合課程進行設計，用于幫助學生理解溶解與反向操作，并進一步引導學生對環(huán)保、科技、水資源等產(chǎn)生興趣，提出疑問，探尋創(chuàng)新的解決辦法。

（二）STEAM概念下課程的具體教學環(huán)節(jié)

“溶解”一課需要達到的教學目標是：通過教學和實驗，讓學生感知不同物質(zhì)與水相溶時發(fā)生的物理變化，使學生建立起相關科學理念的知識架構(gòu)，夯實未來物理、化學教育的基礎知識。溶解是生活中常見的現(xiàn)象，其科學的外在表現(xiàn)主要是：在將不同的物質(zhì)放入水中時，某些物質(zhì)易溶于水，某些物質(zhì)難溶于水，某些物質(zhì)不溶于水，能溶于水的物質(zhì)不能通過過濾等簡單的物理方法從水中分離，要實現(xiàn)溶液中溶質(zhì)的分離，必須通過其他的科學手段。教師可以在學生觀察砂糖、面粉、干凈的細沙等的溶解現(xiàn)象時導入問題，使用純凈水讓學生進一步觀察砂糖的水溶現(xiàn)象，直至砂糖溶液飽和，對溶液適當加熱后進一步增加了砂糖的溶解量，引導學生觀察溫度對水溶現(xiàn)象的影響。在這個過程中，充分運用了攪拌、加熱、靜置等物理手段的STEAM概念，最后將教學用的純凈糖水經(jīng)純凈水稀釋后分發(fā)給學生飲用，以加深他們對課程的整體印象。通過教學和實驗，讓學生對生活中常見的溶解現(xiàn)象產(chǎn)生好奇并引發(fā)濃厚興趣，針對不同物質(zhì)的水溶現(xiàn)象，組織學生圍繞水溶過程中發(fā)生的顏色、混濁度、溶解、沉淀等變化進行觀察并展開討論和想象，激發(fā)學生的求知欲，并培養(yǎng)學生的創(chuàng)新力。

三、STEAM概念下科學教學對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

（一）觀察能力

觀察能力是創(chuàng)新力的基礎，良好的觀察力可以使學生發(fā)現(xiàn)問題并延續(xù)所發(fā)現(xiàn)的問題，思考解決方案。教師在已經(jīng)進行的教學內(nèi)容基礎上，引導學生觀察生活及周邊環(huán)境，列出生活中還有哪些物質(zhì)分別是易溶、難溶或不溶于水的，并可做適當?shù)某貒L試，提醒學生不要獨自利用加熱等手段做溶解實驗并說明理由。找出其他與水相關的問題，比如，為什么雨水不是干凈水，廚房和衛(wèi)生間的生活污水去哪里了等，通過觀察，進一步激發(fā)學生對生活和自然現(xiàn)象的好奇心，并探尋更多的奧秘，發(fā)現(xiàn)生活中的各種現(xiàn)象與教學的關系，提升學習知識的興趣。教師應引導學生將網(wǎng)絡作為學習知識和解決問題的手段，同時為后續(xù)課程中引導學生對環(huán)保、節(jié)約用水等知識進行學習做好鋪墊。

（二）培養(yǎng)正向思維和逆向思維能力

逆向思維是創(chuàng)新力不竭的源泉，溶解與結(jié)晶是引導學生進行正向思維和逆向思維非常好的例子。在STEAM概念下，經(jīng)過此前的溶解實驗和教學，學生已經(jīng)初步掌握了溶解規(guī)律，經(jīng)過教師引導如何將已經(jīng)溶解的物質(zhì)進行分離的提示，采用折紙過濾的方法，將水與面粉、細沙等進行分離，對比水與分離開的面粉、細沙和初始狀態(tài)的物質(zhì)的相同與不同；通過物理加熱的方式展示常溫狀態(tài)下砂糖溶解—飽和—加熱再溶解—加熱蒸發(fā)結(jié)晶的過程，認識加熱在砂糖溶解的不同階段所起到的作用，進一步強化學生的逆向思維模式，通過蒸發(fā)后的氣態(tài)水、液態(tài)水和冰的不同形態(tài)提出三態(tài)水的轉(zhuǎn)換及逆向轉(zhuǎn)換機理，強化逆向思維。

（三）激發(fā)想象力

小學生的生活經(jīng)驗和生活閱歷不多，多姿多彩的天真想象力是小學生非常重要的特質(zhì)，非常值得教師和家長珍惜。如何將學生的想象力引導到學習與創(chuàng)新上來并給予必要的肯定，是非常值得重視的問題。在溶解與結(jié)晶的教學過程中，在討論如何將細沙與水分離時，有學生提出了非常天真可愛的想法：“將細沙和水裝進沙包，用一根繩子拴緊，掄起來就可以將水甩出去，留下沙子?！边@是一個充滿了天真的想象，又是放在STEAM概念下利用離心力進行分離的可行性方案。通過教師和同學的鼓勵，學生又想象出將沙包放在洗衣機里脫水這一創(chuàng)新又省力的方法，進一步激活了科學課堂的教學氛圍，達到了預期的教學效果。

（四）植入節(jié)約用水等生態(tài)環(huán)保概念

對水的利用是工作和生活中基礎、常見的事情，水環(huán)境治理也是國家生態(tài)文明的重要組成部分。受傳統(tǒng)教育的影響，許多家長尤其是農(nóng)村地區(qū)的家長還存在節(jié)約用水與環(huán)保用水等方面的認知誤區(qū)。某大學生態(tài)環(huán)境學院科研團隊致力于村級生活污水處理及小型化設備的研發(fā)，在全國范圍內(nèi)得到了廣泛認可?；趯ι鷳B(tài)保護科普的目的，該團隊借助基于STEAM概念的污水處理實驗室，通過很短的途徑實現(xiàn)污水達標排放標準?；诖?，教師可以在課堂上，指導學生親自操作，通過高科技的手段完成生活污水轉(zhuǎn)變成清澈的凈水，體驗用課堂教學知識以外的方法實現(xiàn)溶解的反向工藝，了解其工作機理，實現(xiàn)對水資源的寶貴性及水資源的循環(huán)利用產(chǎn)生較深刻的認識。

（五）培養(yǎng)動手能力

在后續(xù)的“溶解”科學教學中，教師還可以結(jié)合技術與藝術等內(nèi)容設計進一步的逆向思維STEAM方案。此前的溶解都是水多于浸入物質(zhì)的，之后是通過結(jié)晶、沉淀等方式還原物質(zhì)的方案講解與實驗，而現(xiàn)階段教師可以帶領學生進行科學課程下的手工制陶，進行反向?qū)嶒灢僮?。教師引導學生從和泥開始，將適量的水與陶土攪拌后制成陶泥，經(jīng)過練泥、制坯、成形等步驟，完成陶胎的制作，還可讓學生根據(jù)自己的興趣愛好等在陶胎表面進行創(chuàng)作，組織學生應用已學過的知識點解釋陶器最后的自然干燥或燒制，并比較與此前所學知識的不同之處。

（六）協(xié)作能力

目前的在校學生，在家里是家人一致寵愛的對象，缺乏與教師和同學相處的經(jīng)驗。STEAM概念下的許多教學和實驗，可以通過讓學生互相配合完成某些功課或?qū)嶒?，使學生認識到協(xié)作的重要性，意識到只有通過與教師和同學的認真協(xié)作，才可以完成個人難以完成的任務，達到認知團隊作用、培養(yǎng)協(xié)作精神的教學目的。

STEAM概念與小學科學學科的教學目標具有非常高的吻合度。目前，在我國的小學教育中，STEAM概念正在興起，并在實踐中逐步走向成熟，學校及教師可以尋求有能力并熱心于小學教育的科研院所提供支持和幫助，建設STEAM概念下的小學科學教學體系，以實現(xiàn)良好的教學效果。將STEAM概念應用于科學教學，借此激發(fā)和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新力，具有非常高的可行性，會在學生的心中植下科學的種子，伴隨學生成長和成才。