淺析STEAM教學(xué)模式對學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的影響

徐娟娟

摘要：隨著社會的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)已日漸成為國家核心競爭力的關(guān)健，如何培養(yǎng)具備創(chuàng)新素養(yǎng)的人才成為各國重點關(guān)注的對象，而STEAM教育因其跨學(xué)科和重實踐的理念，對復(fù)合型人才培養(yǎng)有積極的推動作用而被越來越多的地區(qū)所接受。文章從STEAM教學(xué)模式含義、框架來認(rèn)識STEAM教學(xué)模式對學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的影響。

關(guān)鍵詞：STEAM教學(xué)模式;創(chuàng)新素養(yǎng)

文章編號：1008-0546（2021）03-0048-03 中圖分類號：G632.41 文獻標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.03.011

STEAM教育是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technolo-9y）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）、藝術(shù)（Arts）首字母的縮寫，由STEM教育發(fā)展而來，美國弗吉尼亞理工大學(xué)教授格雷特·亞克門（GeorgetteYakman）提出在原有基礎(chǔ)上加入Arts成分，將人文藝術(shù)與科學(xué)結(jié)合提高學(xué)生在科學(xué)和數(shù)學(xué)方面的成就，這里的Arts不單單是指狹義上的“藝術(shù)”，還包括語言、美學(xué)、音樂、形體、社會藝術(shù)等人文藝術(shù)項目[1]。

STEAM教育以跨學(xué)科的方式綜合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)和藝術(shù)，將這五門學(xué)科系統(tǒng)地結(jié)合在一起，引導(dǎo)學(xué)生適應(yīng)不斷更新的知識體系和不斷變化的社會需要。STEAM教育支持學(xué)生以學(xué)科整合的方式認(rèn)識世界，以綜合創(chuàng)新的形式改變世界，培養(yǎng)他們解決問題的創(chuàng)新能力，符合中學(xué)化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的要求[2]。是一種打破了傳統(tǒng)分科教育的新型教學(xué)范式，因為能有效地培養(yǎng)出創(chuàng)新人才和提高國家核心競爭力而被越來越多的地區(qū)所接納和使用。

一、STEAM教育

LSTEAM教學(xué)模式

STEAM教學(xué)模式強調(diào)以真實情境為驅(qū)動，用項目式學(xué)習(xí)的方法展開小組活動，這是STEAM教育的顯著特點。實驗探究是化學(xué)學(xué)科最突出的特點，這與項目式活動的特點不謀而合，其主題來源于生活中的實際問題，是基于真實問題解決的教育[3]：基于真實世界設(shè)計問題，我們研究的問題只有來自我們親身體驗的生活，這樣的探究才具有意義和可操作性，學(xué)生才有探索的欲望和積極性，可以更好地將所學(xué)知識與實踐聯(lián)系起來;確保探究問題與教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)，不能將探究活動流于形式，探究的目的是為了得到生活經(jīng)驗和專業(yè)知識，脫離了學(xué)科知識的探究則顯得毫無目的性。這就要求教師在課前的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)事先梳理好與本次探究活動所關(guān)聯(lián)的知識內(nèi)容，以便學(xué)生更好的理解應(yīng)用，這部分流程可以借鑒亞克門（Yakman）教授團隊提出的“STEAM教育教學(xué)過程卡”（如圖1）。

以項目為驅(qū)動的學(xué)習(xí)即PBL（Project Based-OnLearning）把分散的學(xué)科問題有機融合，學(xué)生通過項目實踐、合作學(xué)習(xí)來共同解決生活中的復(fù)雜問題[5]。項目式學(xué)習(xí)法很好地補充了原有教育，在其基礎(chǔ)上加入了學(xué)生動手實踐的部分，使抽象的知識鮮活化，同時增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.STEAM教育的基本框架

STEAM教育框架（如圖2）是類似金字塔型的結(jié)構(gòu)，表明將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)與藝術(shù)聯(lián)系起來，讓學(xué)生以更系統(tǒng)、更全面的整合方式認(rèn)識世界。

塔的最頂層是教育教學(xué)的最終目標(biāo)，表示達到的最高境界，培養(yǎng)學(xué)生的STEAM素養(yǎng)，能將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)系統(tǒng)結(jié)合，培養(yǎng)跨學(xué)科解決真實問題的思維和素養(yǎng)，與終身學(xué)習(xí)和可持續(xù)發(fā)展聯(lián)系起來，把它們內(nèi)化為一種自身能力，推動學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的發(fā)展;第二層是STE@M即綜合層，這一層是將五門學(xué)科綜合起來，鼓勵學(xué)生通過跨學(xué)科的方式去發(fā)現(xiàn)和解決問題;第三層是STEM+A，將藝術(shù)滲入科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)中，在理工科中加入藝術(shù)元素，用美的眼光去發(fā)現(xiàn)和改造世界;第四層是學(xué)科層，主要探討了科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)它們之間的聯(lián)系;第五層是具體課程層，主要是以上五門學(xué)科的相關(guān)課程。比如：藝術(shù)學(xué)科包括人文藝術(shù)、美學(xué)、音樂、語言、社會藝術(shù)等[6]。

STEAM教育跨越了各個學(xué)科原有的界限，打破了分科教育，使五門課程有序地結(jié)合起來，為學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的形成提供了可視化的途徑。

二、STEAM教學(xué)模式與創(chuàng)新素養(yǎng)

創(chuàng)新素養(yǎng)的本質(zhì)是創(chuàng)造性，是指依據(jù)一定目的，運用收集到的全部信息，產(chǎn)生出某種新穎、獨特及有社會價值的產(chǎn)品的智力品質(zhì)[7]。在這里，創(chuàng)新素養(yǎng)可以理解為學(xué)生應(yīng)具備的適應(yīng)社會發(fā)展需要的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法和創(chuàng)新人格，這些品質(zhì)除了先天的因素之外，大部分可以通過后天的訓(xùn)練習(xí)得，而STEAM教學(xué)模式因其跨學(xué)科、課程整合的屬性給創(chuàng)新素養(yǎng)的培養(yǎng)提供了很好的平臺。

1.STEAM教學(xué)模式對創(chuàng)新意識的影響

創(chuàng)新意識是指人們根據(jù)個體和社會發(fā)展的需要，萌生了前所未有的想法、設(shè)想、意識的動機[8]，是整個創(chuàng)新素養(yǎng)的先決條件和內(nèi)在驅(qū)動。

STEAM教學(xué)模式鼓勵孩子大膽質(zhì)疑，提出有意義的問題，并實際探索找尋答案。STEAM教學(xué)模式以基于項目和基于問題的形式開展系列探究活動，強調(diào)以真實生動的場景作為依托，研究表明，當(dāng)學(xué)生處在和自身環(huán)境相似的情境中時，能更好地遷移運用知識，迸發(fā)新穎想法，提出創(chuàng)新性問題。在STEAM教學(xué)過程中，學(xué)生積極主動地參與到探究過程中，提出問題、尋找資源、合作學(xué)習(xí)、解決問題，小組間的想法相互交流，碰撞出新的“火花”，產(chǎn)生新的思想，在不斷的新項目學(xué)習(xí)中，該過程循環(huán)往復(fù)，學(xué)生每次都有新的體驗、不同的感受，這樣潛移默化的影響，使學(xué)生對創(chuàng)新有著自己的理解和認(rèn)識，逐漸培養(yǎng)其創(chuàng)新意識。

同時，STEAM教學(xué)模式對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣有積極作用，在學(xué)習(xí)過程中遇到的探究性實驗，其內(nèi)容豐富、原理深刻，在生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛，充分利用這些演示實驗的“魔力”，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，點燃學(xué)習(xí)熱情。俗話說興趣是學(xué)習(xí)之母，濃厚的學(xué)習(xí)興趣可以促進學(xué)生積極參與實踐學(xué)習(xí)，探究科學(xué)奧妙，對創(chuàng)新意識培養(yǎng)起到了關(guān)鍵性的作用。

例如，以“滴水生火”“吹氣生火”這樣的化學(xué)魔術(shù)作為導(dǎo)人部分，來引發(fā)認(rèn)知沖突，因為在我們的印象中，“水火不相容”，那為什么又會“滴水生火”呢？緊接著探究原理，學(xué)習(xí)過氧化鈉的性質(zhì)實驗，說明過氧化鈉可以與水、二氧化碳生成氧氣并放熱的性質(zhì)。在觀察實驗時學(xué)生充滿了好奇心，還持有質(zhì)疑的心理，個個躍躍欲試，這正是創(chuàng)造性行為的內(nèi)在動力。

2.STEAM教學(xué)模式對創(chuàng)新思維的影響

思維是大腦對客觀現(xiàn)實的反應(yīng)，創(chuàng)新思維是在一般思維的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多種思維的綜合體，是一種新穎、高效解決問題的思維方式?，F(xiàn)實生活中的科技發(fā)明創(chuàng)造都離不開創(chuàng)新思維的應(yīng)用，它是創(chuàng)新素養(yǎng)的重要組成部分。創(chuàng)新思維可以分為聚合思維、發(fā)散思維等思維形式[9]。

STEAM教學(xué)模式對聚合思維的影響在于通過不斷地探索實踐得出最優(yōu)的解決方案或共性的普遍規(guī)律，孩子們通過探究不同條件下的反應(yīng)速率與產(chǎn)率，得出最佳途徑。把握物質(zhì)的內(nèi)在本質(zhì)，把看似雜亂無章、毫無關(guān)聯(lián)的事物有機聯(lián)系在一起，對人們發(fā)現(xiàn)大自然、解密自然事物有著積極的推動作用。例如，門捷列夫通過發(fā)現(xiàn)元素的內(nèi)在規(guī)律和聯(lián)系而創(chuàng)造出了元素周期表，推開了化學(xué)界的另一扇大門，為人們后續(xù)研究提供了便利的工具，這就是聚合思維在其中發(fā)揮了重要作用。

發(fā)散思維即由一個中心點出發(fā)向周圍輻射的思維形式，是創(chuàng)新思維的重要形式。STEAM教學(xué)模式可以培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，在實踐學(xué)習(xí)過程中，很多開放性的問題沒有唯一答案，教師鼓勵學(xué)生大膽說出自己的想法，并激勵大家付諸實踐去探索驗證自己的結(jié)論，形成發(fā)散思維。例如，在學(xué)習(xí)有機化學(xué)合成時，得到預(yù)定產(chǎn)品的合成路線有多種，因為有機物的種類數(shù)以萬計，所以教師鼓勵學(xué)生積極摸索自己的合成方法，合理即可，讓學(xué)生發(fā)散思維，去聯(lián)想、去發(fā)現(xiàn)、去創(chuàng)新。

3.STEAM教學(xué)模式對創(chuàng)新方法的影響

創(chuàng)新方法是科學(xué)思維、科學(xué)方法和科學(xué)工具的總稱，既包含實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的方法，也包含實現(xiàn)管理創(chuàng)新的方法。常見的創(chuàng)新方法有試錯法、六頂思考帽法、大腦風(fēng)暴法，TRIZ法等方法。

在STEAM教學(xué)模式中，大腦風(fēng)暴法的應(yīng)用有廣闊的舞臺，STEAM教學(xué)模式對此法有良好的推動作用。將少數(shù)人召集在一起以會議的形式，對某一個問題進行自由地思考和聯(lián)想，提出各自的設(shè)想和建議，所有參與者不準(zhǔn)對其他人言論正確性或準(zhǔn)確性進行任何評價的一種討論方法。能將團隊的智慧有效地結(jié)合利用起來，對于團隊的決策具有重要意義，因而備受STEAM教育者的青睞。

例如，在制取并收集較多O2時，應(yīng)采用哪種方法？小組參與者依次提出自己認(rèn)為合理的觀點，并闡述緣由，有些認(rèn)為可以采用高錳酸鉀加熱法、有些說用氯酸鉀與二氧化錳混合加熱法、有用雙氧水與二氧化錳反應(yīng)的方法，還有同學(xué)認(rèn)為可以用電解水的方法產(chǎn)生大量O2，也有的說可用液化空氣的方法就是工業(yè)生產(chǎn)O2的方法。最后大家結(jié)合原料的來源、成本高低，反應(yīng)條件等方面，選出最優(yōu)方案。

TRIZ法是從俄語翻譯過來的，其英語名稱是The-ory of the Solution of Inventive Problems，即發(fā)明問題解決理論。在STEAM教學(xué)模式中運用TRIZ理論的思維方法可以有效的打破思維慣性，使人們從傳統(tǒng)的思維中解放出來，從更廣闊的視角看待問題，快速發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì);“最終理想解”指明解決問題的目標(biāo)所在，明確解決問題的方向，從而有效避免盲目性;分析模型可以幫助人們正確定義問題的矛盾，細(xì)致梳理產(chǎn)生矛盾的過程和原因，保證有效、徹底的解決問題。

例如，在合成氨反應(yīng)中，實際怎樣操作才能生成更多的產(chǎn)物？由于該反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)，不能進行到底，因此提高產(chǎn)率是我們的目標(biāo)所在，是需要解決的問題。降低溫度對反應(yīng)的正向促進作用有多大？增大反應(yīng)物濃度對平衡正向移動貢獻作用有多少？或者分離出產(chǎn)物？然后通過一定的工具和技術(shù)實踐解決得出結(jié)論。

4.STEAM教學(xué)模式對創(chuàng)新人格的影響

創(chuàng)新人格是指有利于創(chuàng)新活動順利開展的個性品質(zhì)，它具有高度的自覺性和獨立性，是一個人的品質(zhì)與德行問題。創(chuàng)新人格是創(chuàng)新主體進行創(chuàng)新活動的心智基礎(chǔ)，是創(chuàng)新主體進行創(chuàng)新活動的能力基礎(chǔ)。

STEAM教學(xué)模式強調(diào)以項目形式展開探究，小組是基本構(gòu)成單位，成員間互相鼓勵、互相協(xié)調(diào)、互相促進、互相進步，共同面對挑戰(zhàn)。這樣每位學(xué)生都可以從同伴身上學(xué)到優(yōu)秀的品質(zhì)，形成自己獨特的創(chuàng)新人格，并進行創(chuàng)新活動。

通過接觸新觀念、解體常規(guī)知識結(jié)構(gòu)、破除思維定勢和整合多樣化經(jīng)驗體制，個體的多元文化經(jīng)驗對其創(chuàng)造性具有明顯的提升效應(yīng)。STEAM教學(xué)模式因其能有效提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和核心素養(yǎng)而被越來越多的國家和地區(qū)使用，當(dāng)前我國也在借鑒這種模式，STEAM教學(xué)模式對學(xué)生創(chuàng)新人格的影響是多角度、深層次的[10]，表現(xiàn)為創(chuàng)新解決問題的能力、有效提高實驗創(chuàng)新方法、創(chuàng)新素養(yǎng)的培養(yǎng)，等等。

通過對創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法和創(chuàng)新人格的影響分析，來探索新時代背景下的STEAM教學(xué)模式，將為促進教育改革和科技創(chuàng)新提供有效動力，要實現(xiàn)教育為時代育人的使命，就要積極吸納包括STEAM教育在內(nèi)的各國優(yōu)秀的教育經(jīng)驗[11]。在新型的社會環(huán)境下，我們的教育也要緊跟時代的步伐，積極擔(dān)負(fù)起技術(shù)變革帶給我們的使命，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知能力和科學(xué)創(chuàng)造力。

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