基于專業(yè)反思，破解高中科技創(chuàng)新教學(xué)難題

趙曉東 賀英超

如果把高中科技創(chuàng)新教學(xué)比喻成指導(dǎo)學(xué)生烹飪，那么教學(xué)中常見以下兩種情況：一種是教師烹飪水平較高，但只給學(xué)生提供單一廚具，以及白菜、土豆等普通食材；另一種情況是教師烹飪水平有限，只會(huì)教授以白菜、土豆為原料的菜品。無論哪種情況，其結(jié)果都是大多數(shù)學(xué)生只能利用有限的食材和簡單的廚具制作炒白菜、炒土豆、白菜燉土豆等菜品，很難學(xué)會(huì)其他的烹飪方法、創(chuàng)造其他類型菜品，久而久之，即便是自己制作的菜肴也會(huì)覺得食之無味，逐漸喪失烹飪興趣。

換句話說，如果科技創(chuàng)新教學(xué)中，教師無法給學(xué)生提供廣闊的創(chuàng)造空間，那很可能導(dǎo)致學(xué)生喪失科創(chuàng)激情。在筆者看來，教師個(gè)人的“烹飪水平”固然重要，但采用合適的教學(xué)方法更為關(guān)鍵，而后引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)個(gè)人愛好、現(xiàn)有儲(chǔ)備，掌握基礎(chǔ)方法并研制“創(chuàng)新菜品”。因此，筆者提出了“O+STEM教學(xué)法”。

“O+STEM教學(xué)法”的形成

學(xué)生的創(chuàng)造欲與生俱來，即便存在個(gè)體差異，但每個(gè)人均會(huì)在某一領(lǐng)域表現(xiàn)出特有的潛力?？萍紕?chuàng)新教學(xué)要激發(fā)每個(gè)學(xué)生的潛能，培養(yǎng)他們的科學(xué)精神、實(shí)踐創(chuàng)新、技術(shù)運(yùn)用等核心素養(yǎng)。

多年的實(shí)踐中，筆者發(fā)現(xiàn)困擾高中科技創(chuàng)新教學(xué)教師的核心問題在于：指導(dǎo)學(xué)生選題難、推進(jìn)創(chuàng)新項(xiàng)目效果差。高質(zhì)量的學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目應(yīng)具有較高的科技性、創(chuàng)新性、實(shí)用性、可行性、參與性等屬性。然而，在以往的教學(xué)中，教師往往被課程設(shè)置、教學(xué)水平、物質(zhì)條件等因素所限制，具體表現(xiàn)為：一些學(xué)生在教學(xué)前期已形成優(yōu)秀創(chuàng)意方案，但項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施無法有效推進(jìn)。教師不得不擱置部分難以推進(jìn)的優(yōu)秀學(xué)生創(chuàng)意，或者干脆降低前期選題環(huán)節(jié)難度，導(dǎo)致學(xué)生的選題范圍受限。不少學(xué)生因重復(fù)低質(zhì)量項(xiàng)目而喪失學(xué)習(xí)樂趣，也因缺少高質(zhì)量的項(xiàng)目喪失提升能力的機(jī)會(huì)。與此同時(shí)，很多教師即便開展了多年科技創(chuàng)新教學(xué)，仍舊“原地踏步”，甚至影響了學(xué)校開展科技創(chuàng)新教育的信心和勇氣，不利于高中科技創(chuàng)新教學(xué)整體的質(zhì)量提升。

筆者十幾年前開始從事高中科技創(chuàng)新教學(xué)。彼時(shí)，學(xué)校的教學(xué)條件較為簡陋，科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室僅有電鉆、曲線鋸、銼刀、鑿子等簡單工具，欠缺小型車床、鉆銑床等精密加工工具。又因?yàn)樽陨砜萍紕?chuàng)新教學(xué)經(jīng)驗(yàn)尚不足，思路不夠開闊。于是在指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，只能在選題階段就規(guī)避學(xué)校實(shí)驗(yàn)室不具備研究條件的“高技術(shù)含量”選題，導(dǎo)致學(xué)生也難以打開思路，選題范圍極為狹窄、項(xiàng)目研究視野局限、項(xiàng)目制作水平偏低，未能有效達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。例如2011-2012學(xué)年度，筆者曾擔(dān)任高一年級(jí)三個(gè)行政班150名學(xué)生的教學(xué)工作，一個(gè)學(xué)期結(jié)束，僅有5名學(xué)生完成創(chuàng)新項(xiàng)目，普遍存在科技性、創(chuàng)新性、實(shí)用性、可行性不足的問題，只有參與性尚可。

選題階段首先考慮“發(fā)現(xiàn)的問題”能否在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室內(nèi)解決，自己是否有能力指導(dǎo)，帶來的負(fù)面影響是直接的。問卷顯示：學(xué)校學(xué)生科創(chuàng)興趣普遍不足。研究性學(xué)習(xí)階段，未能向其他學(xué)科拓展，相關(guān)研究僅局限于小組討論制作，未能在制作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行深入的探究式學(xué)習(xí)。制作階段，僅使用學(xué)校實(shí)驗(yàn)室條件提供的木質(zhì)材料、塑料等作為原材料，進(jìn)行切割、打磨、黏合等初級(jí)制作，無法實(shí)現(xiàn)金屬加工、焊接、電路布置等操作，更無法完成程序編寫。

經(jīng)歷長期的反思、實(shí)踐，筆者總結(jié)了具有珠三角區(qū)域特色的“O+STEM教學(xué)法”，即在創(chuàng)意引領(lǐng)下進(jìn)行學(xué)科融合，基于問題引導(dǎo)的項(xiàng)目式教學(xué)法。

“O”是英文中“Originality”，中文釋義是創(chuàng)意，教師不限定學(xué)生創(chuàng)意的范圍，不直接提供幾個(gè)“創(chuàng)意”供學(xué)生選擇，而是鼓勵(lì)學(xué)生大膽想象和構(gòu)思，先有創(chuàng)意后找條件?！癝TEM”即：科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門學(xué)科英文首字母的縮寫，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科整合。以問題解決為導(dǎo)向，支持學(xué)生在解決問題的過程中整合、運(yùn)用和遷移不同學(xué)科知識(shí)與方法，并進(jìn)一步生成新思路、新方法、新技術(shù)和新產(chǎn)品。

總之，“O+STEM教學(xué)法”的核心是根據(jù)創(chuàng)意的研究方向主動(dòng)進(jìn)行跨學(xué)科整合，而不是在相關(guān)學(xué)科的學(xué)習(xí)中被動(dòng)地尋找創(chuàng)意。教師要打破限制、整合資源，盡可能保證學(xué)生大膽想象、小心求證、主動(dòng)學(xué)習(xí)、合作探究、盡情展示。

“O+STEM教學(xué)法”的準(zhǔn)備

因勢(shì)利導(dǎo)。要求教師積極參加學(xué)術(shù)會(huì)議、教研活動(dòng)、學(xué)科競(jìng)賽，充分解讀各級(jí)相關(guān)文件，及時(shí)掌握科技創(chuàng)新教育的相關(guān)要求和最新動(dòng)態(tài)，確定工作計(jì)劃，積極申報(bào)科技創(chuàng)新、創(chuàng)客、人工智能、信息技術(shù)、勞動(dòng)教育方面的特色學(xué)校（或示范學(xué)校、工作室等），爭取政策和經(jīng)費(fèi)支持，為實(shí)施教學(xué)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。

因地制宜。要求教師根據(jù)學(xué)校實(shí)際情況整合教學(xué)資源，如加強(qiáng)與信息技術(shù)、數(shù)學(xué)、物理、生物等科組的聯(lián)動(dòng)，共同制定項(xiàng)目設(shè)計(jì)指導(dǎo)方案，為學(xué)生開展相關(guān)研究提供學(xué)科支持；吸收學(xué)校電教員、電工或具有電路知識(shí)的人員加入科創(chuàng)教師團(tuán)隊(duì)，為學(xué)生項(xiàng)目制作提供技術(shù)指導(dǎo)；在現(xiàn)有科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)上向?qū)W校申請(qǐng)開放通用技術(shù)功能室、信息技術(shù)功能室、物理實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)所，增購激光切割機(jī)、3D打印機(jī)、小型機(jī)床、鉆銑床等設(shè)備，為學(xué)生的項(xiàng)目制作提供物質(zhì)條件。

因材施教。要求教師針對(duì)不同基礎(chǔ)、興趣愛好的學(xué)生進(jìn)行分層教學(xué)，例如有一定比例的高一新生在初中階段接受過科技創(chuàng)新相關(guān)學(xué)習(xí)，具有一定基礎(chǔ)，還有一定比例的學(xué)生雖無基礎(chǔ)但學(xué)習(xí)興趣濃厚。教師可合理分組，如每組3人，包括1名有基礎(chǔ)的學(xué)生、1名興趣高的學(xué)生、1名無基礎(chǔ)且興趣相對(duì)一般的學(xué)生，但具體成員可自由組合。在教學(xué)中，教師根據(jù)各小組表現(xiàn)出的能力、特點(diǎn)為他們確定項(xiàng)目方向和難度，并分配相應(yīng)資源。

“O+STEM教學(xué)法”的實(shí)施

發(fā)現(xiàn)問題。指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目選題時(shí)，教師應(yīng)突破教學(xué)資源限制，從鼓勵(lì)創(chuàng)新的角度引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)好問題、提出好問題，并探索解決問題的方法和途徑。所謂“好問題”，指的是在現(xiàn)有條件下可解決或部分解決，且具有一定現(xiàn)實(shí)意義的問題。若教師發(fā)現(xiàn)運(yùn)用現(xiàn)有方法的確無法解決某一問題，則應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生修改選題或重新選題。學(xué)生每天將發(fā)現(xiàn)的問題記錄在工程筆記中，并利用周末進(jìn)行相關(guān)社會(huì)調(diào)查，在課上根據(jù)日常記錄所得選擇自己認(rèn)為的好問題，并填寫《創(chuàng)意卡》，而后遴選問題，反復(fù)打磨創(chuàng)意。因?yàn)轫?xiàng)目的選題質(zhì)量往往影響學(xué)生下一階段的學(xué)習(xí)動(dòng)力。該階段教師應(yīng)注意學(xué)生問題分析及認(rèn)知能力較弱的特點(diǎn)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、運(yùn)用科學(xué)方法等方面的能力。

研究問題。指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生選題的屬性和所在小組特點(diǎn)指導(dǎo)學(xué)生規(guī)劃解決問題的路徑，即在創(chuàng)意的引領(lǐng)下開展相關(guān)探究性學(xué)習(xí)。例如學(xué)生的項(xiàng)目為發(fā)明創(chuàng)造，教師可指導(dǎo)他們?cè)谛畔⒓夹g(shù)、數(shù)學(xué)等課程的學(xué)習(xí)中主動(dòng)弄懂相關(guān)原理，向相關(guān)學(xué)科教師請(qǐng)教，或加入相關(guān)社團(tuán)、走進(jìn)校外實(shí)踐基地進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，在科創(chuàng)教師和相關(guān)學(xué)科教師的共同指導(dǎo)下推進(jìn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)。該階段教師應(yīng)針對(duì)初中生自主學(xué)習(xí)能力弱、知識(shí)技能儲(chǔ)備欠缺等特點(diǎn)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生自主探究的能力，并引導(dǎo)其掌握撰寫研究報(bào)告、編程、機(jī)械操作、實(shí)驗(yàn)操作等方面的知識(shí)和技能。

解決問題。指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作，按照本組項(xiàng)目技術(shù)要求，選擇相關(guān)功能室、選用合適的設(shè)備，由電教員、電工或具有電路知識(shí)的人員提供技術(shù)指導(dǎo)，并利用假期進(jìn)行相關(guān)社會(huì)調(diào)查和實(shí)踐活動(dòng)，在不斷改進(jìn)項(xiàng)目的過程中深化探究。過程中，由科創(chuàng)教師指導(dǎo)材料采購、安全操作、社會(huì)調(diào)查和實(shí)踐基地選擇等。該階段教師應(yīng)針對(duì)初中生動(dòng)手能力差、安全意識(shí)弱的特點(diǎn)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和安全意識(shí)。

在某種程度上，運(yùn)用這兩部分六步驟的科技創(chuàng)新教學(xué)策略，可以最大限度調(diào)動(dòng)家校社資源，使教師突破教學(xué)環(huán)境限制，充分開展教學(xué)，提高自身能力；使學(xué)生突破學(xué)習(xí)條件限制，充分釋放想象力，更高效地實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)。以創(chuàng)意為燈塔，各學(xué)科知識(shí)為火把，學(xué)生在科技創(chuàng)新中，向著前方行進(jìn)，其興趣被激發(fā)、思維被塑造，能力有提升、技術(shù)會(huì)遷移，得到了全面培養(yǎng)。