基于STEM理念对学生创新能力的培养

陆海兵

STEM代表科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），数学（Mathematics）。STEM教育就是科学、技术、工程和数学多学科融合的综合教育。STEM课程并不是科学、技术、工程和数学教育的简单叠加，而是要将四门学科内容融合形成有机整体，以更好地培养学生的创新精神与实践能力。

科学课《我的保温盒》，为什么确定为“我的保温盒”？关键是“我的”，这是突出学生自主设计、培养学生创新能力的前提。一开始的教学设计是教师自己在课前做一个，让学生观察分析各部分的构造和用途，学生再尝试做一个。这样的教学设计，是让学生依样画葫芦，课堂也会变得平淡无奇。从“画葫芦”到做“我的”，这样的过程，虽只是课题稍做变动，但它体现了教师教育观念的改变。

一、激发学习兴趣，为学生创新提供动力

激发学生对本学科的学习兴趣，是促使他们感知事物、发展思维的强大动力。只有当学生對课堂学习感兴趣时，他们才能积极主动而且心情愉快地去创新学习。

本堂课的导入是这样设计的：

小朋友们，老师这儿有一杯汤。这是一杯紫菜汤，它是我们生活中常吃的，而且做起来简单。问题是老师想把它留到中午才吃，到时会发生什么情况？那么，有什么办法使它即使到了中午吃也是热腾腾的呢？

这样的设计已经很好了：将生活中碰到的实际问题提出，激发学生的思考，寻求解决方案。这样的情境创设具备了学生解决问题的原动力，但缺少了科学知识的融合。

小朋友们，我们在科学课堂上已经学习过一课《热》，考一考大家：

炒菜时对锅加热，锅里的菜会变熟，利用的是（热传导）。

冬天利用取暖器取暖，利用的是（热辐射）。

知道风是怎么形成的吗？（空气的热对流）烧开水时只是对水壶底部加热，为什么最后整壶水都开了？（水的热对流）

所以，我们说热是可以传递的，与其相伴的温度也是可以传递的。那生活中有没有一些东西是可以隔绝热的传递的呢？

其实，生活中还有很多这样的例子，譬如外卖小哥送外卖时，为了保持食品的温度，就需要一个保温的东西。还有，譬如我要将一箱海鲜运到一个朋友家里，需要两个小时，那也是需要保温（保低温）的。所以，这堂课就让我们来当一回小小设计师，自己设计出一种能保持内部温度的容器，而且这种容器既能装汤类液体，也能装冰块类的固体。

两种导入方式区别在于修改后的导入，激发了学生解决实际问题的原动力以及对科学知识的融合。

二、充分准备学具，为学生提供创新空间

学具的准备应以教学目标为基础，本堂课的教学目标是：

通过做中学，让学生主动参与整个活动，侧重于在体验中调动学生的积极性，培养学生解决问题的能力。

活动主要是从保温盒的问题思考、设计交流、修正设计到制作测试的过程，遵循一般性创新制作的基本流程，以贴近生活实际。

通过制作让学生了解保温盒的一般构成和所需材料。

通过制作来调动学生的参与积极性，培养荣誉感。

其中，创新制作是本堂课的教学特点，没有创新的制作，只提供制作保温盒的基本材料，那就是一堂干巴巴的劳技课了。如何不限制学生的创新思维又能紧扣课堂教学目标，就是从学生的学具着手，尽量多为学生准备想到的材料，也提供学生可能想不到的材料。本堂课为学生准备的材料有：大小矿泉水瓶各1个，大小鞋盒各1个，圆形打包盒大小各1个，方形打包盒大小各1个，泡沫块若干，棉絮若干，铝箔若干，A4纸若干。提供的材料很多，关键是启发学生如何利用好准备的材料，而不是对材料简单地组装。

培养学生的合作能力、创新精神，是需要合适的内容与载体的。所以，给学生提供可创新的材料，才能更好地为学生提供创新空间，课堂上才会很自然地引发学生去合作、去创新、去思考，并激发学生在学习的过程中动脑想、动口说、动手做，想方设法展示自己的成果。

三、改变教学方式，为学生创新铺路搭桥

学生学习方式的改变，说到底是教师教学方式的改变。前面提到“画葫芦”其实就是学生跟着教师做，或者说是根据已有的知识经验去实践，这样的教学其最后结果就是在已有的认知基础上学生去做一做，谈不上创新。在课堂上，有些学生是这样设计保温盒的：老师既然提供了相对应的大小材料，因此，学生设计出来的保温盒就很固定，譬如：用大的矿泉水瓶套小的，或者小的鞋盒放入大的鞋盒里。创新难道就止步于此了吗？创新应启发学生根据不同材料的特性，发挥丰富的想象;可以对材料进行创新组合，激发学生的创新思维，也许一种新型的保温盒就在这个课堂上诞生。

四、学科交叉融合，培养学生的综合素质

学科融合，理解上是把各学科知识掺杂在一起，所以融合看似很简单。我们不应该这样理解融合，真正的融合应该不是有意识的强加，而是水到渠成的交汇。譬如这堂《我的保温盒》，如果重在制作方面，那就是一堂纯粹的劳技课，如果重在科学知识的传授上，那就是一堂纯粹的科学课，如果重在数据的测量上，那就是一堂纯粹的数学课，所以有效地将学科知识之间交叉融合，是作为一堂具有创新性STEM课的必备条件。譬如：在制作保温盒的过程中，学生可能需要测量泡沫板的尺寸，那就用尺去测量一下。如果不必用，也无须强加上去让每个学生测量。要让学生认识到：数学不是静态的数学，它不是停留在纸面上的计算和严格的数学知识，科学也不仅仅是科学知识的理解和认知，更是带着工程思维和技术方法去解决问题。

STEM课程的教学，是多学科的融合。要让学生带着问题去思考，用工程技术知识科学地解决问题，最重要的是激发学生自主的创新意识。