STEAM教育對學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的影響及其實施策略

師保國　高云峰　馬玉赫

摘要：創(chuàng)新素養(yǎng)是學(xué)生應(yīng)具備的適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的創(chuàng)新品格和創(chuàng)新能力，它是學(xué)生核心素養(yǎng)的“核心”成分之一。在學(xué)校當(dāng)中提升學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)，STEAM教育是一條重要而有效的途徑。該文首先概括了STEAM教育的基本理念，進而分析了這一教育模式對學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的影響，最后對STEAM教育在教學(xué)中的實施策略進行了探討，提出從跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的角度，從開展實踐、促進專長發(fā)展的角度，以及從真實情境中的問題解決角度來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)，具體策略包括開展基于項目和基于問題的學(xué)習(xí)，特別是利用群體創(chuàng)新空間開展基于具有“實景”和“大型”特點項目的學(xué)習(xí)等。

關(guān)鍵詞：STEAM教育；創(chuàng)新素養(yǎng)；實施策略

伴隨著知識經(jīng)濟時代和全球化網(wǎng)絡(luò)信息科技時代的到來，社會環(huán)境愈發(fā)呈現(xiàn)出復(fù)雜多變、快速變遷的特點。在以Google、Facebook、Twitter等為代表的“現(xiàn)代社會”及“后現(xiàn)代社會”當(dāng)中，人們需要更加靈活、更加多樣化的素養(yǎng)去適應(yīng)這些快速、顯著的變化。其中，以“創(chuàng)造性”為核心的創(chuàng)新素養(yǎng)作為應(yīng)對未來復(fù)雜多變環(huán)境的重要條件，得到了國際與國內(nèi)社會的普遍認(rèn)同。具備高水平的創(chuàng)新素養(yǎng)，意味著個體能夠在生活、學(xué)習(xí)、工作中有效解決各種問題，適應(yīng)經(jīng)濟轉(zhuǎn)型、信息化、城鎮(zhèn)化、老齡化社會所帶來的時代變革；同時還意味著國家可以有效應(yīng)對世界科技的迅猛發(fā)展和綜合國力的激烈競爭，提升國際地位和影響力。因此，如何通過教育促進學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的獲得與發(fā)展，是擺在各級各類學(xué)校面前的一項重大而意義深遠(yuǎn)的任務(wù)。

創(chuàng)新素養(yǎng)的實質(zhì)是創(chuàng)造性，而創(chuàng)造性是指根據(jù)一定的目的，運用一切已知信息，產(chǎn)生出某種新穎、獨特、有社會意義或個人價值的產(chǎn)品的智力品質(zhì)。結(jié)合這一內(nèi)涵以及教育部文件對核心素養(yǎng)的定義，我們可以把創(chuàng)新素養(yǎng)界定為學(xué)生應(yīng)具備的適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的創(chuàng)新品格和創(chuàng)新能力。作為學(xué)生核心素養(yǎng)的“核心”成分之一，創(chuàng)新素養(yǎng)是逐步形成和發(fā)展的，在發(fā)展過程中會受到先天條件和后天環(huán)境等各種因素的影響。因此，從學(xué)校教育的角度而言，創(chuàng)新素養(yǎng)一方面需要保護，另一方面也是可教、可學(xué)的。換言之，無論是創(chuàng)新品格還是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)落實，都需要通過學(xué)校教育教學(xué)實踐來實現(xiàn)。根據(jù)國際相關(guān)研究，在這一方面STEAM教育可以發(fā)揮巨大的作用。接下來，本文將主要介紹STEAM教育的基本理念及其對創(chuàng)新素養(yǎng)的影響，進而從具體的教學(xué)、課程落實角度提供可行有效的實施策略。

一、STEAM教育的基本理念

“STEAM”一詞緣起于“STEM”教育，指的是與科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematies）學(xué)科相關(guān)的教育。后來人們認(rèn)識到完整的教育還需要把人文藝術(shù)（Arts）加入進來，“STEAM”教育由此而產(chǎn)生。與傳統(tǒng)的分科教學(xué)不同，SIEAM教育將相關(guān)的課程進行有機交叉融合，相互協(xié)調(diào)作用，形成一個知識體系，并將其應(yīng)用于實際的問題解決之中。這一教育概念的提出源自于20世紀(jì)80年代的美國，為了應(yīng)對國際勞動力市場的激烈競爭和提高勞動者的職業(yè)勝任能力，美國的科學(xué)教育工作者最先提出了STEM教育，并得到了廣泛認(rèn)可。之后，STEM教育不斷得到來自政府以及各教育相關(guān)組織的支持，開發(fā)出了相應(yīng)的、成體系的教學(xué)方法和評價機制。與STEM教育評價標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的，有由美國國家研究委員會于2008年舉行的研討會創(chuàng)建的21世紀(jì)技能框架和由美國工程與技術(shù)認(rèn)證委員會（ABET）開發(fā)的工程標(biāo)準(zhǔn)等，這些標(biāo)準(zhǔn)由專業(yè)人士設(shè)計而成，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于STEAM教育之中。在核心素養(yǎng)的培養(yǎng)過程中，應(yīng)重視跨學(xué)科思路、重視真實情境中的問題解決以及強調(diào)全體學(xué)生的發(fā)展等方面，這些要求與STEAM教育所倡導(dǎo)的核心理念不謀而合。

（一）強調(diào)跨學(xué)科、跨領(lǐng)域

基于對培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)尤其是實踐創(chuàng)新素養(yǎng)的要求，教育教學(xué)中應(yīng)重視跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的知識融合，而STEAM教育十分強調(diào)這一點。STEAM教育強調(diào)通過整合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)和人文藝術(shù)等多個學(xué)科、多個領(lǐng)域的知識與技能，在傳統(tǒng)上相互分離、各成體系的學(xué)科中間建立一座溝通的橋梁，使學(xué)生學(xué)習(xí)的分專業(yè)的、零碎的知識變成一個相互聯(lián)系、相互統(tǒng)一的整體，讓他們能夠從完整、系統(tǒng)的視角去認(rèn)識世界，認(rèn)識社會。在實現(xiàn)這些目標(biāo)的同時，避免了傳統(tǒng)分科教學(xué)所存在的知識割裂現(xiàn)象，有利于學(xué)生形成跨學(xué)科或交叉學(xué)科的綜合素養(yǎng)，有利于實踐創(chuàng)新素養(yǎng)的形成。

（二）強調(diào)真實問題

核心素養(yǎng)特別是實踐創(chuàng)新素養(yǎng)的培育不會只停留在理論與抽象層面，而會融入到現(xiàn)實的問題解決中，重視問題解決的真實性、情境性。某種程度上，學(xué)習(xí)是一種問題解決的過程，而增進學(xué)生的問題解決能力則是教育最重要的目標(biāo)之一。然而，注重書本知識的傳統(tǒng)教育卻恰好忽視了這一學(xué)習(xí)的核心含義，忽視了對學(xué)生實際問題解決能力的培養(yǎng)，從而導(dǎo)致在這種教育模式下培養(yǎng)出來的學(xué)生難以很好地適應(yīng)社會生活，使學(xué)校教育與實際生活之間產(chǎn)生了嚴(yán)重的錯位。在這一背景下，STEAM為促進個體問題解決能力的發(fā)展提供了一種新途徑。在STEAM教育中，學(xué)生們所面臨的問題往往是真實的、復(fù)雜的、多階段的。真實性意味著這些問題與學(xué)生在實際生活中或?qū)碓谄渎殬I(yè)生涯中可能遇到的問題相似；復(fù)雜性意味著問題是結(jié)構(gòu)不良的、含有許多未知的、模糊的成分，解決問題涉及到觀察、推理、收集、整理、分析信息等一系列的知識和技能；多階段性意味著問題、章節(jié)甚至教科書中并不一定給出解答所需要的全部信息，學(xué)生可能需要做一些研究，去發(fā)現(xiàn)新的材料，然后基于已知的信息做出判斷和決策，因此問題的解決可能需要學(xué)生們花上一個星期或更多的時間去完成。通過大量如此形式的問題解決，學(xué)生在實踐中不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，不斷實現(xiàn)創(chuàng)新，有利于學(xué)生形成實踐創(chuàng)新素養(yǎng)。

（三）STEAM教育關(guān)注所有的學(xué)生

STEAM教育關(guān)注所有的學(xué)生，包括不同認(rèn)知能力水平、不同性別、不同文化背景的學(xué)生，甚至是殘疾學(xué)生等有特殊需求的學(xué)生。教育的多樣化和多維度是STEAM的一大特點，在教育過程中，諸如殘疾學(xué)生等有特殊需求的學(xué)生往往會被忽視，這對于他們來說是不公平的。有研究指出，目前大量課程設(shè)計都是單一死板的，多樣化程度不夠，無法向特殊需求學(xué)生提供其所需教育。STEAM教育給予這些學(xué)生更多的關(guān)注，以使其得到應(yīng)有的和有用的教育。

二、STEAM教育對學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的影響

以往的大量實證研究發(fā)現(xiàn)，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)驗等機制，個體的多元文化經(jīng)驗對其創(chuàng)造性具有顯著的促進效應(yīng)。從廣義的文化定義而言，多學(xué)科實際上也屬于多元文化，因而對多學(xué)科的學(xué)習(xí)也能夠帶來多樣化的文化經(jīng)驗。在這一方面，STEAM教育由于涉及多個學(xué)科、多個領(lǐng)域，具有天然的優(yōu)勢，對于創(chuàng)新素養(yǎng)的形成能夠發(fā)揮重要的作用。通過有效的STEAM教育，學(xué)生可以將科學(xué)、技術(shù)、工程、人文藝術(shù)和數(shù)學(xué)等多個學(xué)科進行交叉融合，經(jīng)由實踐解決現(xiàn)實問題、進行創(chuàng)新設(shè)計，不斷培養(yǎng)和提升創(chuàng)新素養(yǎng)。綜合國內(nèi)外相關(guān)研究，STEAM教育對于學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的促進作用是多角度、深層次的，主要體現(xiàn)在解決問題的能力、多種創(chuàng)新設(shè)計、有效交流、提出新觀點等多方面。同時，生動的視覺和空間想象力、手眼協(xié)調(diào)和操作能力、制作和解釋模型的能力、高度發(fā)展的審美和藝術(shù)的敏銳性等，也可以通過STEAM教育中的工藝美術(shù)訓(xùn)練得以提升。以往關(guān)于科學(xué)家、數(shù)學(xué)家、工程師的研究發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)造力的成功發(fā)展與博學(xué)的能力有關(guān)，富有創(chuàng)造力的個體往往擅長于將多種學(xué)科中的事物整合成為一個相互作用的整體，這些學(xué)科不僅包括科學(xué)、技術(shù)、工程等，也包括音樂、文學(xué)、詩歌、藝術(shù)等。通過這些學(xué)科的交叉融合，STEAM教育創(chuàng)造出了許多傳統(tǒng)的知識傳遞教育所不具備的主題，如環(huán)境保護、自我實現(xiàn)、社會意識、文化傳承、自我認(rèn)同、自我表達(dá)、問題解決等，從而使學(xué)生認(rèn)識到自己的個性、獨特性和唯一性，然后再建立自己的綜合創(chuàng)新系統(tǒng)，最終有效地提升學(xué)生的整體創(chuàng)造力。簡言之，STEAM教育重視對創(chuàng)造力的培養(yǎng)，有助于學(xué)生形成系統(tǒng)全面的創(chuàng)新品格和創(chuàng)新能力。通過STEAM教育，學(xué)生不僅可以具備工程科學(xué)實踐所應(yīng)具備的基礎(chǔ)科技知識，而且可以具備更加復(fù)雜更加有效地創(chuàng)造性解決問題的能力。

創(chuàng)新素養(yǎng)的核心是創(chuàng)造性，與其他大多數(shù)能力一樣，創(chuàng)造性也符合“用進廢退”的原則。為了保持或者提高創(chuàng)造能力，個體需要終生不斷地有效練習(xí)。在此過程中，首先是兒童青少年的早期教育對于其創(chuàng)新素養(yǎng)的塑造與培養(yǎng)意義重大，關(guān)系到他們終生的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展。而在之后的學(xué)習(xí)和工作中，深化對STEAM知識的掌握、融合STEAM學(xué)科知識體系、開展基于項目和基于問題的學(xué)習(xí)、強化對實際問題的解決、多種途徑解決問題、創(chuàng)新性設(shè)計等，都有助于創(chuàng)造性的培養(yǎng)和保持。Lubinski等人關(guān)于天才青少年的20年追蹤研究發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)造力與科技創(chuàng)新能力對于確保個體日后在職業(yè)上取得突出成就非常重要，這一點在當(dāng)前的信息時代尤其關(guān)鍵。正如Saracho所指出的，創(chuàng)造力是通過長期的學(xué)習(xí)、練習(xí)和實踐產(chǎn)生的，并非固有的心理特質(zhì)。雖然目前沒有十足的證據(jù)或者理論可以說明早期少年兒童教育與成年之后的創(chuàng)造成就之間的作用機制，但早期的培養(yǎng)會對之后的創(chuàng)造力有顯著影響這點是可以確定的，這也是為什么有眾多教育工作者、研究者和政策制定者，致力于優(yōu)化創(chuàng)造力培養(yǎng)方式的探索和評估。學(xué)生通過實踐練習(xí)可以檢驗自己的創(chuàng)新性設(shè)想，這有利于學(xué)生認(rèn)識到自己思維的不足。從某種意義上來說，僅僅通過提高發(fā)散思維尚不足以成為創(chuàng)造型人才，創(chuàng)新素養(yǎng)的培養(yǎng)還需要通過不斷地實踐以培養(yǎng)“專長”來實現(xiàn)，這一點也是STEAM教育能夠做到的。

從培養(yǎng)措施來看，STEAM教育促進學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的方式包括早期的培養(yǎng)和不斷地練習(xí)、基于項目和基于問題的學(xué)習(xí)等，這些都體現(xiàn)了真實情境對創(chuàng)新素養(yǎng)的作用。具體來說，基于項目（Project-based Learning，PBL）和基于問題（Problem-basedLearning）的學(xué)習(xí)方式，有助于學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，變革學(xué)習(xí)方法。相對于接受傳統(tǒng)教育，參加基于項目和基于問題學(xué)習(xí)的學(xué)生更加積極、具有更好的交流能力和團隊技巧，并且對專業(yè)主題有更好的理解，更會將所學(xué)應(yīng)用于解決現(xiàn)實問題。同時，基于項目和基于問題的學(xué)習(xí)有利于激發(fā)學(xué)生對于知識的渴望和對于學(xué)習(xí)的興趣，能夠使學(xué)生自發(fā)地參與到STEAM學(xué)習(xí)之中，幫助學(xué)生抓住關(guān)鍵問題，尋找、創(chuàng)造新辦法或知識。“興趣是最好的老師”，在學(xué)生通過興趣驅(qū)動的學(xué)習(xí)獲得了相應(yīng)的知識后，就會不斷對這些知識進行整合，建立自己的知識體系，使他們應(yīng)對快速變化的科技，進行創(chuàng)造性發(fā)展。

三、STEAM教育在教學(xué)中的實施策略

為了更好地促進學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)，STEAM教育在教學(xué)實施過程中應(yīng)該體現(xiàn)前述幾個基本理念與特點，從跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的角度，從開展實踐、促進專長發(fā)展的角度，以及從真實情境中的問題解決角度來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)。

（一）從跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的角度培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)

STEAM教育強調(diào)將科學(xué)、技術(shù)、工程、人文藝術(shù)和數(shù)學(xué)等多個學(xué)科進行交叉融合。為此，學(xué)校可以通過應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)、調(diào)整課程安排、編寫校本教材等途徑開展教育教學(xué)活動進而促進學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)發(fā)展。首先，應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)有助于教師向?qū)W生提供多樣化教學(xué)內(nèi)容，還可以使學(xué)生對于課程的理解加深，對于問題的感知更加深刻，幫助學(xué)生進行STEAM相關(guān)的學(xué)習(xí)，促進學(xué)生創(chuàng)造性的問題解決；其次，學(xué)校應(yīng)該提供豐富的課程設(shè)置以滿足不同學(xué)生的需求，同時設(shè)置嚴(yán)格的專業(yè)要求以控制學(xué)習(xí)質(zhì)量，在這些前提下給予學(xué)生自主的學(xué)業(yè)選擇，幫助學(xué)生確定符合自己特長、興趣和個性的方向；再次，學(xué)校可以結(jié)合地域特點和自身特點，開發(fā)地方與校本課程資源，就機器人、陶瓷器工藝、污水過濾、霧霾防治等主題開設(shè)具有地方文化特色的科技設(shè)計制作課程和校本實踐活動課程，甚至編寫能夠體現(xiàn)本地、本校文化特色的相關(guān)教材等。通過上述多種方式實現(xiàn)的多學(xué)科領(lǐng)域交叉融合，必將對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)起到重要的作用。

（二）從開展實踐、促進專長發(fā)展的角度培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)

STEAM教育重視動手開展實踐，并通過長期地堅持訓(xùn)練發(fā)展學(xué)生的專長。Stouffer和同事們指出，創(chuàng)造力如同肌肉或是機器，必須持續(xù)不斷地練習(xí)和使用，才能保持其活性和優(yōu)勢，否則，經(jīng)過一段時間的廢棄，再想利用和發(fā)展創(chuàng)造力就會變得很困難。如果沒有持續(xù)地應(yīng)用于解決問題中，技術(shù)創(chuàng)造力會失去其作用。這里，不斷練習(xí)不應(yīng)該局限于使用，而應(yīng)該涉及終身的知識學(xué)習(xí)、技能發(fā)展，不斷地創(chuàng)造性解決復(fù)雜問題，進行多種解決路徑的設(shè)計與評估。實現(xiàn)上述目標(biāo)，學(xué)校和教師應(yīng)在STEAM教育中培養(yǎng)學(xué)生的內(nèi)部動機。高水平的創(chuàng)造性表現(xiàn)往往需要個體具備高度的執(zhí)著奉獻(xiàn)精神，除非個體受到強烈的內(nèi)部動機驅(qū)使，否則難以達(dá)到較高的水平。為此，應(yīng)鼓勵學(xué)生從最喜歡的事情開始做起，逐步擴展到其他相關(guān)領(lǐng)域，在此過程中逐步熟悉各個領(lǐng)域的基本知識體系，學(xué)習(xí)相關(guān)課程，并通過查閱大量相關(guān)書籍和聆聽專家講座等途徑慢慢培養(yǎng)自己的專長。

（三）從真實情境中的問題解決角度培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)

STEAM教育重視在真實情境中解決問題，為此學(xué)校應(yīng)開展基于項目和基于問題的學(xué)習(xí)。結(jié)合前期的經(jīng)驗，我們強調(diào)這里的項目要具備兩個特點：一個是“實景”，另一個是“大型”。實景是指問題的真實性、情境性，現(xiàn)實生活中碰到的問題遠(yuǎn)超過課桌上的題目，每一個實景問題都是綜合性的，是需要跨學(xué)科知識才能解決的。大型項目則并非是小項目的比例放大版，它會衍生出無數(shù)新的問題，對于知識的融合貫通有巨大作用。可想而知，符合“實景”與“大型”特點的問題都有一定的體量或者環(huán)節(jié)，必定會涉及到E（工程）的問題。否則的話，再難的事情，如果只需要一步就可以實現(xiàn)，那只能算T（技術(shù)），而不是E（工程）。我們特別強調(diào)以E（工程）為核心的綜合實踐，在STEAM里面，E（工程）是一個提綱挈領(lǐng)的作用，凡涉及到工程問題，那必定包含其他技術(shù)、科學(xué)和數(shù)學(xué)方面的問題，但反過來卻未必。以“無輪小車”項目為例，這是面向初中學(xué)生的一個學(xué)習(xí)項目，要求學(xué)生在理解科學(xué)原理后，自己設(shè)計制作出無輪小車，然后進行速度比賽。項目開始時先由教師集中講解科學(xué)原理、培訓(xùn)激光切割機的操作技術(shù)，然后學(xué)生自己分工、討論、設(shè)計、制作和調(diào)試。在這一過程當(dāng)中，學(xué)生對于振動、摩擦等科學(xué)原理的學(xué)習(xí)體現(xiàn)了STEAM中的“S”，對于激光切割機的操作使用體現(xiàn)了“T”，對于小車零部件的設(shè)計、拼裝體現(xiàn)了“E”和“A”，而對于小車運動過程中各項參數(shù)指標(biāo)（如重心位置、腿的長短、腿的傾斜角度等）對裝置運動影響的計算則體現(xiàn)了“M”。在最后完成自己個性化的作品的同時，學(xué)生們也接受了一場全面的STEAM教育，他們的創(chuàng)造力在內(nèi)的各項素養(yǎng)得到了很好的訓(xùn)練和培養(yǎng)。

需要補充的是，基于項目和基于問題的學(xué)習(xí)需要一個良好的教育平臺。試想，如果在學(xué)校中能夠建立起這樣的專門教育平臺，學(xué)生在其中自由、開放地獲得STEAM學(xué)習(xí)所需要的各項資源，包括技術(shù)支撐和導(dǎo)師支持，勢必會很好地激發(fā)他們的興趣，培養(yǎng)他們的創(chuàng)造力和應(yīng)用能力，以及團隊合作、解決問題的能力。對這種平臺，清華大學(xué)教授高云峰和ICT教育專家高震稱之為“群體創(chuàng)新空間”（Group Innovation Space，簡稱GIS，中文名“集思”）。它可以讓學(xué)習(xí)者在固定的空間內(nèi)，把學(xué)到的信息學(xué)、數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)等多學(xué)科的知識用于實踐，把一個個創(chuàng)意變成現(xiàn)實。教室的中心是討論桌、開源硬件、設(shè)計平臺、激光切割機、原材料、加工工具和展示平臺。學(xué)生在平臺中開展基于項目的學(xué)習(xí)，解決真實情境下的問題，在協(xié)作中綜合運用知識、提升情商、了解自我、開展分享，真正體現(xiàn)了創(chuàng)新教育所重視的素質(zhì)，這無疑是學(xué)習(xí)者創(chuàng)新素養(yǎng)培育和發(fā)展的保障，也是STEAM教育和創(chuàng)新型人才所要實現(xiàn)的目標(biāo)。