陆宏柱

摘   要：创客培养要求学校高度融合STEM课程知识，然而当前教学中能够被有效应用的情境非常少，面向创客培养的STEM课程很容易成为学生个人的安装展示，与创客精神相去甚远。文章从问题情境设计切入，深入研究了基于学生创新能力与实践能力培养下的STEM课程教学设计，以盐城市某初中初一年级的学生作为实证研究对象，借助教学实践对问题展开深入分析，并探索出提高STEM初中课程问题情境设计水平的有效策略，为今后的教学活动提供了参考。

关键词：创客培养;STEM课程;问题情境;创新能力;实践能力

中图分类号：G40-057 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2021）16-0040-04

一、引言

随着科技的进步，越来越多的现代化技术被应用到教育领域，如移动互联网技术、3D打印技术等。现阶段，大部分的教育机构都已经意识到创客培养的重要性，在STEM教育理念下，积极推出各种各样的教学活动，为培养学生的创新与实践能力提供了新的路径。[1]STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四门学科英文首字母的缩写。但是STEM课程却并非只是这四门课程的简单拼凑，而是借助问题或项目将多种学科的知识融合起来，在解决问题或完成项目的过程中提升学生综合运用各学科知识的能力。STEM课程能够帮助学生拥有更为扎实的知识基础，使学生能够围绕教师所设定的问题而制作出更具创意的产品，从而实现教育目标。

创客培养的重点在于将创意转变为现实，在这一过程中学习能力将得到提升，因其过程多依托于现实项目而开展，学生应通过学习形成综合运用多种学科知识的能力。当前，学校设置的STEM课程内容大多以学科概念知识和基础操作技巧为主要内容，课程活动缺乏新意，甚至成为手工课，不能充分重视学生解决问题能力的培养[2]。比如，制作红绿灯装置时，教师向学生提供安装流程，学生凭借安装流程完成制作，整个过程中缺乏思考，也没有相应的问题情境，学生的学习兴趣深受影响。实际上，教师應该设置科学的问题，从而能够有效地促使学生展开思考，提升学生的学习主动性。只有这样，在STEM教学过程中，教师与学生、学生与学生之间才能够充分互动，也有助于激发学生的潜力，使学生能够具有强烈的解决问题的意愿，然后在这一意愿的驱动下，其解决问题的能力将显著提升。

当前，我国初中STEM课程在教学方面发挥的作用较小，问题在于：一是创客培养与STEM课程在我国出现的时间还比较短，这方面的教学实践经验比较少，相应的师资力量与软硬件设施都比较欠缺，还亟待改善[3];二是在课程开展的过程中，未设置科学且具有生活意义的问题情境，学生的学习兴趣没有被调动起来，学习动机不足[4]。因此，针对面向创客培养的STEM课程，有必要从问题情境设计入手，加强相应的理论研究与实践探索，积极总结经验，获得必要的设计理论支持，从而为其实践教学活动提供有价值的参考，使得各项教学活动顺利开展，并取得良好的教学效果。

二、面向创客培养的STEM课程问题情境

面向创客培养的STEM课程问题情境是指在教学中，教师依据所设定的教学目标及学生的现实状况等设计相应的问题，并以此作为核心，设计出与课程内容一致的问题情境，使学生拥有能够产生认知冲突的环境，从而积极地解决各种问题。其具备如下特点：

1.具备引导性

与传统课程中所设置的问题相比较，该课程所设置的问题情境不但能够顺利地将学生引入到项目中，还能够成为完成项目的切入口，借助多个有效的问题而将项目任务穿插起来。

2.具有周期完整性

当前，该课程大多采用项目学习的方式，因此做设置的问题应具备完善性，能够贯穿到整个项目过程中。学生能够在既定的情境下，积极探索问题、主动学习，从而体验到分析问题乃至解决问题的整个过程。这种问题呈现的模式可以是情境串，也可以是问题串。

3.情境特征具有显著的真实性

该课程是基于项目技能与知识出现的背景而设计问题情境的，拥有良好的真实性。问题情境内所涉及的环境要素非常多，学生可以积极解决各种问题，且这些问题在解决的过程中拥有多种角度，从而实现跨学科知识与技能的综合运用，学生的创新能力与实践能力都能够得到培养[4]。

4.设置的情境问题应具有开放性

这种开放性具体表现为情境具有极强的复杂性以及问题带有显著性。这些问题都能够拥有多个解决角度与解决方法，有助于学生从自身的风格出发设计出更具个性化的解决方案，问题的答案不是唯一的，更不是既定的，学生的思维能够进一步发散，并且实现学生的个性化培养。设计问题情境包括设计目标、方式、模式与原则等。在整个STEM课程设计中最关键的是问题情境设计，教师应在相关设计原则与理论的指导下，设计出科学的问题情境。

三、STEM课程问题情境的应用实践

本研究选择盐城市某初中初一年级的STEM课程展开实证研究。下面，笔者将对本次研究的基本情况、教学过程和结果反思等进行简单介绍。

1.基本情况

（1）学校背景

在本课题研究的过程中，笔者选择的实例分析对象为盐城市某初级中学的学生。该中学是一所新建的学校，“创建优质特色教育的家门口好学校”是其办学目标，重点培养学生的创新与实践能力。由于该校为新建校，因此，本次课题研究所针对的学生为该校的首批学生。同时由于STEM课程在国内出现的时间比较短，尚处于初步探索阶段，如何充分激励学生更积极主动地投入到学习中是今后教学过程中应深入思考的问题。

学校初一年级各班的学生平均人数为40人左右，从整体上看各班的学生水平相似，未设置重点班。这些学生主要来自本地拆迁家庭以及外来人口，学生个体间的经历差异非常大，大多数学生以往没有接触过STEM课程，但笔者认为如果能够激发学生的学习兴趣，将会显著提升学生的创新能力。

（2）学生情况

因为学生个体间的差异情况突出，其在知识结构方面存在很大的不同，也使其在知识基础、学习态度与学习兴趣等方面均不同，仅靠单一化的教学内容无法充分调动学生的学习兴趣。也恰恰因为这一点，学生可以从不同的角度分析和解决问题，为创新能力的培养创造了有利条件。当前STEM课程教学面对的最大难点是学习动力不足与学习兴趣差。也就是说，STEM课程教学要想取得良好的学习成效，必须从学生的学习兴趣入手，引导学生积极参与到合作学习中。本研究中，笔者将设计科学的问题情境，最大限度地调动学生的学习积极性，使学生之间能够尝试合作学习，从而使整个教学任务顺利完成。

2.STEM问题情境设计的教学实践

本研究主要实施的是《污水过滤装置》STEM课题项目，符合面向创客培养的STEM课程的所有特征。下面，笔者将就项目教学实践状况展开研究，具体包括课程分析、教学过程、问题情境设计等。

（1）STEM课程分析

本次课程分析的具体内容有《污水过滤装置》项目的教学目标、知识与技能、资源等。这一分析过程是后续问题情境設计和教学活动设计的前提。在下文中，笔者将对面向创客培养的STEM课程进行分析，从项目内容、项目目标和学习资源入手，具体分析如下：

一是项目内容分析，该项目中水知识占有重要地位，包括水的重要性;学生借助现有的水质监测情况充分了解水污染状况;运用生活中的材料制作出净水装置。关键是找到与生活有效结合的切入点，使得学生能够从生活中深切感受到水的重要性。因此，该项目应从现实状况入手，选择合适的实际问题来创建情境。

二是项目目标分析，该项目应和现实生活有效地结合起来，使得学生能够意识到制作作品的重要意义，从而更积极主动地投入到学习中。在项目进行的过程中融合创新与实践能力的培养目标，学生从多种角度入手，提出个性化的解决方案，将自身的创意转换为现实的作品[5]。

（2）问题情境设计

针对面向创客培养的STEM课程的深入分析，而确定具体的学习任务、课程情境、情境问题等，使问题情境符合创客培养的发展要求，让学生在任务解决的过程中得到创客精神的培养。

（3）教学过程

每个班级内约有40名学生，将这40名学生划分为多个学习小组，每个小组5名学生。在问题情境的指引下，小组内的学生相互配合与协作，在有效分工的基础上，学生共同完成学习任务。在项目推进的过程中，学生的学习兴趣应充分调动，创建良好的学习氛围。通常情况下，学生们都能够参与到项目问题的解决过程中[6]。针对《污水过滤装置》项目进行科学的课程设计，能促使整个教学活动更加顺利地完成。下面，笔者将具体介绍该课程的设计过程及情况。

1.向学生展现和现实生活关系密切的问题情境，学生充分扩散思维展开问题讨论

教师向学生展示这样一则报道：2016年的冬天，盐城异常的寒冷，在35年以来的最冷寒潮下，第一场雪到来，小河被冰封、水管被冰冻，很多供水设施都被破坏，居民的日常用水问题非常突出。自昨天起，寒潮逐步退却，气温回升，水管破裂、渗漏的现象非常严重，这是由于水的热胀冷缩而导致的。有关部门对此进行了研究，指出这一问题将延续到本周末。相关数据表明，自22日开始，当前全区受理到的该方面投诉多达200起。中南世纪城、香苑西苑、锦盛豪庭、瑞尔国际等诸多小区都停水，管道冰冻概率达到3%，“爆表”的水表数量多达4468处，有4256户居民断水。

教师：这则报告内的有关内容就是发生在我们日常生活中的，请同学们回忆一下，谈谈你们的看法。学生们纷纷畅所欲言，有的表示当时喝水都非常困难，极其不方便;有的说没有办法洗澡;有的说要去超市买水，可是超市的水也卖光了，费了很大劲才有水。

教师：倘若超市也没有水了，家里又急需用水，该怎么办呢？

学生A：去打河水回来啊。这是由于学校周边就有一条河，所以学生会这么想。有的学生马上提出相反的看法，认为河水太脏。还有的学生说，脏倒不是关键的，关键是河水被污染了，如果直接饮用，会出现严重后果。

教师：是啊，我们急需水，然而河水可能存在污染，即便是其没有被污染也非常脏，无法直接饮用，这时候该怎么办好呢？

学生进入了思考状态，有的学生提出我们应学会检测水质，这样就能够判断出水是否被污染了;有的学生说，我们应学会处理水，使得水变得干净;有的学生说可以采用加热与蒸馏的办法，学生们的思维得到了充分发散，冒出了很多新奇的想法。

2.从学生的讨论入手，进一步提出情境问题

教师：大家讨论的非常好，根据同学们的讨论，我进行了总结，提炼出如下问题：

①大家都认为没有水，生活将面临着巨大的困难，水的重要性非常突出，这是为什么呢？同学们能不能够运用数据与资料来告诉我这是为什么呢？

②如何判断水有没有被污染？怎么来检测呢？如何通过你的检测结果来确定河水有无污染及污染程度呢？

③同学们，你们觉得河水的最大问题是可能存在污染及不卫生。倘若其未被污染，在急需用水的时候，该怎么做呢？请大家运用身边的材料设置一个水处理装置。上述有关问题，同学们可以在小组内进行讨论，最终获得相应的解决办法。

（1）运用头脑风暴法来对问题进行分析

以小组为单位对上述问题进行讨论，借助头脑风暴的方式来讨论大问题，并积极探究解决问题的办法。

（2）设计解决方案

针对所提炼出的小问题，大家应有效分工，并积极解决这些问题，借助一个个小问题的解决，从而顺利解决大问题。小组内的成员针对相关问题进行资料的查阅与分析，撰写相应的作品制作报告。因为问题具有一定的挑战性，学生在解决问题的过程中能够意识到协作的重要性。与此同时，因为学生个体差异性突出，学生会冒出诸多新的看法，在教师的帮助与引导下，学习资源得到科学分配，学生的创造能力得到培养与展现。

3.成果展示

在历经上述有关生态环境的讨论后，最终到达成果展示环节。小组就自身制作的作品进行介绍，包括实用性、性能与创意性等。在介绍的过程中其会进行创意阐述，具有极强的成就感。在下文中，笔者将就学生自身所得进行分享：

学生A：《污水过滤装置》这一项目非常有趣，和以前的课程不一样，这堂课能够按照我们自身所想的来完成。其他同学的看法也很有意思，有位同学老家是甘肃的，那里的水资源非常紧缺，他对水的重要性有着更深刻的认识。听他所讲，我才知道我们多么浪费水，没有充分利用好水。

学生B：在水质监测方面，我有很大的收获，在这一过程中，化学、物理和生物等多方面的知识都得到了有效运用。在以前，我以为在河里打水就能够解决水的问题，然而，这次在老师和同学们的帮助下，我才意识到河水水质方面可能存在许多问题，所以应从多角度考虑好问题。

学生C：在制作作品的时候，大家的创意都非常好。我们小组有同学提出可以用沙子石块来过滤杂物，这种做法很有效，后来我们才知道，他们在老家就是这么做的。还有的小伙伴运用石子、沙粒来进行水处理，最终发现异味能够被有效地消除。还有的女同学将装置装饰得非常漂亮，很多同学都说我们小组的作品具有艺术性。

3.教学反思

因为学生的家中都已经接通了自来水，因此污水处理和净水过滤装置都和自身的生活相去甚远，很多学生难以感受到学习的价值。因此，在创设该方面内容的问题情境时必须和学生的实际生活高度融合起来，使学生能够意识到其重要性。例如，本次项目设计的过程中从盐城缺水事件入手，使学生能够意识到本次项目研究的重要意义，从而积极参与到项目研究中。

此时课堂拥有极为浓厚的学习氛围，学生的思维非常活跃，纷纷提出自己的看法。学生们提出了多种可能性，并运用排除法，最终找到了最恰当的方案，并充分运用身边的资源，制作出相应的装置。从中我们发现，学生在这一过程中动手实践能力、创新能力、思维能力都得到了有效提升。

同时，通过教学过程还发现：①问题情境提高了学生学习的参与度，促进了学生的学习兴趣，表明针对课程设计科学的问题情境能够充分调动学生的学习积极性，使学生拥有强烈的求知欲望，从而对此类课程产生浓厚的兴趣。②问题情境能够显著提升学生的创新能力。在问题情境的引导下，学生能够从日常生活出发，从而多角度地对问题展开分析，提出多种解决问题的方案。在这一过程中，学生的创新能力与思维能力都得到了有效培养。③问题情境有助于培养学生的动手实践能力。在问题情境的引导下，学生作品和制作过程的效率比较高，基本上每个小组都能完成任务。面向创客培养的STEM课程可以借鉴其模型，设计出合理的问题情境来探索创客培养的策略。

四、研究结论

在本次课题研究的过程中，笔者就面向创客培养的STEM课程问题情境设计目标、设计原则和设计模式进行了研究，并通过实际的教学应用对问题情境的设计模式进行验证，最终得出如下结论：

1.相关课程特征应契合创客培养的要求

面向创客培养的STEM课程具有多种特征，如过程的协作化、内容的项目化、结果的作品化等，能够显著提高学生的创新精神，使学生能够独立思考各种问题，通过动手操作而将自身的创意转变为动手实践能力。在创客培养方面，最关键的就是培养创造思维，基于该课程跨学科的知识与技术特点，最终呈现出综合性的作品。学生要想顺利完成项目任务，必须具备良好的创客精神，这是由于STEM项目要想顺利完成必须具备良好的创造性，只有这样才能夠解决问题，并以作品的方式呈现出来。

2.化解STEM课程复杂性的有效策略是创设科学的问题情境

在创客培养的过程中，有必要从现实状况入手，设置极具真实性的情境问题。这样能够显著提高学生的学习热情与协作意识，使学生能够自主地投入到学习中。在教学中，教师从项目问题出发，引导学生积极思考与分析问题，借助头脑风暴等办法，使学生能够实现思维的发散。在所设置的问题之下，学生能够减少认知方面的负荷，更为轻松地完成学习任务。

3.创客培养的STEM问题情境设计模式具有良好的教学效果

在教学实践中我们发现，当前STEM课程的优势未能够得到充分发挥，很大一部分原因是该方面的理论指导非常少。在当前的教学基础上，笔者创建了面向创客培养的STEM课程设计模型，高度重视问题情境设计，并有具体的教学实践案例模式，为教学工作者提供了参考。

4.借助教学实践来对问题情境在教学中的重要性进行验证

通过实践数据可知，面向创客培养的STEM课堂设计出恰当的问题情境，能够最大限度地调动学生的学习积极性，使学生能够快速拥有良好的学习状态，并主动投入到问题研究中，获得一定的学习体验。设置有效的问题情境能够帮助学生积极主动地思考各种问题，创造性地解决问题，并在此过程中综合运用各学科的知识与技术，在发散思维的指引下获得解决问题的有效方案。学生能够持续优化与改进所制作的作品，创新与实践能力得到了最大程度的提升。

因为中小学对创客的关注时间不长，因此，该方面的教学工作尚处于摸索阶段，教学研究也处于初级阶段，实践经验非常少。本次课题研究基于问题情境入手，就该方面课程如何有效地融合创客培养目标进行了研究。然而有关STEM课程和创客培养目标的研究内容还有很多，因此在未来还需要持续该方面的研究。在实现课程目标的过程中，面向创客培养的STEM课程教学活动设计是最重要的内容，如何设计具体的教学活动，使其为学生创新与实践能力的培养服务，已经成为当前广大中小学教学过程中亟待解决的问题。

参考文献：

[1]赵中建.致力于STEM教育的“项目引路”机构[J].上海教育，2012（11）：24-26.

[2]杨晓哲，任友群.数字化时代的STEM教育与创客教育[J].开放教育研究，2015，21（5）：35-40.

[3]范燕瑞.STEM教育研究[D].上海：华东师范大学，2011.

[4]马樟根.李吉林与情境教育[M].北京：人民教育出版社，2000.

[5]王旭卿.面向STEM教育的创客教育模式研究[J].中国电化教育，2015（8）：36-41.

[6]何克抗，李文光.教育技术学（第2版）[M].北京：北京师范大学出版社，2009.

（编辑：李晓萍）