STEM教育对提高学生创造性思维的影响
作者：Weilin Li、Weijian 、Mo Guocheng Li 、Jia Li
出版社：Atlantis Press
出版年月：2018年8月
页码：924-927
摘要：跨学科教育是尖端科学的基石，也是高科技的源泉。STEAM教育是跨学科教育的有效手段，创新是跨学科教育的必要补充。STEAM教育源于STEM教育，优于STEM教育，它强调跨学科方法并培养学生的创新能力。 跨学科教育对提高学生的创新能力有很好的作用。本文首先介绍了STEAM教育的基本概念，然后分析了STEAM教育对学生创新能力的影响。最后，从多学科角度探讨了STEAM教育在教学中的实施：从跨学科的角度培养学生的创新能力，开展提高学生创新能力的实践项目，培养学生解决实际问题的创新能力。
关键词：STEAM教育；革新；跨学科教育
- 引言
现代社会的日新月异，全球网络信息和知识经济的时代以及社会的多元化发展，使人们需要学习更多样，更灵活的知识以适应这个快速发展的社会。具有创新能力成为应对未来多样化环境的先决条件。具有创新能力的学生可以更有效地解决学习，生活和未来工作中遇到的困难，并适应全球网络信息技术时代的变化。因此，如何有效地培养学生的创新能力已成为各学校的重大教学改革项目。
创新的本质是创造力。创造力是指利用所学的知识来产生独特，新颖和有价值的产品思维[1]。在未来的社会发展中，学生应具有创新的能力和素质。创新能力在学生的学习和成长过程中不断发展，先天和后天因素将影响学生创新能力的发展。创新能力是可以实现的。 作为学生学习知识的场所，学校需要通过教育和教学实践来培养和保护学生的创新能力[2]。
二、STEAM教育的基本概念
STEAM来自STEM教育。STEM教育是指将技术、科学、工程和数学融为一体的相关教育[3]。技术是解决问题的有效工具或方法。工程是指使用科学原理创建人造物体的知识； 数学是指研究数字之间关系的科学。它们相互补充，相互支持，并且在解决问题的过程中经常相互交叉和融合。STEM教育侧重于科学和工程教育。后来，人们意识到，完整的STEM教育也需要增加美术教育，因此STEM教育演变为STEAM教育，成为当前的教育趋势[4]。
STEM教育理念最初是由美国科学教育组织于1986年提出的。该教育理念得到了政府和相关教育组织的支持和认可，并且由专业人员开发了相对完善的教育系统，这些系统也被应用到当前的STEAM教育中。STEAM Education是多元化学科的创新融合，融合了多种学科知识。这种教育观念打破了传统教育学科之间的界限，使学生能够学习融合工程，数学，科学和其他学科知识，参加涉及不同学科的实践活动，并解决学习和生活中遇到的问题[5]。
A.加强跨学科学习
STEAM教育强调多元化学科的融合，强调在教学中打破学科之间的界限，强调跨学科学习，打破传统教育中学科之间的界限，并将工程，数学，艺术，科学等学科整合在一起。 STEAM教育使学生可以将专业知识和零散的知识联系在一起，创建相对统一的学科，并让学生以完整的心态查看问题并解决问题。STEAM教育避免了不同学科知识的分离。 跨学科学习有助于发展学生的创造力[6]和学习能力。
B.强调实际问题
创新能力的培养不应停留在抽象和理论层面，而应融入实际问题的解决中，重视实际问题的解决，并重视实际过程。教育的初衷是让学生学习解决问题的方法和技能，而学习是学习解决问题的过程。但是，传统教育只注重教科书理论的教学，忽视了学习的核心技能，不注重培养学生的创新能力，使学生解决问题的能力普遍较弱。而且教育的内容与现实社会之间存在差异，使学生难以应对社会中遇到的困难[7]。蒸汽教育打破了传统的教育模式，融合了各个学科，提高了学生解决实际问题的能力。问题，并提供了新的教育和教学模式。在STEAM教育模型中，学生在学习过程中遇到的问题通常是他们在现实生活或未来工作中会遇到的困难，这些困难是真实的，复杂的，多样的和相似的。对于未知且模糊的实际问题，学生无法从教科书中的理论知识中找到有用的解决方案，这会鼓励他们根据所学知识并结合多种学科知识来研究，发现问题并提出解决方案或策略[ 8]。在解决实际问题的过程中，学生不断发现问题并用创新思维解决问题，有效地提高了学生的创新思维能力。
三、STEAM教育对学生创造能力的影响
STEAM教育整合了多个学科。学生不学习单个学科，而是系统地学习数学，工程，艺术和其他学科。STEAM教育打破了传统的教育模式，并采用了新的思维方式，新思想，新知识框架和多元化的学习模式，为学生带来了多样化的学习经验。通过解决实际问题，学生可以培养和提高他们的创新设计能力[9]。国际和国内学者研究证明，STEAM教育可以从多个方面，从多个层面促进学生的创新能力。主要体现在解决实际问题的方法的多样性，有效性和创造性上[10]。
通过一些数学家和科学家的研究，可以发现他们的成功与他们的学识直接相关。并不是说他们只擅长某个学科，而是实际上擅长将多学科知识整合在一起，形成一个由多个学科相互交叉，相互支持的整体知识体系[11]。 STEAM教育将艺术与数学，工程，科学，技术和其他学科融为一体。它不仅发展和提高了学生的审美和艺术敏锐度，而且还提高了他们的操作能力，模型制作能力，空间想象力等，使学生具有在传统教育模式下学习所没有的创新能力[12]。通过STEAM教育，学生不仅具有解决实际问题的基础工程科学知识，而且还具有更加多样化和创新的问题解决能力。 STEAM Education注重发展学生的创新能力，帮助学生发展全面而系统的创新能力和性格，并提高他们的综合能力。
创新能力的核心是创造力。 通过不断学习和实践，可以培养和提升创造能力。 特别是对于年轻的学生，最重要的是培养创造力。STEAM教育可以培养他们多样化的学习兴趣和能力，使他们掌握STEAM教育知识体系。并根据实际问题开展学习项目，从而提高他们解决实际问题的创新能力。学生可以通过实践练习来验证他们的创新思想是否有效，这些练习可以帮助学生发现问题并认识到自己在解决问题过程中的缺点。 STEAM Education提倡跨学科交叉学习，培养学生运用不同的思维来解决实际问题，培养他们的创新能力，并帮助他们在未来的社会工作中取得成功[13]。
STEAM Education通过基于问题，基于项目的方法来培养学生的创新能力，这些方法可以再现现实生活中的情景。基于项目的学习和基于问题的学习有利于学生发展自己的学习目标和适应学习方法[14]。与传统的教育模式相比，基于项目的学习和基于问题的学习方法有助于提高学生的学习能力。对学习有兴趣，并使学生能够参与STEAM教育。 学生通过整合所学的多学科知识来解决相关问题。这有助于他们发现关键问题，激发他们的创新思维来解决问题，将他们从被动学习转变为主动学习，提高他们解决问题的能力，并提高他们的团队组织能力，从而使他们能够快速适应快速 不断变化的信息社会。
四、教学中STEAM教育的特殊实施
在实践教学中实施STEAM教育应体现上述基本概念和特点：从跨学科的角度；开展基于问题，基于项目的实践活动；要求学生学习解决实际问题；培养学生的创新能力；引导学生运用不同的思维和创新思想解决实际问题。
A.从跨学科的角度培养学生的创新能力
STEAM Education强调数学，工程，科学，艺术和其他学科的交叉整合。因此，学校可以通过使用现代信息网络技术，开设跨学科课程以及准备教材来促进学生的创新能力发展，从而开展STEAM教育。首先，现代信息网络技术的使用使教师可以通过多种教学模式将教学内容传递给学生，从而使学生可以在STEAM教育模式下更深入地了解教学内容并更好地学习。学生还可以通过在线方式收集，组织和分析更多知识，以找到有效解决问题的方法[15]。其次，学校应提供各种课程以满足不同学生的需求，并严格控制学生的专业素质。这些课程，然后赋予学生自由选择项目的权利，指导学生使用基于项目，基于问题的方法来有效学习。通过上述方式进行跨学科教育，整合多个学科，使学生运用各种创新思维来寻找合适的材料和工具来解决相应的问题，必将有助于创新型人才的培养。
B.开展实践项目，培养学生的创新能力
STEAM Education致力于让学生练习。创造力类似于人体的肌肉。保持运动可以使肌肉更加灵活。学习也一样。让学生不断验证他们在实际项目中学到的知识，坚持为学生进行项目实践，可以不断发展学生的技术创造力和解决问题的能力。项目的实践不仅应是对所学知识的基本验证，而且还应激励学生以不同的创造性方式解决问题。为了实现上述教学目标，学校和教师在实施STEAM教育时需要着重培养学生的学习兴趣。想要具有较高创造力的个人经常需要持之以恒的学习态度。除非学生本人有强烈的学习动机，否则有必要鼓励学生从自己喜欢的学科开始，然后逐渐学习其他学科的知识。学生可以通过与其他学生的交流或通过在互联网上学习来发展自己的创造力。
C.从实际出发，培养学生解决问题的能力
STEAM Education强调学生应在实际情况下解决问题，并重视以项目为核心的基于项目的，基于问题的学习。项目的真实性在于问题的全面性和真实性。学生在未来的生活和工作中会遇到的问题通常是复杂多样的，比班上学生遇到的困难要困难得多。因此，要求问题涉及多个学科的知识，以便学生需要使用跨学科知识来解决问题，这有助于学生利用所学知识来解决实际问题。以“皮带轮省力装置”项目为例。这是初中学生在课堂上学到的知识。 STEAM教育要求学生在了解科学理论和知识后设计和生产省力的设备，并最终参加团体竞赛。老师首先向学生解释科学原理，然后向学生解释如何安全使用通用工具，例如3D打印机，CNC铣床，激光切割机和其他数字设备。之后，学生可以自由组队设计，生产和调试设备。在该项目中，向学生介绍了省力设备的原理和用途，它反映了STEAM教育中的“科学”主题知识；学习使用数字设备反映了“技术”主题知识；学生在设备设计中使用的零件反映了“工程”学科的知识；零件的组装反映了“艺术”学科的知识。最后，滑轮省力装置的调整（例如选择合适的固定滑轮和移动滑轮，滑轮方向，绳索长度等）体现了“数学”学科的知识。在这个基于现实生活的项目中，学生经历了基于问题的多学科STEAM教育，有助于提高他们的创新能力。
应当指出，学校需要一个良好的教育平台，以基于项目的学习和基于问题的学习。 学校应该建立开放的STEAM教育平台，并将在线网络学习与离线实验室动手实践相结合。 学生可以自由开放地进行STEAM学习并通过网络访问资源； 实验室中有各种数字设备（例如CNC铣床，3D打印机，激光切割机等），开源硬件等。 学生可以在讲师的指导下在实验室中进行基于项目的学习。 STEAM教育的目标是使学生整合所学的学科知识，解决实际情况中的实际问题，激发学生的学习兴趣，提高他们的创造能力和团队合作能力，这也为创新型人才的培养提供了保证。
五、结论
STEAM教育已逐渐成为中国近代教育的发展趋势，但其在中国的不成熟发展现状在未来的教育实施中将面临一定的困难，并减缓发展速度。实施STEAM教育的目的不是针对某个学科的具体和详细的改革，而应将其作为促进中国教育全面发展，促进课程改革，弥补课程教师短缺的切入点。过时的教材和单一的教学模式，探索人才培养模式，以素质教育的理念实现学生的全面发展，使学生具备21世纪的技能。据信，在政府，教育部门和教育机构的共同推动下，STEAM教育和“研究型学习”课程将培养出更复杂的创新型人才。
参考资料
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