2023年03月08日 星期三
五育行动·培养拔尖创新人才①
抓好科技创新教育“三要素”
龚胜强

    在不同“智慧教室”学习相应的特色课程、与中国南海科考船科学家“亲密接触”、融通多学科知识绘制学校“地图”、走进老街巷感受虞山文化、体验创新和生长的课堂学习……为了培养学生的创新思维、创新方法、创新意识、创新能力,江苏省常熟中学通过“教学环境创设—课程体系开发—教学模型完善”等环节,努力探索创新人才培养的系统方案。

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    现代社会发展需要人们能够应对复杂多变的现实环境,创造性地解决层出不穷的新问题。因此,培养能够打破思维定式的创新型人才已经成为教育发展的重要任务。江苏省常熟中学立足教学环境、课程体系、课堂模式、评价方式等内容,以“改变育人模式、培养创新人才”为理念,在拓展深化国家课程的基础上,构建创新型人才培养体系,促进学生在“玩中学、研中学、做中学”中获得成长,培养学生专注、严谨、创新的学习态度和科学精神。

    打造特色教学场馆

    学校对全校教室设备进行升级改造,打造“智慧教室”,装备先进的课堂教学系统,连接国家教育资源云平台,构建数字虚拟学习环境和泛在学习环境。教师和学生在教室就可以获取互联网上的各种学习资源,随时查阅、及时分享。

    基于“CPS+创造力发展课程基地”,学校以科教实验中心为主要载体,设立了包括数学、物理、化学、生物、信息与人工智能、海洋科学等研学场域,建成海洋科学探究馆、机器人创客实践室、3D打印创客实践室、物理创新实验室、化学创新实验室、地理信息课程专用教室等教学场馆。

    海洋科学探究馆内设有各类知识展板、各类模型标本,如深海热液、海洋立体模型、珊瑚标本等。现代化技术手段让教学更加生动有趣,同时也能形象、直观、立体化呈现海洋世界,满足学生自主学习、合作学习、探究学习的需要。

    周五下午,选修“Hello World 机器人”的学生来到机器人创客实践室,在教师指导下进行机器人的设计和制作。构思设计遇到问题后,学生通过小组讨论找到解决方案,运用知识解决问题的关键能力得到提升。

    在化学创新实验室学习“离子反应”时,学生借助实验室配备的传感器(离子浓度检测仪),盯着计算机屏幕观察向硫酸溶液中缓慢滴加氢氧化钡溶液的离子浓度动态变化。学生表示:“正是因为有了这样的数字化设备,我们才能清晰观察离子反应的本质。”

    地理信息课程专用教室正在开设一节有趣的“神秘深海”课,此时的授课教师正在中国南海的科考船上。通过信息技术,学生与海洋科考船上众多科学家来了一次“亲密接触”。学生了解到科考船在海上航行和作业的状况、科考船上实验室和科学家的工作情况,观看海底实况以及遥控机器人在海底的采样和观测视频,带着强烈的好奇和浓厚的兴趣向科学家提出各种海洋问题。

    智慧教室和特色教学场馆的搭建,极大激发了学生的兴趣,为学校育人方式的转变、学生创新能力的提升打下坚实的硬件基础。

    构建丰富课程体系

    为了满足学生的发展需求,学校构建了丰富的校本课程体系,包括博雅课程、卓越课程两类。博雅课程包括学科综合主题类课程、学科综合社会类课程、虞山文化特色课程、国际理解课程等,学校开发了“数学史话”“趣味生物实验”“历史上的哲学家”“生活中的经济学”等70多门校本课程,学生可以自主选课,每周五下午到对应的活动教室上课。卓越课程针对部分有特长的学生,学校采用“中学专任教师+大学指导导师”的双导师制授课方式。

    选择方式的多样性使课程既能服务于大多数学生,又能为部分学有余力的学生提供特长发展平台。学校将课程内容分为自然科学、工程与技术、人文艺术、体育与心理、劳动与实践等5个领域,每个课程领域包含对应的国家课程以及在国家课程基础上开发的校本课程。教师通过钻研教材及相关理论,开发出与生活实践紧密连接的项目内容,实现对国家课程内容的拓展和深化。

    为了加强课程的融通性,学校开设了许多跨学科课程,采用项目化学习的方式推进。比如,在“绘制江苏省常熟中学地图”项目中,教师首先在任务单中呈现关于地图绘制的相关理论和背景知识,然后让学生在校园实地考察、测量,了解校园的分布格局,以小组的形式进行合作探究,在任务单上记录“地图中要包含哪些要素”“怎样确定比例尺和方向”“怎样使地图更加实用美观”等子问题。学生通过小组讨论确定并记录实施方案,运用不同的方法完成地图制作——有的小组采用手绘形式,有的小组采用软件辅助绘制。项目最后,教师引导学生在任务单上记录对整个过程的评价和反思,完成对知识方法的整理和提炼,并将各小组完成的地图制成实物。

    虞山文化特色课程是学校的重点课程,学校依托课程基地开设“走进常熟老街巷”“‘虞风’课本剧”“‘虞山印派’篆刻”“虞山书法艺术传承”“虞山琴派传承”等10多门关于虞山文化的特色课程。在“走进常熟老街巷”课程中,教师拿起相机,用影像向学生讲述关于春风巷、阁老坊、醉尉街等地的常熟历史故事;学生利用假期实地走访,写成调查报告和研究报告,分享自己的研习成果。在“‘虞山印派’篆刻”课程中,教师边讲解边篆刻,刀法被投影到大屏幕,学生看着大屏幕学习篆刻刀法,制作自己的篆刻作品;在“评弹欣赏”课程中,学生聆听名家的评弹和讲解,跟随名家学习弹唱。这些作坊式、沉浸式的学习过程,在学生心中种下乡土文化的种子,让学生享受美的教育和人文素养的熏陶,也为学生的终身发展奠定基础。

    优化“创生课堂”模式

    课堂是课程实施的主阵地,学校积极推进“创生课堂”构建。创生课堂是创新和生长的课堂:创新体现在教学过程,教师引导学生通过小组合作运用发散思维提出不同的解决方案,再根据某种标准运用聚敛思维进行最终选择;生长指课堂中的问题和内容是开放动态的,学生可以生长出新想法、新问题,对原有问题进行延伸拓展。创生课堂包含“情境创设并生成问题”“方案产生与探究实践”“问题总结及拓展反思”等环节。

    情境创设并生成问题。根据情境教学理论,基于真实情境的问题可以更好激发学生的学习兴趣,有助于学生问题解决能力提升和高阶思维培养,因此创生课堂的前两个环节便是“情境创设”和“问题生成”。比如,在学习高中物理“库仑定律”一课时,教师首先基于初中知识创设问题情境引发学生的思考:

    “在初中我们已经知道同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引,那么请大家猜想一下电荷间的作用力大小可能与哪些因素有关?”

    “可能与电荷量、电荷间距离、运动状态、环境、带电体形状等有关。”

    “其中最重要的因素是什么?”

    “应该是点电荷间作用力F、带电量q、距离r间的关系。”

    “要找出上述三个物理量之间的关系,大家觉得需要解决哪些问题?”

    “怎样使研究对象带电、怎样反映F的大小、怎样改变带电量……”

    在教师的引导下,学生逐渐提炼出课堂中需要解决的问题,开始讨论解决问题的方法。整个过程不仅充分锻炼了学生的发散和聚敛思维,而且使学生体会到科学的思维方式。

    方案产生与探究实践。为了培养学生的创造力和问题解决能力,教师必须改变传统“满堂灌”教学模式中学生“直线”思维的习惯,鼓励学生在得出问题的解决方法前先以发散思维产生大量的变通办法,之后再以聚敛思维来选择最适合的解决方法。因此,在“方案产生”和“探究实践”环节,教师鼓励学生运用“头脑风暴”的方法,自发形成学习小组对问题的解决方法进行讨论,形成尽可能多的有创新性的解决方案,结合实际条件确定最优方案并通过实验落实方案。

    “可以将带电小球用细线悬挂使玻璃棒带电,悬线与竖直方向的夹角反映电场力F的大小……”

    “可以通过接触起电使两个完全相同的小球带电,将其中一个小球悬挂于细线下……”

    “可以利用杠杆原理,放大电场力F的作用效果,通过游码的位置x来反映F的大小。”

    “可以参考课本上的库仑扭秤实验,利用悬丝扭转的角度来反映F的大小。”

    经过热烈的讨论,学生确定相对可行的方案,教师则引导学生正确使用器材对确定的方案进行实验并记录结果。这一环节锻炼了学生的动手能力,也培养了学生将理论与实际结合起来的科学意识。

    问题总结及拓展反思。总结和拓展环节不仅要让学生在实践的基础上得出结论,而且要引导学生再次利用聚敛思维对探究过程进行提炼和总结。

    “通过对两个方案的实验操作和记录,我们可以得出什么结论?”

    “带电体间距离越小,作用力越大,电荷量越大,作用力越大。”

    “真空中两个静止点电荷之间的相互作用力与它们电荷量的乘积成正比,与它们距离的二次方成反比。”

    “方案四对环境的要求比较高,操作起来比方案一复杂,但是能得到定量的结果。”

    学生根据实验内容顺理成章地解决了课堂中提出的核心问题,同时对探究过程中的不足与值得注意之处也进行了总结。在不断思考、质疑、总结的过程中,学生的创新意识和创新人格也渐渐生长起来,实现了在创造性活动中产生新体验、收获新知识的课堂突破。

    在常熟这块崇文重教、人杰地灵的教育沃土上,学校弘扬虞山文化传统,发展学生的优势潜能和个性特长,努力追求“让每个生命都绽放光芒”的教育价值。

    (作者单位系江苏省常熟中学)

中国教师报