未来教学模式之“基于TRIZ的STEAM教学” 参考论文
面对日新月异的社会与经济变革，全球许多国际组织、国家和地区都在思考如何培养未来的公民，使其更好地适应21世纪的工作与生活。对未来教育的思考，美国21世纪技能合作组织（以下简称“美国P21”）提出了21世纪技能（21st Century Skills）。如图1所示，这道“彩虹”阐明了当今时代最需要学生达到的学习成果，包括课程学科主题学习和21世纪的技能学习，即基础是核心学科学习，关键是亟须掌握的21世纪技能。
● 未来教育教学模式的研究
如何把21世纪核心素养从理论转化为教育实践，美国P21提出了三个步骤：一是面向21世纪核心素养的课程。强调设置跨学科主题，结合基于真实生活情境的跨学科主题展开课程内容，如STEAM教学等。二是面向21世纪核心素养的教与学。基于核心素养的教育要求，教与学的方式发生变革。以学生为中心、围绕真实情境中的问题展开探索，能够激发学生的原有经验，促进学生主动学习，有助于满足不同学生的需求，促进相关素养的培养，如通过设计并开展基于问题或基于项目的学习，实现以学生为中心、主动学习和解决现实情境中的问题。三是面向21世纪核心素养的评价。开发体现核心素养的多样化、多形态的测评工具，建立以核心素养为导向的评价与反馈系统，是各国或地区推进21世纪核心素养教育的重要抓手，如新西兰将对核心素养的监测融入了其每年一次的学生学业成就国家监测研究中。
● STEAM教学——实现未来教学的重要途径
STEAM是五个单词的缩写：Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）、Arts（艺术）和Mathematics（数学）。STEAM是美国政府提出的教育倡议，即加强美国K12关于科学、技术、工程、艺术以及数学的教育。
为什么说STEAM教学可以作为培养学生21世纪技能的重要途径呢？我们可以从STEAM教育的核心特征上找到原因。STEAM教育中多学科的教学紧密相连，它以整合的教学方式培养学生掌握知识和技能，并进行灵活迁移应用解决真实世界的问题（如下页图2）。它的几个重要特征如下。
1.跨学科
将知识按学科进行划分，对科学研究、深入探究自然现象的奥秘有所助益，但并不反映生活世界的真实性和趣味性。因此，分科教学（如物理、化学等）在科学、技术和工程高度发达的今天已凸显出很大弊端。针对这一问题，理工科教育出现了取消分科、整合教育的趋势。STEAM教育应运而生，跨学科性是它最重要的核心特征。
2.趣味性
STEAM教育在实施过程中要把多学科知识融入有趣、具有挑战性、与学生生活相关的问题中，问题和活动的设计要能激发学习者内在的学习动机，问题的解决要能让学生有成就感。
3.体验性
STEAM教育不仅主张通过自学或教师讲授习得抽象知识，更强调“以学生为中心”，让学生动手、动脑，参与学习过程。STEAM提供了学生动手做的学习体验，学生应用所学的数学和科学知识应对现实世界问题，创造、设计、建构、发现、合作并解决问题。
4.情境性
STEAM教育具有情境性特征，它不是教授学生孤立、抽象的学科知识，而是强调把知识还原于丰富的生活，结合生活中有趣、挑战的问题，通过学生的问题解决完成教学。
5.协作性
STEAM教育的协作性是要求学习环境的设计要包括“协作”和“会话”两个要素：一是学生以小组为单位，共同搜集和分析学习资料，提出和验证假设，评价学习成果；二是学习者通过会话商讨如何完成规定的学习任务。小组学习最后的评价环节以小组成员的共同表现为参考，而不是根据个人的表现进行独立评价。参考论文
6.艺术性
在对学生设计作品的评价中，加入审美维度的评价，以提高学生作品的艺术性和美感。概括来说，STEAM教育的艺术性是以数学元素为基础，从工程和艺术角度解释科学和技术的。
但在开始具体实施教育中，我们发现了一个重要问题：由于学校缺少专业的教师及培养机制，所以现在的STEAM课程在各教学实施点实施时，普遍存在“内容雷同、教学知识零散、碎片化、缺乏科学完善的课程资源体系结构”的现象。虽然学生们的动手能力、协作能力等在一定程度上得到了很大提高，但其在自主思考问题的能力、创造力及创新能力上并没有得到重点培养。因此，教师若有能力设计课程，不妨尝试将TRIZ引入到STEAM课程中。
● 未来教学——基于TRIZ的STEAM教学
TRIZ理论是“发明问题解决理论”的简称，它可以“轻易解决看似不可能解决的问题”，它是苏联海军部专利科学家根里奇·阿奇舒勒的团队，通过对250万份发明专利的分析研究，总结归纳的一套发明创新理论，其目的是找出“人类解决现实中存在的问题、进行发明创造、破解技术矛盾过程中可以遵循的科学原理和法则”。该理论体系架构如图3所示，它总结了企业产品发展进化的客观规律，提出了一系列分析、解决问题的具体流程和方法，能指导人们创造性地解决在实际科研生产中遇到的技术难题。TRIZ理论被称为现代企业创新的“点金术”，2000年后被三星、宝洁、施乐、福特等公司广泛应用到公司的内部培训中。
● TRIZ作为理论基础的STEAM课程的意义
对于科学工作者或者技术学习者来说，不论是由行一项科学研究或是解决一个技术难题，他们的大部分精力和时间看似都耗费在处理表象层面的功能性、可行性等难题上，实际上他们最大的收获在于，在实践的过程中，如果能找到一种解决方法或一种经验性规律，并将其最终应用于其他新的实际命题当中，以后类似的问题就很容易解决了。
TRIZ理论完全满足了我们对这些经验型成果的需要，为我们提供了一整套先进、实用的创新方法。这在STEAM课程开发阶段，对课程的设计规划有着重要的指导意义，能保证活动中的学生通过系统培养获得大量的创新训练指导，也能使创新能力、实践能力得到不同程度的提高。
● TRIZ作为理论基础的STEAM课程简要参考范例（如左表）
总之，在课程实施过程中，加入“基于生活实例进行分析，我们如何应用TRIZ解决问题”的课程，将TRIZ理论与STEAM课程有机整合在一起，必将使课程效果得到质的提升，从而有效实现未来教学，成为一条培养具备21世纪技能的人才的重要路径。
参考文献：
[1][美]伯尼·特里林，查尔斯·菲德尔.21世纪技能——为我们所生存的时代而学习[M].洪友，译.天津：天津社会科学院出版社，2011（10）.
[2][英]Anna Craft.创造力和教育的未来——数字时代的学习[M].张恒升，译.上海：华东师范大学出版社，2011（9）.
[3]任友群.STEAM教育与创客教育辨析[R].上海：第三届全国中小学STEAM教育论坛，2016（2）.
[4]赵敏，史晓凌，段海波.TRIZ入门及实践[M].北京：科学出版社，2009（3）.
[5]杨清亮.发明是这样诞生的：TRIZ理论全接触[M].北京：机械工业出版社，2006（7）.