浅谈初中生在科技创意活动中核心素养的培养
（上海市师资培训中心附属闵行实验中学，上海市闵行区，201199）
摘要：教育部在《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》中，明确把核心素养的内涵界定为“学生应具备的适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力”。
中国学生发展核心素养共分为文化基础、自主发展、社会参与三个方面，综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新6大素养。而科技创意活动是培养学生核心素养的重要途径。本文通过实践案例证实了科技创意活动对初中生核心素养培养的作用。
关键词：科技创意活动；素养；核心素养
一、前言
创意是创造意识或创新意识的简称，它是指根据对现实存在事物的理解以及认知，所衍生出的一种新的抽象思维和行为潜能[1]。
创新是以现有的思维模式提出有别于常规或常人思路的见解为导向，利用现有的知识和物质，在特定的环境中，本着理想化需要或为满足社会需求而改进创新的事物,并能获得一定有益效果的行为[2]。
在此选用“青少年科技创意活动”而非“青少年科技创新活动”，意在指出“创意”可能仅仅是学生在生活中观察到的一点小小的想法，在教师和家长的帮助下，使学生的动手能力得到满足，想法得到实现；在具体的实践中，又潜移默化地改变了学生一味照搬书本的思维现状，而非足以改变社会、颠覆现有理念的“创新”成果。
核心素养是个人终身发展和可持续发展的基础。教育部在《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》中，明确把核心素养的内涵界定为“学生应具备的适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力”。核心素养是关于学生知识、技能、情感、态度、价值观等多方面的综合表现，是每一名学生获得成功生活、适应个人终生发展和社会发展都需要的、不可或缺的共同素养。
中国学生发展核心素养共分为文化基础、自主发展、社会参与三个方面，综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新6大素养。
二、科技创意活动在核心素养培养中的作用
（一）科技创意活动有助于学生人文底蕴的积淀
人文底蕴。主要是学生在学习、理解、运用人文领域知识和技能等方面所形成的基本能力、情感态度和价值取向。
科技创意活动要对现实存在的事物有较为深刻的理解和认知，才能发现现实事物中的不足之处，从而产生新的想法。科技创意活动一般分有主题和无主题两种，相对而言有主题对学生的思路较为限制，无主题则属于开放式的，凭学生的思维，海阔天空……
世界机器人锦标赛创意赛的主题是“保护世界文化遗产”。这个主题首先要了解什么是“世界文化遗产”？中国有哪些属于“世界文化遗产”？为此学生进行了调查：截至2011年6月24日，中国已有41处世界文化遗产，仅次于意大利（45处）和西班牙（43处），居世界第三位。学生们确定了世界文化遗产——“明清皇宫”为保护对象。
学生提出了下一个问题：“明清皇宫”受到哪些方面的损害？得出的结论是：北京雾霾！理由是：进入2013年以来，北京雾霾频频发生。中国气象局国家气候中心4月16日发布的数据显示，从1月1日至4月10日这100天里，北京雾霾天数达46天，较常年同期偏多5.5倍，为近60年最多。重度污染的空气清洁度低，含有大量的尘埃、污染物、微生物污染的空气清洁度低，含有大量的尘埃、污染物、微生物等，刺激人体的敏感部位，同时也使建筑物表面受到污染和腐蚀。
学生提出下一个问题：在雾霾中故宫的古代木结构建筑群屋顶的黄色琉璃瓦首当其冲受到污染和腐蚀，如何有效保护黄色琉璃瓦？确定了清晰琉璃瓦是最有效的保护手段。实施方案制定过程中否定了人踩在琉璃瓦上清晰，原因：单片琉璃瓦不足以承受成年人的重量；否定了高压水枪冲洗，原因：单片琉璃瓦无法承受高压冲击；最后采用机器人利用升缩杆进行水洗琉璃瓦。
经过对不同机器人设计、制作和程序设计，最后确定参加世界机器人锦标赛创意赛的机器人作品为“清洗明清皇宫大屋顶琉璃瓦机器人”。
通过参与比赛，学生不仅学会了机器人的设计、制作和程序编制，而且对世界文化遗产深入了解和认识，并运用科学知识论证了每个方案的可行性，并提出自己的见解。
科技创意活动是在现实生活中对现有事物产生的不同认识或进一步的认识和体会下，所产生的新的认识或改变；成功的科技创意活动是建立在学生了解社会、观察社会的基础之上的。我认为学生只有更多地观察现实社会、了解现实社会，深入体会生活才能改变生活、提高生活质量，才能有更多的科技创意项目的出现。
（二）科技创意活动有助于学生自主发展
自主发展，重在强调能有效管理自己的学习和生活，认识和发现自我价值，发掘自身潜力，有效应对复杂多变的环境，成就出彩人生，发展成为有明确人生方向、有生活品质的人。 其中包含学会学习和科学精神。
学会学习。主要是学生在学习意识形成、学习方式方法选择、学习进程评估调控等方面的综合表现。
科学精神。主要是学生在学习、理解、运用科学知识和技能等方面所形成的价值标准、思维方式和行为表现。
在传统的课堂教学中，学生的学习往往是被动的。在参加创意竞赛活动时，学生会不断发现问题、提出问题并努力解决问题。参赛的过程是学生不断思考问题、研究问题、寻找对策、解决问题的过程。创意比赛本身就是一种创造性劳动，创新思路的产生是建立在学生掌握知识面的基础知识之上，学生掌握的知识面又在科技创意活动中得到拓展和升华，达到了一种相互促进的积极作用。
2016年学生创意比赛项目的想法源自家中爷爷的意外摔跤导致骨折。学生通过查找资料了解到全国老人因意外倾倒致死达35000人，学生把老人摔倒死亡称为“老人猝倾”现象。调查的结论是：独居老人猝倾现象是存在的，如何防护老人猝倾并且能及时告知家属成为我们的研究目标。
老人摔倒方式一般分为：前倾、后倾、侧倾三种。其中后倾是最致命的摔倒方式。前倾要好于后倾。前倾时手会有缓冲，一般都是手或者胳膊受伤。后倾则头部受伤，尤其是小脑受伤的几率较大。第二致命点是尾椎骨，位于骶骨下方，即脊椎最尾端的部位，人后倾最先着地点是尾椎骨，不注意保护会导致瘫痪。确定如何保护好后脑及尾椎骨是避免“猝倾现象”的关键。
提出保护后脑以及尾椎骨的思路是：从汽车安全气囊想到我们可以在老人后倾的瞬间打开防护气囊，从而起到保护后脑及尾椎骨的作用。
老人有摔倒趋势后气囊是否能起到保护作用：
①倾斜角度的计算：
假定一个人身高170厘米，体重60公斤，重心设定在离地85厘米处，脚的长度为30厘米。当重力的作用线超出支面后，人就会倾倒。
此时人偏离原来位置本应是沿着圆弧，但是近似的看成偏移的方向与竖直方向垂直，这样便于建立直角三角形利用三角函数的关系计算。
tanθ=(20/85)=0.24 θ=13.5°
②倒下时间的计算：
假设人的质量为m , 将人的重心可近似为质点，质点离地高度为h（假设人的重心在人的几何中点，则h为人身高的一半） , 人摔倒到地面的时间为t, 倒地时速度为, 将倒地过程最简化为直线下落的自由落体运动，则：由自由落体公式：h=gt2/2；得：取值时g=10N/kg，h=0.85m ，算出t=0.4秒。
这个时间是模型化过程中最短的时间，实际倒下时间比这个时间要再略长一些。我们的充气过程如果能在这个最短时间内完成，则能确保安全。由匀加速运动公式v0=gt得：可以算出速度为4.13米/秒。
③冲击力的计算：
与地面撞击时速度从4.13米/秒瞬间减为0，如果气囊撞击的缓冲过程为0.5秒，撞击力平均值为F，则根据冲量定理：Ft=mv0；得：F=mv0/t；算出：F=495.6牛。
④气囊内气压计算：
如果气囊为边长为30厘米的正方形，与地面接触面积为900cm2即0.09m2，根据P=F/S可算出 P=5506.67帕。
⑤实际充气时间计算：
气囊内气体体积为20厘米*20厘米*3厘米=1200立方厘米=0.0012立方米。
空压机公称容积流量为0.11立方米/分钟，若两个充气管同时充气，则充气所需时间为0.0055分钟约0.33秒。
结论：人摔倒所需的时间为0.4秒，而气囊充足气体所需的时间是0.33秒，也就是说人着地之前气囊内的气体已经充满。
（三）科技创意活动促进学生健康生活
健康生活。主要是学生在认识自我、发展身心、规划人生等方面的综合表现。具体包括珍爱生命、健全人格、自我管理等基本要点。
心理素质是个体以生理条件为基础，将外在获得的刺激内化成稳定的、基本的、衍生性的，并与人的适应、发展、创造行为密切相关的心理品质，具有基础、衍生、发展和自组织的功能[3]。在遗传基础之上，在教育与环境影响下，经过主体实践训练所形成的性格品质与心理能力的综合体现。其中的心理能力包括认知能力、心理适应能力与内在动力。对内制约着主体的心理健康状况，对外与其他素质一起共同影响主体的行为表现。
1.高标准、严要求促进自信心的建立
每一次大赛出征前都需要一遍遍的拆装创意项目并进行装箱打包，一次又一次的模拟专家答辩，利用各种机会帮助孩子获得他们需要掌握的能力，教师与学生共同设想比赛中可能会出现的问题，总结出最适合的处理方案。只有不断地调试才会暴露更多的问题，从而让学生在赛前有充足的时间来解决问题。鼓励学生自己解决问题，促使学生通过努力并获得成功的情境，教师一定要耐心地让学生完成其力所能及的任务，让学生享受成功的喜悦。
2.规范行为习惯促进自我管理
行为习惯，是行为和习惯的总称。有一位哲人曾经说过，一个人走入社会以后，将大学学到的知识都忘记了，最后剩下的最有用的就是习惯[4]。作为中学生，要养成良好的学习习惯、行为习惯、生活习惯。
在规范学生的行为习惯方面，科技创意活动有它独到的影响模式。凡参与机器人竞赛，
要求选手注重细节，比赛器材、工具、备件大都有几大箱，忘带一件，可能前功尽弃。要求学生制作备忘录，逐项登记，准备好所有参赛的器材和物品，对作品展示、演讲也制定一套规定程序，包括姿态、语态、眼神、微笑、手势等细节，使学生始终处在彬彬有礼、不卑不亢、胸有成竹的神态中，给评委一个选手气质很好的印象分。
不仅比赛现场，甚至在住宿地，说话、走路、吃饭等生活细节也要注意。进入寝室，开关门要轻和慢；对外校的室友讲话要和蔼；见到外校老师、评委要主动问好；自助餐要适量取食；比赛现场垃圾要及时处理。学生在校外代表了个人和学校的形象。
教育就是培养好习惯，习惯就是素质，习惯影响人格。习惯不是一天就能养成的，它是后天积累、慢慢形成的。良好的行为习惯的养成，需要持之以恒的精神。
（四）科技创意活动培养学生的责任担当
责任担当。主要是学生在处理与社会、国家、国际等关系方面所形成的情感态度、价值取向和行为方式。
科技创意活动往往是大部队行动，一般最小单位是两个人，多则在十人以上。强调团队意识，大家协作完成竞赛任务，获得较好的成绩。团队意识的核心在于协同合作，强调团队合力，注重整体优势，远离个人英雄主义。
同时应该鼓励和正确引导学生个人能力的最大发挥。团队若能给团队成员提供一个充分施展、表现自己才能的机会，那么，这将会为团队带来永不枯竭的创新能力。
参加FLL华东赛区比赛，每个队可参加10人。我在组队时就提前考虑每个队员的分工和任务，力求达到各有侧重，任务均衡。
1.搭建机器人时，我要求每个人都参与，最后共同完成参赛机器人。
2.每个人都参与程序编制。
3.每个人都参与操控手，最后选出2位参赛操控手。
4.每个人都必须写参赛论文，评比论文优劣，确定论文答辩人选。
5.每个人都参与展板设计，由美术擅长者执笔绘制。
6.全体人员参与表演团队。
团队成员对团队拥有强烈的归属感，同时体现在学校训练和外出比赛的生活过程中。要求学生在吃零食时，必须在场人员人人有份，不得自己一人独食；外出必须请假，必须2人以上，回来必须报告；比赛必须着比赛服装或校服；比赛期间，有外校老师、学生来我方展位、驻地交流，学生接待时必须首先介绍老师和在场的同学，让外校老师、学生认识到我们是一个团结的整体。
团队制度的建立是为了更好地发挥成员的才能，只要不逾矩，就完全可以随心所欲，真正快乐地投身于团队的工作之中，体现自身价值。
（五）科技创意活动培养学生的实践创新能力
实践创新。主要是学生在日常活动、问题解决、适应挑战等方面所形成的实践能力、创新意识和行为表现。
参与创意比赛，无论是否获奖，对学生都是提高和锻炼。学生在参赛的过程中，体会到了艰辛和乐趣，得到了实实在在的专业知识和实践积累。
老人猝倾保护装置在制作过程中难点是：多方位猝倾的瞬间感知。
想法一：起初我们用有机玻璃做了一个大角度梯形控制器模型，小口一头放入铁珠，大口装有很多触点开关，当梯形模型倾倒时，珠子随之滚动到大口，触及触电传感器，但是珠子的惯性不足以按下触碰传感器。
想法二：小角度梯形控制器模型的大口用铜片封盖，里面装铁珠，并且把一小铜片盖在大铜片上，确保两铜片之间有1厘米空隙。随着倾倒，铁珠推动小铜片，使两铜片贴合从而正负极连接，达到通电效果，但是，实验中当人倾倒地面上了电磁阀才打开。原因是圆锥体的底部是方形，倾倒时对球有个阻碍作用。
想法三：为了避免阻碍，想到了在管子里面放小铁珠，滚动很顺滑，但是管子只能控制两个方向，摔倒是全方位的，怎样才能避免阻力全方位地滚动呢？
想法四：我们用铜片敲出碗的形状，把铁珠放在里面，上面盖上铜片，通过铁珠的滚动达到连接两个铜片的效果，但是铁珠的导电性不好，之后换了铜珠。在小铜碗里面放2个直径４mm的铜珠，并能在里面自由滚动。
大角度梯形控制器模型 小角度梯形控制器模型 碗状控制器模型
每一个想法都需要做出模型去实验，一次次的失败消磨了学生的积极性，教师鼓励学生克服困难，并为学生提供可参考的书籍和信息，与学生一起制作梯形模型和碗状模型，每一个模型的制作都需要运用各种工具，如何正确使用工具也是学生需要的掌握的一项技能。教师适时给予鼓励与帮助，建议他们合理规划时间，强调做事情要有始有终。在参赛过程中，学生的毅力得到锻炼，为以后在学习和工作中克服困难奠定了良好的基础。
三、科技创意活动引发的思考
比赛得奖重要，锻炼过程更重要。要求学生注重创新设计，注重具体过程，不考虑结果如何，减少影响自己发挥出正常水平的不利因素，而是把主要精力集中于具体的解决问题或比赛过程中，就能较好地进入比赛状态，这样就能使自己的心理保持平静与放松，较好地发挥自己的正常水平。
在机器人制作过程中，学生要面对的是“真枪实弹”的零部件、能“思考”的电脑芯片、弄不好就可能燃烧起火甚至产生爆炸的大容量蓄电池。培训过程中，学生都会发现，书本上的理论知识，在实用中就会存在很大的“偏差”。很多会编写程序的学生，本以为自己写的程序就会控制机器人忠实于人的意愿。结果往场地上一放，实际情形却不是那么回事。
在机器人制作过程中，尝到了成功的艰辛与喜悦。体会到团结合作的愉悦感。失败的痛苦与成功的喜悦，一次又一次历练出人生必备的成就感、挫折感与责任心。机器人培训过程中，要涉及到数据运算、物理原理、电子技术、机械构造和程序编辑等等相关知识。既要动脑演算设计、又要动手搭建构造，将书本所学的各科知识，融合在一起进行实践运用，其作用无法用其它单一学科的学习所替代。我认为，这才是学习机器人制作的根本目的。
变“追求学习的结果”为“强调学习的过程”，注重学生学习过程的积极体验和科学方法的掌握与内化。这就要求教师不仅要关注学生对知识目标的认知和追求，更要关注学生个性的差异，关注学生能力的发展，注重学生对学习方法的主动探究，遵循学生身心发展的规律，充分发挥学生的潜能。
青少年科技创意活动要注重培养学生良好的科学素养，使学生在活动的过程中逐步领会科学的本质。青少年科技创意活动要以探究为核心，探究既是青少年科技创意活动的目标，又是青少年科技创意活动的方式。亲身经历以探究为主的青少年科技创意活动，是学生提高科学素养的主要途径，显示出过程、方法是非常重要的。
四、总结
青少年科技创意活动与学生的核心素养之间有着必然和内在的联系，相互之间起到积极的促进作用；核心素养的形成或者养成需要长期的、不断地思考自己所关注、关心和喜欢的事物，结合自己掌握的知识形成一种心灵的顿悟或者感应，在不断的思考中产生新的想法和念头。这就是参与科技创意活动的学生所必须有的特质。
青少年科技创意活动可以培养学生在习惯与总结中不断自我否定，通过不断的分析和比较在战胜自己的同时，学生自己的思维方式和思想理论水平就会上一个新的提高，在创意活动提交的论文中，记下自己的心路历程对养成自己的思维习惯是十分有利的。如果学生在青少年科技创意活动中获得了一定的成绩，在成绩面前静下心来理性地看自己，用心体会，如此才能习惯成自然。
参与青少年科技创意活动是青少年成长过程中不可或缺的经历，是培养青少年独立思考，改变学习、生活方式；对青少年世界观的形成起到重要的作用。
五、参考文献
[1]崔中义.创意学[M] .西安:陕西人民出版社,2002.
[2]刘大林.基于学生核心素养培养的教材解读[J].教育理论与实践,2021,(26):47-50.
[3]刘衍玲．中学生心理素质对学业成绩影响的研究［J］.中国特殊教育,2006,(09):68-72．
[4]尤君志.初中生行为规范养成教育研究[D].东北师范大学,2012.
