奏响创新“四部曲”

拔尖创新人才的培养离不开课堂这一学习主阵地，如何将传统意义上的课堂教学转向落实提升学生创新素养的教学，是教育工作者需要深入思考的问题。本文以《肺与外界的气体交换》内容为例，通过剖析创新“四部曲”——“激·探·创·造”，为学生搭建学科学习与创新实践融合的桥梁。

一、真实情境，“激”活思维

学生在观察与本内容有高度关联的情境素材后，提出问题，激活思维。

课堂上，学生观看一则有关汽车意外落水的新闻后，提出如下问题：汽车意外落水时为何难以成功逃生？溺水是怎么回事？人随车沉入水底后该怎么做？等等。教师可帮助学生产生认知冲突，激发学生学习“肺是如何与外界进行气体交换”这一新知识的兴趣。

二、搭建支架，合作“探”究

搭建支架，鼓励学生开展自主学习、合作学习、合作探究等系列活动。

例如，在本节内容的展示中，我们搭建了三级教学支架：第一级，学生双手撑在自己身体的胸廓两侧，体验呼吸过程；第二级，学生利用自制教具，探究胸廓的变化如何影响人体肺部变化；第三级，学生用人工智能技术制作装置，探究人体肺部变化如何影响肺内气压变化。最后，学生用注射器探究人体肺内气压与气体进出肺部的关系。

三、“创”新应用，提出设想

启发学生联系生活，创新应用，创造性地解决生活中遇到的问题。

在本节内容中，“创”与“激”环节能够前后呼应——利用“激”环节中的“汽车意外落水，人随车沉入水底”问题，学生可从帮助被困人员正常呼吸入手，设计制作装置。便携式氧气瓶、能不断提供氧气的可套在头上的袋子、车内求生气囊……千奇百怪、妙趣横生的创意展现了学生非凡的想象力。在分享与交流中，学生工程设计、表达与交流的能力也有所提升。

四、实践“造”物，物化创新

引导学生跨学科开展实验研究，利用有限的材料与设备对创新思维进行物化。

以本节内容的学习为例，学生根据自己提出的创意，先查找资料，了解人体呼吸的气体成分变化，测量人体消耗氧气的速率和产生二氧化碳的速率，然后计算出每分钟需往装置内充入的氧气量，以及二氧化碳的消耗量。

接着，在化学老师的指导下，学生通过对比实验室制取氧气的不同方法和测试反应速率，最终确定用过氧化钠与二氧化碳反应来制取氧气。

通过查找资料，学生根据鸟类的双重呼吸方式设计装置，并参照蜂窝的外形，制作了过氧化钠与二氧化碳反应的反应芯，再利用人工智能编写程序，调节与控制反应芯的制氧速率。学生还运用GPS与GSM技术，方便及时定位开展救援工作，提高被困者的生还率。

最后，在老师的帮助下，学生利用学校未来科学家活动中心的设备与材料加工制作实物作品，将创新思维进行物化。

通过几个月的努力，学生研制的“仿鸟呼吸式汽车落水再生制氧生命保障装置”在各级青少年科技创新大赛中收获众多点赞，并入围国赛，参与线上交流与展示，受到专家的一致好评。

近年来，长郡芙蓉中学依托学校“创新人才院士辅导站”“未来科学家活动中心”等平台，在师生中奏响“激·探·创·造”创新“四部曲”，在科创教育领域取得了累累硕果：收获发明作品100余件，申请专利40余件，学生的创新成果收获科技创新各类比赛奖项400余项，6人获得长沙市青少年科技创新人才奖。[本文系湖南省基础教育改革研究项目“构建‘渔场式’创新人才发展3345模式的实践研究”的研究成果]