创新能力培养是未来社会发展的需要，是国家战略的需要，是高中生自我发展的需要。通过对国内外创新能力培养现状进行分析，针对当前我国高中阶段对学生创新能力培养的现状，结合高中生特点，提出如何通过STEM教育培养高中生的创新能力，在此过程中宜对学生采用个体内差异的评价方法进行评价，确定了创新能力的4个一级指标和20个二级指标，为今后对高中生创新能力进行定量评价提供了可能。
1.概念界定
创新能力——指个人提出新理论、新概念或发明新技术、新产品的能力。属于科学素养的中高阶能力。
STEM教育——STEM，是指Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）、Mathematics（数学）的简称，旨在将原本分散的科学、技术、工程、数学4门课程集合成1个新的整体。这一集合，不是课程的简单组合，而是把学生学习到的零碎知识与机械工程转变成探究世界相互联系的不同侧面的过程，强调学生在“杂乱无章”的学习情境中提升设计能力、合作能力、问题解决能力和实践创新能力。
2.为什么要培养高中生的创新能力
（1）适应未来社会的需要
创新能力为英特尔未来教育提出的21世纪核心技能之一；2014年上海教育信息化趋势蓝皮书：未来学校一定是师生创新、实践和交流的场所。
（2）国家战略的需求
实施创新驱动战略，实现由制造大国向制造、创造强国的转变；工业4.0背景下由制造向智造转变；将拔尖创新人才培养列入国家中长期教育改革与发展纲要；高校分为研究型大学和技能型大学，分别实施创新拔尖人才培养计划和卓越工程师计划；创新人才培养是一个系统的复杂工程，高中作为创新人才培养基地，担负着为高校输送优质生源的重任，所以高中阶段学生创新能力的培养显得尤为重要和刻不容缓。（3）高中生创新能力培养现状
教育，特别是STEM教育作为美国培养中学生创新能力的重要途径，得到奥巴马政府的大力支持。通过STEM教育，美国高中生的科技创新呈现出一种新趋势，就是越来越多的科技创新项目具有商业化的潜质，但如何开发出更多引人入胜的课程也是当前STEM教育遇到的难题。
3.我国高中阶段培养学生创新能力现状
目前，我国高中阶段培养学生创新能力主要依托各级创客中心、创新实验室等创新平台，主要现状如下：
1）应试严重，创新能力严重不足。几乎是极大部分高中的真实写照，创客极少。
2）模仿制作，缺乏创新。不少学校的所谓创新实验室远离创新本质，只是停留在实证、观察、模仿阶段，与创新能力培养且行且远。
3）门面之作，被动应付。目前只有极少数学校设有创客中心，但只是有场室、有样子，就是没有里子。
造成以上现状的根本原因是没有先进的教学理念、雄厚的师资配备、完整的课程体系和合理的评价体系。
4.如何在高中阶段开展STEM教育培养高中生创新能力
创新能力是一种综合能力，扎实的知识是创新能力形成的基础，这个需要加强对文化课的学习；合理的能力结构是创新能力必不可少的条件，合理的能力结构包括：发现问题的能力、明确问题的能力、组织分析问题的能力和解决问题的能力，这些能力的形成是在参加大量的科技实践活动中逐渐形成的。
（1）我国高中生的优势
1）知识技能已有一定基础、心智成熟度已有较高水平、有较强的学习能力。
2）与小学生相比更有能力，与大学生相比更具理想色彩。
3）把大量时间压缩在书堆里、习题中，但是他们渴望自由和创造。
创新能力培养要紧紧抓住高生中的特点，开发与其特点相适应的STEM课程。
（2）我国高中生的不足
1）创新意识不强：创新型教师的匮乏导致学生缺乏必要的创新启蒙教育、缺乏个性。
2）思维缺乏创新：创新教育的教学理念落后，学校缺乏重视，以知识传授为本、评价体系为应试指标，导致教学方式为填鸭式，缺乏创新，学生缺乏敏锐的观察力。
3）创新知识基础薄弱：课程设计不合理导致各学科相互独立，交叉知识不足，创新知识不足，教师不注重发展知识，封闭式教学导致知识陈旧。(www.xing528.com)
4）创新成果贫乏：由于学校办学压力，学生在校期间实践教学环节较小，再加上学生对社会生活不够重视，很难形成创新的氛围，因此在创新技能、成果方面差强人意。
根据以上高中生的特点，结合当前的教育大环境，应以STEM教育为抓手，整合其他学科的知识。跨学科的知识整合需要以工程教育项目来实现，这样更有利于弥补我国高中阶段对技术教育、工程教育的不足，学生在解决工程问题的过程中，自然会用到各相关学科知识，那么STEM教育就提供了一个解决学生在创新方向现存问题的新思路。
5.STEM课程在高中阶段的实施
（1）场室硬件基地
STEM教育需要整合相关学科内容，是后设性的课程，因而往往是以主题任务的形式来串联课程内容，加之这种教育内容往往需要以某种硬件载体为依托开展创新实践，目前普遍采用创客中心或创新实验室的形式开展STEM课程。对于一些有条件的学校可通过配置标准化的硬件环境如计算机、传感器、电子元器件等，以及加工机具如3D打印机、激光切割机、小型数控机床，焊台、万用电表、金木塑加工工具等，可分为创客开源区（可通过云服务系统化组织集成器件和软件平台，包括资源搜索平台、开源软硬件平台、CAD设计平台和数学建模平台，如Arduino、RepRap、Fablab）和创客交流区（可通过互联网创设线上线下的自由交流空间）。对于经费不充分的学校，可以利用一些免费的虚拟科技创新平台，可以在节约资金的情况下开展较大规模的STEM教育，如基于3D机器人仿真平台开展STEM教育项目设计。
（2）时间安排
STEM课程的实施必须要有课时（课内、课外）保障，2节必修课（技术）+2节选修课+2节社团活动课+暑期社会实践（2周）+其他必修课中的渗透。
（3）师资要求
创新人才的培养离不开创新型的师资队伍，创新型的师资队伍对创新人才的培养起着关键性的作用。创新型的师资队伍建设是目前高中阶段面临的主要困难之一，首先要从师资队伍建设抓起，但它是一个复杂的系统工程，不可能一蹴而就，需要一个过程，在这个过程中需要整合多方的有利资源，如校内专职教师、大学兼职教师、社会优秀创客、学生同伴。
（4）教程设置
教程是培养创新人才的基础，STEM课程的内容设置原则：
1）要与国家、地方课程标准一致，学习内容与学生在学校学习的内容一致。
2）能提供现实生活中STEM知识和技能可能应用的环境。
3）能促进学习者应用或迁移STEM知识到新环境中。
4）内容以主题项目的形式体现。
STEM课程在实施策略上应该在既有课程框架下努力开拓STEM教育的机会。
（5）学习方法
由于课程内容多为主题项目的形式，在学习方法的选择上以采用基于项目的学习（Project-based learning）为宜。
（6）评价
在STEM教育实施过程中提倡使用个体内差异评价法。个体内差异评价法是以评价对象自身为参照点的一种评价方法，是把评价对象的现在和过去进行比较，或者将评价对象的许多侧面进行比较。这种评价有助于学生创新能力的形成。
根据加德纳《多元智能理念》，对学生创新能力的评价主要有5个一级指标（合理能力结构、创新学习能力、创新知识基础、创新思维能力、创新技能），20个二级指标（表2-2）。每个指标的占分值比例将作为今后继续研究的方向。
表2-2
美国科学课对学生科学素养的评价也有一个可参考标准，其中包括8项评价指标，分别为问题、研究与问题关联、假设、程序与组织、调查或实验、数据分析、结论、视觉效果展示。对上述8个指标，分别进行1～4的四级评分，4为最高分，1为最低分（表2-3）。
表2-3 科学项目探究评价表
表2-3所展现的是最为客观的评价方式，但对评价的实质含义需要有更深刻的认识，也就是要明白“评价是为了更好地促进学生科学思维观念与行为习惯的形成”，不是为了评价而评价，对科学素养的培育重在过程。
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