STEM教育中的迭代思維

陳海軍　湯建華

當(dāng)下，有關(guān)STEM教育和項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的探討與實(shí)踐進(jìn)行得如火如荼。而在指向?qū)W生核心素養(yǎng)的STEM教育和項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中，有一種思維至關(guān)重要，那就是迭代思維。

小學(xué)科學(xué)課程中的很多教學(xué)內(nèi)容，以解決問題為基礎(chǔ)，讓學(xué)生在解決問題的過程中實(shí)現(xiàn)知識(shí)與方法的整合、運(yùn)用和遷移，最終形成新的方法、思路或作品，往往可以看成是一種項(xiàng)目化學(xué)習(xí)。而迭代的思維模式能為此提供一定的指導(dǎo)，它能讓活動(dòng)過程層次分明、循序漸進(jìn)，也能讓學(xué)生在迭代更新中造就持之以恒的性格，養(yǎng)成敢于自我否定的品質(zhì)，鑄就崇尚科學(xué)的精神。

一、迭代思維，讓實(shí)驗(yàn)探究課有層次、有章法

比如，在教學(xué)上三年級(jí)上冊《我們來做“熱氣球”》一課時(shí)，當(dāng)給出實(shí)驗(yàn)材料一個(gè)塑料袋、一個(gè)紙筒和一支蠟燭后，有些學(xué)生很快意識(shí)到要如何操作。聽完實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)后，他們迫不及待地點(diǎn)燃蠟燭，很快將“熱氣球”放飛。在接下來的時(shí)間里，他們還會(huì)多次嘗試“放飛”的過程，但已然失去目標(biāo)了。此時(shí)，如果教師能以迭代思維考慮到這一“作品”尚不完善，適時(shí)地給他們提出一個(gè)目標(biāo)——如何將你的“熱氣球”在空中飛得更久呢？學(xué)生又會(huì)產(chǎn)生更高的興趣，重新投入新的研究中。讓他們將改進(jìn)或創(chuàng)新的方法記錄下來，畫出草圖，然后再開始不斷地嘗試。當(dāng)然，這也意味著教學(xué)者要有更充足的準(zhǔn)備，比如材料等。而從“放飛”到“飛得更久”，目標(biāo)的提升會(huì)讓學(xué)生更有動(dòng)力，迭代的思維也讓課堂更有活力。

又如，在五年級(jí)上冊第三單元第八課《減少對土地的侵蝕》中，需要進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)“設(shè)計(jì)和建造我們的家園”。有了本單元前幾課知識(shí)的學(xué)習(xí)和積累，學(xué)生在經(jīng)過交流、討論后，制訂了較為完整的建造計(jì)劃，然后就著手實(shí)施了。然而，“紙上談兵易，戰(zhàn)場殺敵難”。按照計(jì)劃在大盤子里建好山地和平原、植上大樹和小草，再造好美麗的房屋，可一場“暴雨”來襲，苦心經(jīng)營的地形被侵蝕、河流被破壞、房屋也倒塌了。學(xué)生的氣餒之情呈現(xiàn)在臉上，苦不堪言。但如果將迭代的思想滲入其中，換一下流程呢？教師可以有言在先：同學(xué)們，這個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)老師做過，建造的家園很難抵御住“暴雨”的襲擊。大家能不能多想想辦法，多嘗試幾次，看誰能先造出美麗而又堅(jiān)固的家園？這樣，學(xué)生在按照計(jì)劃建造好后，會(huì)再進(jìn)行一遍遍地改造、測試，他們會(huì)緊實(shí)土地、加固河道、密集植被……對家園進(jìn)行更新迭代的過程，也是學(xué)習(xí)主體動(dòng)手能力不斷得到鍛煉、交流合作能力不斷得到提升的過程。

二、迭代思維，讓設(shè)計(jì)制作課有思路、有邏輯

《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》對學(xué)習(xí)主體的設(shè)計(jì)制作能力提出了新要求，新教材中設(shè)計(jì)制作類內(nèi)容的增加就是證明。從一年級(jí)“做一個(gè)測量紙帶”“給動(dòng)物建個(gè)‘家”，到二年級(jí)“做一頂帽子”“做一個(gè)指南針”，再到三年級(jí)“我們來做‘熱氣球”“我們的‘過山車”，四年級(jí)“設(shè)計(jì)制作小車”……設(shè)計(jì)制作類內(nèi)容每個(gè)學(xué)年、每個(gè)學(xué)期都會(huì)涉及。而如果在課堂上讓學(xué)生短時(shí)間內(nèi)拿出一個(gè)完美的作品，是不切實(shí)際的，學(xué)生也會(huì)產(chǎn)生畏難心理。所以，作為教師，要有迭代更新、步步為營的想法。在設(shè)計(jì)制作教學(xué)中，先完成到哪兒、在哪里有測試和調(diào)整，作為課堂的引導(dǎo)者，要有通盤考慮。這樣，也能幫助學(xué)生克服畏懼心理，使他們體驗(yàn)到一步一步?jīng)]那么難，每一步的感覺是我可以做成這件事。

如，在一次研修活動(dòng)中，許老師執(zhí)教的《我的水鐘》一課，將迭代思維演繹得淋漓盡致，同時(shí)也將本課的設(shè)計(jì)架構(gòu)清晰地展現(xiàn)了出來。他在帶領(lǐng)學(xué)生了解了水鐘的基本結(jié)構(gòu)和工作原理后，讓學(xué)生初次設(shè)計(jì)“我的水鐘”草圖，完成后進(jìn)行簡單的匯報(bào)交流。緊接著，沒有對盛水容器形狀的要求，也沒有對水鐘精準(zhǔn)性的要求，讓學(xué)生大膽開始初次制作。這樣做出來的水鐘，準(zhǔn)時(shí)性當(dāng)然是參差不齊，各有問題。但一次測試后學(xué)生就知道了問題所在。于是，再次修改設(shè)計(jì)圖，重新制作一次。如此反復(fù)，學(xué)生在教師的帶領(lǐng)下“小步快走”，節(jié)奏分明，在迭代更替中，終于得到“最準(zhǔn)”的水鐘。在我看來，反復(fù)地修改和制作，就是一步步邁向目標(biāo)的“墊腳石”;反復(fù)地討論和測試，就是通往成功的“催化劑”。

三、迭代思維，讓工具研究課有脈絡(luò) 、有方向

以六年級(jí)上冊《杠桿類工具的研究》一課中“小桿秤的研究”為例，教學(xué)中，要讓學(xué)生動(dòng)手制作一個(gè)小桿秤，來研究它是怎樣稱量出物體重量的。而在動(dòng)手之前，對桿秤文化的了解很有必要。因?yàn)槲覀冎?，作為中國?dú)立發(fā)明的傳統(tǒng)衡器，桿秤在中國已經(jīng)應(yīng)用了數(shù)千年，它是一種特殊的科學(xué)工藝，具有較高的歷史人文和社會(huì)學(xué)研究價(jià)值。而杠桿秤的家族發(fā)展史，也是一部杠桿工具的迭代史。從中點(diǎn)系著提繩，兩端固定各掛一個(gè)秤盤的古天平（如圖一），到“小小秤砣壓千斤”的不等臂秤（如圖二），再到直接讀物品重量的提系桿秤（如圖三），其使用的方便程度是不斷提升的。

那么，在實(shí)際教學(xué)中，從迭代的角度考慮，讓學(xué)生制作不同時(shí)期的桿秤，體會(huì)工具的革新是大有裨益的。因?yàn)?，在制作和?yōu)化桿秤的過程中，他們會(huì)發(fā)現(xiàn)古天平只適合于稱較輕的東西，不等臂秤需要用杠桿原理來計(jì)算物品重量，而提系桿秤則使用方便，可以直接讀出物品的重量。這樣，在實(shí)際操作中，讓制作的內(nèi)容由易到難，可以提高學(xué)習(xí)主體的自信心和積極性，也讓他們明白傳統(tǒng)的優(yōu)良工具并不是一蹴而就的。另外，在反復(fù)地實(shí)踐與思考中，更體會(huì)了杠桿秤這一工具數(shù)千年的演變，領(lǐng)略到中國古人的智慧。

綜上，迭代的思維方式能讓小學(xué)科學(xué)教學(xué)更加有序、有效、有章可循。教師長期運(yùn)用迭代思維，使課堂活動(dòng)層次分明、化繁為簡，學(xué)生的身心也將得到浸潤。迭代思維的不斷深入，很好地滿足了學(xué)生對于科學(xué)探究的好奇心，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，并引領(lǐng)他們更好地走向后續(xù)學(xué)習(xí)。