STEM非良構(gòu)課程助力學(xué)生高階思維培養(yǎng)

周迎春

【關(guān)鍵詞】高階思維；非良構(gòu)課程；學(xué)科融合

【中圖分類號】G434 ?【文獻標(biāo)志碼】B ?【文章編號】1005-6009（2023）05-0093-02

STEM非良構(gòu)課程是學(xué)生通過團隊協(xié)作、分解任務(wù)、自主探究來解決問題的思維體操。這種游戲式的學(xué)習(xí)方式要求學(xué)生善用批判性思維，善于分析判斷問題解決過程中出現(xiàn)的各種問題，在目標(biāo)任務(wù)達成的過程中提升其STEM核心能力?！盎鹦腔⌒芜\動小車”是由江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究室主辦的江蘇省STEM教育大會展示課例。筆者以為，該展示案例具有非良構(gòu)課程的代表性，指向了對學(xué)生高階思維的培養(yǎng)。

一、喚醒好奇心，培育探索精神

“火星弧形運動小車”項目中，學(xué)生作為問題解決者，在從地球人到火星人的角色轉(zhuǎn)換中，面臨火星大氣環(huán)境、重力變化、資源匱乏等諸多變量因素，需要轉(zhuǎn)換思維方式，在新的維度空間解決問題。當(dāng)學(xué)生戴上VR眼鏡，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)登陸火星后，他們的好奇心引發(fā)的探索精神及認(rèn)知需求會被瞬間激活。

比如在關(guān)于火星基地如何建設(shè)的課前討論交流中，有學(xué)生認(rèn)為要保證氧氣與水的供應(yīng)，并查閱到可以用薩巴捷反應(yīng)制取甲烷與氧氣。有學(xué)生關(guān)心火星能源供應(yīng)的來源，在太陽能、風(fēng)能與核能的選擇里，率先排除核能的可能性，其比較一致的理由是火星人類可能就是由于遭受過核戰(zhàn)爭毀滅性的打擊。至于新火星人是否應(yīng)該接受素食的問題，大部分學(xué)生認(rèn)為應(yīng)堅持素食，其理由是，作為人類肉食來源的動物消耗太多糧食，因此有學(xué)生認(rèn)為可以通過基因工程提高可食性動物的生長效率或者制作仿真肉……

二、打破學(xué)科壁壘，培育工程思維

工程思維是人們在進行工程活動和工程研究過程中所形成的獨特的思維方式，是一種籌劃型的實體思維。工程思維是運用各種知識解決工程技術(shù)問題的核心，是人們物化創(chuàng)意改造世界的一種重要素養(yǎng)，而這種素養(yǎng)的提升是需要在實踐中通過個體的親身體驗來完成的。工程是目前STEM教育的大整合模塊中的重要組成部分。然而，工程思維能力卻是我國學(xué)生的一個短板，亟須引起重視。STEM項目的問題域、問題解決路徑等恰好為學(xué)生工程思維培養(yǎng)提供了新思路。

“火星弧形運動小車”是一個非常好的思維訓(xùn)練項目?；⌒伍L度的計算、對應(yīng)輪子圈數(shù)的計算所涉及的數(shù)學(xué)邏輯思維，以及輪子的安裝及調(diào)試中的諸多問題情境，為學(xué)生工程思維、實驗思維等高階思維的培養(yǎng)提供了良好的載體。完成一項工程的過程漫長而復(fù)雜，在工程設(shè)計實施的過程中，不可避免會跨越多個學(xué)科。比如，當(dāng)個體數(shù)學(xué)知識儲備不夠用時，需要有針對性地補充數(shù)學(xué)知識；當(dāng)數(shù)學(xué)知識與實際問題的解決存在知識技能短板時，需要更多學(xué)科知識的介入。學(xué)生通過跨學(xué)科學(xué)習(xí)，創(chuàng)建更多的鏈接，規(guī)劃擬定實驗方案，最后通過反復(fù)實驗驗證方案的可行性并進行必要的修正完善。

三、多元滲透，培養(yǎng)發(fā)散思維

“火星弧形運動小車”項目的非良構(gòu)性會導(dǎo)致問題解決路徑的去標(biāo)準(zhǔn)化。問題本身需要條件限定，比如啟動電源僅能推動弧形小車進入斜坡及進行輪子更換，但是否可以讓火星基地派出救援車載回？火星車的設(shè)計是否應(yīng)該準(zhǔn)備備用電源？如果太陽能電池由于沙塵暴的影響減少輻射能的吸收，是否應(yīng)該增加除沙裝置？如果同位素電池足夠穩(wěn)定，火星車是否應(yīng)該迭代升級以增加載重、穩(wěn)定性及其他功能？“火星弧形運動小車”讓學(xué)生沉浸于有價值的諸多困境，鏈接多學(xué)科知識技能擬定并實施創(chuàng)新性解決方案，自然也滲透了創(chuàng)新思維的養(yǎng)成。

四、鼓勵質(zhì)疑，培養(yǎng)批判性思維

在方案的制訂過程中，學(xué)生對弧形方案本身提出疑問：難道火星車預(yù)感到自己會有此一難，而特意準(zhǔn)備好了如此準(zhǔn)確的小輪？火星上的斜坡即使也存在非平滑規(guī)則，那么小車在下滑過程中是否會導(dǎo)致路線偏離？弧形小車到達斜坡及更換一側(cè)輪子是需要能源供給，還是可以計算一下讓其走兩段直線，最后折返火星基地？由于可以提前植入程序或者進行地面實時控制，是否可以提高任務(wù)完成的可能性？面對上述問題，以及對于教師預(yù)定方案都持否定態(tài)度的學(xué)生，都需要教師組織引領(lǐng)一場課堂答辯來打消疑慮，大家可以各抒己見。當(dāng)質(zhì)疑發(fā)生時，意味著學(xué)生開始獨立思考；當(dāng)爭論到面紅耳赤時，則意味著正反雙方批判性思維培養(yǎng)的絕佳窗口的到來。

學(xué)習(xí)是培養(yǎng)自我能力的有意義的經(jīng)歷，而智慧是穿過事物之表象獲取內(nèi)在本質(zhì)的能力。智慧無法傳授，須在個體解決問題的過程中體驗，感悟生成進一步的思考?；凇盎鹦腔⌒芜\動小車”項目可進一步做出項目化、單元化的設(shè)計，比如可以衍生“火星能源基地建設(shè)”“火星蔬菜培育”“火星交通樞紐”“火星地球航站建設(shè)”“火星沙塵暴防治”“火星新移民進化研究”“火星飛船發(fā)射時機探究”等。讓學(xué)生置身于一個跨越學(xué)科和時空界限的虛擬現(xiàn)實情境中進行實踐研究，不僅能激發(fā)其探索宇宙奧秘的好奇心，還能使他們觸發(fā)更多的奇思妙想。

（作者單位：江蘇省蘇州市吳江區(qū)鱸鄉(xiāng)實驗小學(xué)）