淺談迭代中的思維進(jìn)階

吳宇寬

[摘 要]有效的迭代可以提高學(xué)生的自我反思能力，也能夠?qū)λ麄冊(cè)O(shè)計(jì)的產(chǎn)品不斷地進(jìn)行優(yōu)化、提升。通過對(duì)多節(jié)STEM課程中學(xué)生迭代環(huán)節(jié)的共性問題進(jìn)行分析，找到什么是有效的迭代。

[關(guān)鍵詞]有效迭代;自我反思;迭代提升

[中圖分類號(hào)] G623.6 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1007-9068（2021）36-0082-02

一、案例背景

STEM教育從不同學(xué)科之間的融合入手，著力于讓學(xué)生學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用多學(xué)科的知識(shí)，在動(dòng)手操作，實(shí)際制作來解決實(shí)際問題的過程中，進(jìn)行相應(yīng)的科學(xué)探究，從而獲得新的知識(shí)。可以說在絕大部分STEM課程的實(shí)施中，完成一項(xiàng)工程任務(wù)是提升兒童工程思維，增強(qiáng)學(xué)科整合的有力措施。而迭代在工程中是必不可少的一步，也是工程思維得以發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)者往往不可能考慮到所有影響設(shè)計(jì)決策的因素，也不可能直接達(dá)到設(shè)計(jì)最終要求，同時(shí)設(shè)計(jì)中會(huì)發(fā)生很多不可預(yù)測的事情，因此反復(fù)調(diào)整是完成每一項(xiàng)工程任務(wù)的過程中必不可少的過程。

有效的迭代可以提高學(xué)生的自我反思能力，也能夠?qū)λ麄冊(cè)O(shè)計(jì)的產(chǎn)品不斷地進(jìn)行優(yōu)化、提升。而無效的迭代只是材料的二次堆砌和知識(shí)的重新整理，沒有學(xué)生主動(dòng)思考的空間，對(duì)學(xué)生的思維進(jìn)階并沒有起到實(shí)質(zhì)作用。因此，通過對(duì)多節(jié)STEM課程中學(xué)生迭代環(huán)節(jié)的共性問題進(jìn)行分析，找到什么是有效的迭代。

二、案例描述

筆者從近一年來，我校科學(xué)組開展的3個(gè)STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)任務(wù)中節(jié)選了出現(xiàn)學(xué)生迭代的相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)，重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生的初始迭代是怎樣，經(jīng)過教師指導(dǎo)后的迭代是怎樣，什么樣的迭代更有價(jià)值，并分析教師應(yīng)當(dāng)如何進(jìn)行迭代的指導(dǎo)。三節(jié)STEM課分別選自學(xué)生工程思維的三個(gè)層次階段。

1.基于學(xué)科本身的工程思維：《制作保溫杯》

本課是脫胎于蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級(jí)上冊(cè)第一單元《冷與熱》的STEM課，這節(jié)課是基于學(xué)科本身的工程思維來設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容的，重點(diǎn)是通過課堂上一系列的前期研究之后，以冬天人們常用的保溫杯為問題，針對(duì)這個(gè)問題，教會(huì)學(xué)生如何像工程師一樣按照規(guī)定的流程進(jìn)行設(shè)計(jì)探究，迭代創(chuàng)新。在這個(gè)案例中，學(xué)生是這樣進(jìn)行迭代的：

師：確定了我們的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之后，老師今天也給大家?guī)砹艘恍┎牧希@些材料都有一定的成本，請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)已有的資料，制作繪制設(shè)計(jì)圖。

生小組討論，將小組討論出的保溫杯，在外形、內(nèi)部構(gòu)造、尺寸、所需材料及使用原因等幾方面，進(jìn)行畫圖設(shè)計(jì)。

師：那么，接下來就請(qǐng)每個(gè)小組上來分享匯報(bào)一下你們小組設(shè)計(jì)的保溫杯選用了什么材料，介紹自己的組的保溫杯的設(shè)計(jì)理念是什么。在聽的過程中，其他小組可以相互取長補(bǔ)短，再次完善自己的保溫杯的設(shè)計(jì)想法并二次修改小組的作品，讓其更符合我們的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

生匯報(bào)小組構(gòu)思。

師：聽完了大家的匯報(bào)，你們對(duì)自己的設(shè)計(jì)方案有什么修改方向么？

生1：我們組保溫的材料成本太高，打算換一些便宜的材料。

生2：我們組的保溫杯尺寸設(shè)計(jì)太大了，不方便抓握。

【分析：（1）在這個(gè)環(huán)節(jié)中學(xué)生的迭代是在教師的指導(dǎo)下完成的，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式讓學(xué)生意識(shí)到迭代的來源有兩種，一種是自我更新，另一種是吸取外部建議。但無論哪一種都需要進(jìn)行謹(jǐn)慎的思考分析之后才能明確是否作為迭代的方向。（2）在這個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生還沒有產(chǎn)生自發(fā)的迭代，但在教師的指令下，他們有意識(shí)地經(jīng)歷迭代的過程，為后續(xù)引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生自發(fā)迭代做鋪墊。】

2.單一領(lǐng)域中的工程挑戰(zhàn)：《天“降”奇兵》

這是一節(jié)跨學(xué)科融合項(xiàng)目，對(duì)應(yīng)學(xué)生在單一領(lǐng)域中的工程挑戰(zhàn)。這節(jié)課以微課的形態(tài)呈現(xiàn)，借助信息化教學(xué)的優(yōu)勢，讓學(xué)生可以反復(fù)多次地強(qiáng)調(diào)迭代的途徑和方式，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的迭代意識(shí)，讓學(xué)生將多學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行融合，制作模型，最終反思迭代自己的成品模型，制作出具有創(chuàng)新意識(shí)并應(yīng)用于生活的產(chǎn)品。在這個(gè)案例中，學(xué)生是這樣進(jìn)行迭代的：

師：準(zhǔn)備好各部分所需的材料，確定了各項(xiàng)數(shù)值之后同學(xué)們就可以按照設(shè)計(jì)圖動(dòng)手制作降落傘的模型了。別忘了，制作好的模型要用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一下，看看有沒有達(dá)到你的預(yù)期功能。那接下來同學(xué)們可以開始制作啦！

生1：老師，我發(fā)現(xiàn)我制作的降落傘降落速度過快，沒有起到緩沖作用，雞蛋直接碎掉了。為了改進(jìn)這種問題，我們打算不斷通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，每一次實(shí)驗(yàn)都做好記錄，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)之后，就能得出最適合的傘面面積大小，制作出解決我們實(shí)際問題的降落傘。

生2：我覺得我制作的產(chǎn)品美觀度和安全性不足。在軍事演習(xí)中，根據(jù)降落地點(diǎn)的環(huán)境不同，我認(rèn)為我的降落傘也要做一些改變。我運(yùn)用美術(shù)課上學(xué)到的色彩搭配，選擇了熱帶雨林這種特殊環(huán)境，對(duì)我的降落傘進(jìn)行裝飾改進(jìn)。

【分析：（1）通過學(xué)生熟悉的游戲情景作為導(dǎo)入，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣，以游戲?yàn)檩d體，開展游戲化教學(xué)，使學(xué)生獲得豐富的感性認(rèn)識(shí)，從而理解知識(shí)，發(fā)展能力。讓學(xué)生像工程師一樣經(jīng)過科學(xué)探究的順序進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓他們?cè)谠O(shè)計(jì)方案、制作模型的過程中經(jīng)歷失敗、思考、交流等過程，讓他們認(rèn)識(shí)到，任何一項(xiàng)產(chǎn)品和技術(shù)發(fā)明都是在不斷嘗試和總結(jié)的過程中誕生的，養(yǎng)成學(xué)生自發(fā)迭代的意識(shí)。（2）學(xué)生在前課的基礎(chǔ)上已經(jīng)有了解決本項(xiàng)工程任務(wù)所需的理論知識(shí)，通過直觀的視頻和感受，訓(xùn)練學(xué)生發(fā)現(xiàn)并提出問題的能力。培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)，愿意發(fā)現(xiàn)的科學(xué)情感。同時(shí)依托游戲引出相似的真實(shí)生活情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的水平遷移和運(yùn)用，真正提高解決實(shí)際問題的能力。】

3.單一領(lǐng)域中的工程挑戰(zhàn)：《制作望遠(yuǎn)鏡》

師：（演示產(chǎn)品）同學(xué)們，你們帶來了自己制作的望遠(yuǎn)鏡，接下來就請(qǐng)我們負(fù)責(zé)展示匯報(bào)的同學(xué)上臺(tái)來介紹展示自己的望遠(yuǎn)鏡。

生1：我覺得他們組的望遠(yuǎn)鏡在伸縮性上不如我們組的，在拉伸的過程中間比較費(fèi)力，但是我認(rèn)為他們的放大倍數(shù)比我們組好，我們組打算回去后也在嘗試其他的透鏡組合，提高一下我們組放大鏡的放大倍數(shù)。

生2：我們組的望遠(yuǎn)鏡沒有他們組的特色裝飾，在這些望遠(yuǎn)鏡中并不突出，我想給我們組的望遠(yuǎn)鏡再設(shè)計(jì)一個(gè)顯目的裝飾，讓我們的望遠(yuǎn)鏡有特色一些。

【分析：（1）雖然同為單一領(lǐng)域中的工程挑戰(zhàn)，但有了之前多次項(xiàng)目的訓(xùn)練之后，明顯可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生有了自主迭代的意識(shí)，并且迭代的方向更加有深度。不僅僅是知識(shí)與材料上的補(bǔ)充，針對(duì)實(shí)驗(yàn)方法、制作工藝、人文色彩等都包含在了學(xué)生自我反思的方向中。（2）最后的展示匯報(bào)環(huán)節(jié)，是讓學(xué)生經(jīng)過自主進(jìn)行一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)后再進(jìn)行反饋，要求學(xué)生能夠用流暢的語言介紹自己的作品，引導(dǎo)學(xué)生意識(shí)到生活中實(shí)際問題的解決需要多學(xué)科知識(shí)的融合理解，綜合運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)的科學(xué)素養(yǎng)，并將作品運(yùn)用于解決生活中的實(shí)際問題，最終能夠應(yīng)用于生產(chǎn)生活中。】

三、案例反思

1.層次分明，循序漸進(jìn)

通過對(duì)三節(jié)不同階段的STEM項(xiàng)目的分析，我體會(huì)到，在真實(shí)情境或是課程任務(wù)的驅(qū)使下，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生制作工程物品解決問題的想法。有了想法之后，根據(jù)教師給出的工程制作的步驟，開始進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作，在這里就有了第一次的迭代，學(xué)生在設(shè)計(jì)出方案之后，給予他分享交流的情境平臺(tái)，通過組內(nèi)互評(píng)，組與組之間互評(píng)的方式，給學(xué)生自我完善的機(jī)會(huì)，這樣在課堂的匯報(bào)情境中就讓學(xué)生自發(fā)地完成了對(duì)設(shè)計(jì)方案的迭代。

緊接著制作好的產(chǎn)品更是需要迭代優(yōu)化。迭代優(yōu)化是基礎(chǔ)教育的工程活動(dòng)最具特色的過程環(huán)節(jié)，學(xué)生結(jié)合實(shí)踐過程和評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)中所得出的反思與評(píng)價(jià)結(jié)果，通過改變條件、途徑、手段， 調(diào)整后再循環(huán)，通過迭代優(yōu)化直至得出有建設(shè)性的建議或有效的產(chǎn)品、方案。

2.以境融識(shí)，自我更新

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，AI、云數(shù)據(jù)、信息處理等逐漸成為世界各國的人才缺口，自然導(dǎo)致教育導(dǎo)向偏向于培養(yǎng)這類高新技術(shù)人才。創(chuàng)新意識(shí)成為新型競爭力。但傳統(tǒng)的分科教學(xué)容易導(dǎo)致學(xué)生偏科，產(chǎn)生思維僵化，失去反復(fù)更新的意識(shí)。因此，通過具有趣味性的情境創(chuàng)設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，讓學(xué)生養(yǎng)成自發(fā)迭代的意識(shí)，對(duì)于生活中的實(shí)際問題能夠自發(fā)地運(yùn)用各學(xué)科知識(shí)來解決問題，并最終形成相應(yīng)的成果。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)就有了很大的提升，這是學(xué)生思維的成長。

在這三類案例中，學(xué)生是在教師創(chuàng)設(shè)的情境中發(fā)現(xiàn)問題的，然后再利用身邊的材料，通過設(shè)計(jì)、測量、計(jì)算、制作、實(shí)驗(yàn)等一系列活動(dòng)，巧妙地將科學(xué)與各學(xué)科有機(jī)融合。并且學(xué)生能夠根據(jù)自己提出的問題，不斷地去驗(yàn)證和反思，始終有一種不滿足的狀態(tài)，從而能夠產(chǎn)生自發(fā)的迭代，打破思維的固化，制作出功能齊備且具有創(chuàng)意的作品。

3.聚焦能力，迭代提升

三個(gè)案例之間也存在著對(duì)于學(xué)生迭代意識(shí)培養(yǎng)的進(jìn)階關(guān)聯(lián)，學(xué)生在基于學(xué)科的知識(shí)應(yīng)用中，通過教師的迭代指導(dǎo)，能夠?qū)⒅R(shí)進(jìn)行水平遷移和綜合運(yùn)用。除了思維的進(jìn)階以外，能力培養(yǎng)同樣是我的教學(xué)目標(biāo)之一，任何知識(shí)的歸途都是應(yīng)用。因此在本課中，借助多學(xué)科元素，我提出了符合生活實(shí)際的要求，訓(xùn)練學(xué)生動(dòng)手制作能力、繪圖設(shè)計(jì)能力、展示匯報(bào)能力，使學(xué)生自發(fā)地進(jìn)行知識(shí)的應(yīng)用，并嘗試進(jìn)行知識(shí)的水平遷移，主動(dòng)解決生活中的實(shí)際問題。

（責(zé)編 韋淑紅）