基于“思維爆炸”模式的中小學STEM特色課程實踐研究

許明

摘要：基于問題為導向的“思維爆炸”教學模式，鼓勵學生大膽嘗試，用創新思維和方法解決問題。STEM課程的開發旨在培養學生科學、系統、開放、發散的思維方式和習慣。二者融合將進一步增加課程的深度，起到1+1>2的效果。本研究則是以其中的“制作智能警報器”課程為例，闡述基于“思維爆炸”教學模式的STEM特色課程實踐研究。

關鍵詞：思維爆炸? 教學? STEM課程? 整合? 特色課程

一、STEM教育的概念界定與中小學開展現狀

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）四門學科英文名稱的首字母組合簡稱。我國從21世紀初就在科技教育領域開始對STEM教育引入和介紹，2010年起STEM研究趨熱，繁榮初現，近年來達到高峰，目前主要有兩種形式：

（一）中小學STEM課程以項目式（“思維爆炸”）學習為主，以社團活動為載體

我國中小學階段STEM課程組織有不同形式，但最主要的是項目式學習方式，參與形式依次有學校社團課程（如機器人、3D打印、編程等）、學校活動類課程（如科技類競賽、創客競賽、科技節、科普日等）、校外科技類課程（主要指興趣班）和學校專設課程等。相比課程表課程，中小學專門以“STEM"命名的課程較少。

（二）STEM教育與學科教育為整合

STEM教學主要是通過活動或融入其他課程的方式開展，倡導采用自主探索、分組合作、調查分析、合理推理等，嘗試用科學、技術、工程、數學等知識來解釋和展示本學科知識。

二、中小學STEM教育的前瞻性

STEM教育是一種跨學科綜合式的學習方式，注重培養中小學生的創新能力、問題解決能力、團隊合作能力和知識探索能力等，以適應未來的核心競爭力。

（一）注重融合

學科間必然存在或多或少的交叉支撐、融合互補、協同發展的關系。STEM教育旨在強化這種關聯，實現深層次融合，全方位、多維度培養中小學生各方面的認知、技能和素養。

（二）關注過程

STEM課程的理念是了解和解決基于現實生活情景的實際問題，以工程設計為主導，學生提出自己的解決方案。它關注學生學習過程，學生在實踐獲得不同的建議，嘗試不同的思路，在不斷試錯中發現、分析、優化和解決問題。

（三）培養團隊協作能力

STEM教育引導學生在自主思考和探索的同時也注重培養學生團隊合作意識，鼓勵學生在動手過程中力求解決問題，讓他們體驗群體合作的樂趣，這樣更有利于問題解決和問題過程的最優化解決。

（四）培養創新意識

STEM教育要求學生親歷實踐，但提升動手能力并不能等同于提升創新意識和創新能力。基于創新意識，結合動手實踐和真實探索才能喚醒孩子的創新潛能。

三、“智能電報機”STEM課程實例

STEM教育是以體驗式理論學習和建構主義學習理論為理論依據展開的，體驗式學習要求學習者從自己的生活體驗出發，以生活中的特定問題進行反思、概括、討論與評價，最終產生新的認識、情感或行動。而建構主義則重點強調要以學生為中心，教師在教學當中主要是起引導作用，讓學生在主動對知識進行探索的過程中給予輔導，學生是課堂的“主角”，他們需要主動對所學知識的有意義的部分進行建構。與傳統的以學科知識為基礎的教學法不同，“思維爆炸”教學模式以學生的主動學習和發散性思維為主，將學習內容置于任務（Project）中或與問題掛鉤，強調把學習置于真實的、多維的、有意義的現實情景中，通過學習者的自主探究和組隊合作來解決問題，最終達到學習隱嵌于問題背后的科學知識，形成解決問題和再學習能力的目標。

本課程分為三課時完成教學任務。第一課時，利用數學工具繪制思維爆炸圖，了解編程的物理原理與數學原理，編寫出合適的程序。第二課時，依據思維爆炸圖結合數學工具繪制模型草圖，再結合工具完成模型制作，完成工程上的設計和制造。第三課時，在作品設計制造中融合工程、結構、技術與數學等知識，利用“思維爆炸”圖完善作品。以“思維爆炸”為基礎，把問題和任務貫穿全課程而非采取傳統的知識點教學方式，將所授知識進行生活化現實化轉換，建立知識與生活情境之間的有有機關聯，讓學生真正感觸到知識發散的無限魅力。

第一課時：利用數學工具繪制思維爆炸圖，了解編程的物理原理與數學原理，編寫出合適的程序。

（1）初識電報機

①談話導入：其實在手機發明之前的近代時期，人們有一種特殊的傳遞信息的方法。我們來看一段視頻。

②展示電影片段，初識電報機。

③提問：看了剛才的視頻，你都知道了什么？（學生回答）

提示：電報是以前人們傳遞信息一種工具，是最早使用電進行通信的方法。

（2）感受“電報機”

（3）繪制思維爆炸圖

電報機在現在已經很少使用了，你能利用剛才的視頻信息和體驗，說出繪制思維爆炸圖，拓展它的新功能嗎？

第二課時：依據思維爆炸圖結合數學工具繪制模型草圖，再結合工具完成模型制作，完成工程上的設計和制造。

（1）挑選器材

師：你們會根據思維爆炸圖確定制作內容，再挑選器材嗎，解釋一下為什么選擇這些器材？

（2）嘗試制作

師：下面我們就嘗試連接。

師：你覺得你在連接過程中需要注意些什么？

出示ppt，讓學生嘗試用電子筆連一連。

（3）同伴評價并給出意見

教師：你覺得他的制作有哪些優點和不足呢？

教師：請你提出你的修改意見。

第三課時：利用思維爆炸圖完善作品。

（1）反思與改進

師：對于昨天的作品大家認為有什么需要改進的地方，結合思維爆炸圖說一說。

學生展示自己想法（投影）并解說。

學生1：電報機可以制作成簡易的樂器;

學生2：電報機可以做出報警器;

學生3：電報機可以裝在汽車上做成防碰撞報警器。

（對于學生的金點子教師從正面評價，鼓勵學生創新）

（2）驗證與優化

師：對于這些想法，其他同學有什么建議？

（3）展示、評價與總結

教師：這些作品給你哪些啟發？（鼓勵學生創新，肯定學生作品并予以表揚）

（4）拓展與應用

課后繼續利用思維爆炸的方式，制作一個更好的小發明作品。

（5）改進、完善、再制作

課程雖然只有短短的三課時，但學生花的時間遠遠超過三小時，學生普遍反映：一是，課題看起來容易，想起來麻煩，做起來費事，但經過完整的制作，學習到了做事情需要條理性和程序性;二是，小小的電報機看似用處不大，但小組匯報時極大地開闊了視野，體會到思維的多樣性是無限的;三是，任何事情都要依靠集體的力量去實現，不能靠自己單打獨斗;四是，做任何事情要有恒心，不能半途而廢，只有堅定努力，才能收獲掌聲。

本次課程從基本的知識傳授，到思維爆炸的發散，再到作品的制作與展示充分體現了以學生為主的教學模式。教學過程中以一個中心點電報機開始，按照用途、特點、拆分、改進等分支和層級展開，鍛煉了學生的想象力，創造力和創新意識。