淺談迭代中的思維進階

吳宇寬

[摘 要]有效的迭代可以提高學生的自我反思能力，也能夠對他們設計的產品不斷地進行優化、提升。通過對多節STEM課程中學生迭代環節的共性問題進行分析，找到什么是有效的迭代。

[關鍵詞]有效迭代;自我反思;迭代提升

[中圖分類號] G623.6 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-9068（2021）36-0082-02

一、案例背景

STEM教育從不同學科之間的融合入手，著力于讓學生學會綜合運用多學科的知識，在動手操作，實際制作來解決實際問題的過程中，進行相應的科學探究，從而獲得新的知識。可以說在絕大部分STEM課程的實施中，完成一項工程任務是提升兒童工程思維，增強學科整合的有力措施。而迭代在工程中是必不可少的一步，也是工程思維得以發展的重要環節。因為設計者往往不可能考慮到所有影響設計決策的因素，也不可能直接達到設計最終要求，同時設計中會發生很多不可預測的事情，因此反復調整是完成每一項工程任務的過程中必不可少的過程。

有效的迭代可以提高學生的自我反思能力，也能夠對他們設計的產品不斷地進行優化、提升。而無效的迭代只是材料的二次堆砌和知識的重新整理，沒有學生主動思考的空間，對學生的思維進階并沒有起到實質作用。因此，通過對多節STEM課程中學生迭代環節的共性問題進行分析，找到什么是有效的迭代。

二、案例描述

筆者從近一年來，我校科學組開展的3個STEM項目學習任務中節選了出現學生迭代的相關教學環節，重點關注學生的初始迭代是怎樣，經過教師指導后的迭代是怎樣，什么樣的迭代更有價值，并分析教師應當如何進行迭代的指導。三節STEM課分別選自學生工程思維的三個層次階段。

1.基于學科本身的工程思維：《制作保溫杯》

本課是脫胎于蘇教版小學科學四年級上冊第一單元《冷與熱》的STEM課，這節課是基于學科本身的工程思維來設計教學內容的，重點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，針對這個問題，教會學生如何像工程師一樣按照規定的流程進行設計探究，迭代創新。在這個案例中，學生是這樣進行迭代的：

師：確定了我們的評價標準之后，老師今天也給大家帶來了一些材料，這些材料都有一定的成本，請同學們根據已有的資料，制作繪制設計圖。

生小組討論，將小組討論出的保溫杯，在外形、內部構造、尺寸、所需材料及使用原因等幾方面，進行畫圖設計。

師：那么，接下來就請每個小組上來分享匯報一下你們小組設計的保溫杯選用了什么材料，介紹自己的組的保溫杯的設計理念是什么。在聽的過程中，其他小組可以相互取長補短，再次完善自己的保溫杯的設計想法并二次修改小組的作品，讓其更符合我們的評價標準。

生匯報小組構思。

師：聽完了大家的匯報，你們對自己的設計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計太大了，不方便抓握。

【分析：（1）在這個環節中學生的迭代是在教師的指導下完成的，以任務驅動的方式讓學生意識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行謹慎的思考分析之后才能明確是否作為迭代的方向。（2）在這個環節，學生還沒有產生自發的迭代，但在教師的指令下，他們有意識地經歷迭代的過程，為后續引導學生產生自發迭代做鋪墊。】

2.單一領域中的工程挑戰：《天“降”奇兵》

這是一節跨學科融合項目，對應學生在單一領域中的工程挑戰。這節課以微課的形態呈現，借助信息化教學的優勢，讓學生可以反復多次地強調迭代的途徑和方式，進一步強化學生的迭代意識，讓學生將多學科的知識進行融合，制作模型，最終反思迭代自己的成品模型，制作出具有創新意識并應用于生活的產品。在這個案例中，學生是這樣進行迭代的：

師：準備好各部分所需的材料，確定了各項數值之后同學們就可以按照設計圖動手制作降落傘的模型了。別忘了，制作好的模型要用實驗驗證一下，看看有沒有達到你的預期功能。那接下來同學們可以開始制作啦！

生1：老師，我發現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。為了改進這種問題，我們打算不斷通過對比實驗，每一次實驗都做好記錄，經過反復實驗之后，就能得出最適合的傘面面積大小，制作出解決我們實際問題的降落傘。

生2：我覺得我制作的產品美觀度和安全性不足。在軍事演習中，根據降落地點的環境不同，我認為我的降落傘也要做一些改變。我運用美術課上學到的色彩搭配，選擇了熱帶雨林這種特殊環境，對我的降落傘進行裝飾改進。

【分析：（1）通過學生熟悉的游戲情景作為導入，激發了他們的學習興趣，以游戲為載體，開展游戲化教學，使學生獲得豐富的感性認識，從而理解知識，發展能力。讓學生像工程師一樣經過科學探究的順序進行設計實驗，讓他們在設計方案、制作模型的過程中經歷失敗、思考、交流等過程，讓他們認識到，任何一項產品和技術發明都是在不斷嘗試和總結的過程中誕生的，養成學生自發迭代的意識。（2）學生在前課的基礎上已經有了解決本項工程任務所需的理論知識，通過直觀的視頻和感受，訓練學生發現并提出問題的能力。培養學生主動發現，愿意發現的科學情感。同時依托游戲引出相似的真實生活情境，引導學生進行知識的水平遷移和運用，真正提高解決實際問題的能力。】

3.單一領域中的工程挑戰：《制作望遠鏡》

師：（演示產品）同學們，你們帶來了自己制作的望遠鏡，接下來就請我們負責展示匯報的同學上臺來介紹展示自己的望遠鏡。

生1：我覺得他們組的望遠鏡在伸縮性上不如我們組的，在拉伸的過程中間比較費力，但是我認為他們的放大倍數比我們組好，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。

生2：我們組的望遠鏡沒有他們組的特色裝飾，在這些望遠鏡中并不突出，我想給我們組的望遠鏡再設計一個顯目的裝飾，讓我們的望遠鏡有特色一些。

【分析：（1）雖然同為單一領域中的工程挑戰，但有了之前多次項目的訓練之后，明顯可以發現學生有了自主迭代的意識，并且迭代的方向更加有深度。不僅僅是知識與材料上的補充，針對實驗方法、制作工藝、人文色彩等都包含在了學生自我反思的方向中。（2）最后的展示匯報環節，是讓學生經過自主進行一項工程設計后再進行反饋，要求學生能夠用流暢的語言介紹自己的作品，引導學生意識到生活中實際問題的解決需要多學科知識的融合理解，綜合運用，培養學生尊重事實的科學素養，并將作品運用于解決生活中的實際問題，最終能夠應用于生產生活中。】

三、案例反思

1.層次分明，循序漸進

通過對三節不同階段的STEM項目的分析，我體會到，在真實情境或是課程任務的驅使下，學生會產生制作工程物品解決問題的想法。有了想法之后，根據教師給出的工程制作的步驟，開始進行設計和制作，在這里就有了第一次的迭代，學生在設計出方案之后，給予他分享交流的情境平臺，通過組內互評，組與組之間互評的方式，給學生自我完善的機會，這樣在課堂的匯報情境中就讓學生自發地完成了對設計方案的迭代。

緊接著制作好的產品更是需要迭代優化。迭代優化是基礎教育的工程活動最具特色的過程環節，學生結合實踐過程和評價環節中所得出的反思與評價結果，通過改變條件、途徑、手段， 調整后再循環，通過迭代優化直至得出有建設性的建議或有效的產品、方案。

2.以境融識，自我更新

隨著大數據時代的到來，AI、云數據、信息處理等逐漸成為世界各國的人才缺口，自然導致教育導向偏向于培養這類高新技術人才。創新意識成為新型競爭力。但傳統的分科教學容易導致學生偏科，產生思維僵化，失去反復更新的意識。因此，通過具有趣味性的情境創設，培養學生的工程思維，讓學生養成自發迭代的意識，對于生活中的實際問題能夠自發地運用各學科知識來解決問題，并最終形成相應的成果。在此基礎上，學生的創新意識就有了很大的提升，這是學生思維的成長。

在這三類案例中，學生是在教師創設的情境中發現問題的，然后再利用身邊的材料，通過設計、測量、計算、制作、實驗等一系列活動，巧妙地將科學與各學科有機融合。并且學生能夠根據自己提出的問題，不斷地去驗證和反思，始終有一種不滿足的狀態，從而能夠產生自發的迭代，打破思維的固化，制作出功能齊備且具有創意的作品。

3.聚焦能力，迭代提升

三個案例之間也存在著對于學生迭代意識培養的進階關聯，學生在基于學科的知識應用中，通過教師的迭代指導，能夠將知識進行水平遷移和綜合運用。除了思維的進階以外，能力培養同樣是我的教學目標之一，任何知識的歸途都是應用。因此在本課中，借助多學科元素，我提出了符合生活實際的要求，訓練學生動手制作能力、繪圖設計能力、展示匯報能力，使學生自發地進行知識的應用，并嘗試進行知識的水平遷移，主動解決生活中的實際問題。

（責編 韋淑紅）