基于“思維爆炸”模式的中小學(xué)STEM特色課程實踐研究

許明

摘要：基于問題為導(dǎo)向的“思維爆炸”教學(xué)模式，鼓勵學(xué)生大膽嘗試，用創(chuàng)新思維和方法解決問題。STEM課程的開發(fā)旨在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、系統(tǒng)、開放、發(fā)散的思維方式和習(xí)慣。二者融合將進(jìn)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(xué)模式的STEM特色課程實踐研究。

關(guān)鍵詞：思維爆炸? 教學(xué)? STEM課程? 整合? 特色課程

一、STEM教育的概念界定與中小學(xué)開展現(xiàn)狀

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

（一）中小學(xué)STEM課程以項目式（“思維爆炸”）學(xué)習(xí)為主，以社團(tuán)活動為載體

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

（二）STEM教育與學(xué)科教育為整合

STEM教學(xué)主要是通過活動或融入其他課程的方式開展，倡導(dǎo)采用自主探索、分組合作、調(diào)查分析、合理推理等，嘗試用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等知識來解釋和展示本學(xué)科知識。

二、中小學(xué)STEM教育的前瞻性

STEM教育是一種跨學(xué)科綜合式的學(xué)習(xí)方式，注重培養(yǎng)中小學(xué)生的創(chuàng)新能力、問題解決能力、團(tuán)隊合作能力和知識探索能力等，以適應(yīng)未來的核心競爭力。

（一）注重融合

學(xué)科間必然存在或多或少的交叉支撐、融合互補、協(xié)同發(fā)展的關(guān)系。STEM教育旨在強化這種關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)深層次融合，全方位、多維度培養(yǎng)中小學(xué)生各方面的認(rèn)知、技能和素養(yǎng)。

（二）關(guān)注過程

STEM課程的理念是了解和解決基于現(xiàn)實生活情景的實際問題，以工程設(shè)計為主導(dǎo)，學(xué)生提出自己的解決方案。它關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程，學(xué)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(fā)現(xiàn)、分析、優(yōu)化和解決問題。

（三）培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作能力

STEM教育引導(dǎo)學(xué)生在自主思考和探索的同時也注重培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作意識，鼓勵學(xué)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(yōu)化解決。

（四）培養(yǎng)創(chuàng)新意識

STEM教育要求學(xué)生親歷實踐，但提升動手能力并不能等同于提升創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。基于創(chuàng)新意識，結(jié)合動手實踐和真實探索才能喚醒孩子的創(chuàng)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(xué)習(xí)和建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為理論依據(jù)展開的，體驗式學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)者從自己的生活體驗出發(fā)，以生活中的特定問題進(jìn)行反思、概括、討論與評價，最終產(chǎn)生新的認(rèn)識、情感或行動。而建構(gòu)主義則重點強調(diào)要以學(xué)生為中心，教師在教學(xué)當(dāng)中主要是起引導(dǎo)作用，讓學(xué)生在主動對知識進(jìn)行探索的過程中給予輔導(dǎo)，學(xué)生是課堂的“主角”，他們需要主動對所學(xué)知識的有意義的部分進(jìn)行建構(gòu)。與傳統(tǒng)的以學(xué)科知識為基礎(chǔ)的教學(xué)法不同，“思維爆炸”教學(xué)模式以學(xué)生的主動學(xué)習(xí)和發(fā)散性思維為主，將學(xué)習(xí)內(nèi)容置于任務(wù)（Project）中或與問題掛鉤，強調(diào)把學(xué)習(xí)置于真實的、多維的、有意義的現(xiàn)實情景中，通過學(xué)習(xí)者的自主探究和組隊合作來解決問題，最終達(dá)到學(xué)習(xí)隱嵌于問題背后的科學(xué)知識，形成解決問題和再學(xué)習(xí)能力的目標(biāo)。

本課程分為三課時完成教學(xué)任務(wù)。第一課時，利用數(shù)學(xué)工具繪制思維爆炸圖，了解編程的物理原理與數(shù)學(xué)原理，編寫出合適的程序。第二課時，依據(jù)思維爆炸圖結(jié)合數(shù)學(xué)工具繪制模型草圖，再結(jié)合工具完成模型制作，完成工程上的設(shè)計和制造。第三課時，在作品設(shè)計制造中融合工程、結(jié)構(gòu)、技術(shù)與數(shù)學(xué)等知識，利用“思維爆炸”圖完善作品。以“思維爆炸”為基礎(chǔ)，把問題和任務(wù)貫穿全課程而非采取傳統(tǒng)的知識點教學(xué)方式，將所授知識進(jìn)行生活化現(xiàn)實化轉(zhuǎn)換，建立知識與生活情境之間的有有機關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生真正感觸到知識發(fā)散的無限魅力。

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

（1）初識電報機

①談話導(dǎo)入：其實在手機發(fā)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(xué)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(jìn)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(xiàn)在已經(jīng)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(jù)思維爆炸圖結(jié)合數(shù)學(xué)工具繪制模型草圖，再結(jié)合工具完成模型制作，完成工程上的設(shè)計和制造。

（1）挑選器材

師：你們會根據(jù)思維爆炸圖確定制作內(nèi)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(xué)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(yōu)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(jìn)

師：對于昨天的作品大家認(rèn)為有什么需要改進(jìn)的地方，結(jié)合思維爆炸圖說一說。

學(xué)生展示自己想法（投影）并解說。

學(xué)生1：電報機可以制作成簡易的樂器;

學(xué)生2：電報機可以做出報警器;

學(xué)生3：電報機可以裝在汽車上做成防碰撞報警器。

（對于學(xué)生的金點子教師從正面評價，鼓勵學(xué)生創(chuàng)新）

（2）驗證與優(yōu)化

師：對于這些想法，其他同學(xué)有什么建議？

（3）展示、評價與總結(jié)

教師：這些作品給你哪些啟發(fā)？（鼓勵學(xué)生創(chuàng)新，肯定學(xué)生作品并予以表揚）

（4）拓展與應(yīng)用

課后繼續(xù)利用思維爆炸的方式，制作一個更好的小發(fā)明作品。

（5）改進(jìn)、完善、再制作

課程雖然只有短短的三課時，但學(xué)生花的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過三小時，學(xué)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(jīng)過完整的制作，學(xué)習(xí)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(xiàn)，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(fā)散，再到作品的制作與展示充分體現(xiàn)了以學(xué)生為主的教學(xué)模式。教學(xué)過程中以一個中心點電報機開始，按照用途、特點、拆分、改進(jìn)等分支和層級展開，鍛煉了學(xué)生的想象力，創(chuàng)造力和創(chuàng)新意識。