STEM教育中的迭代思維

陳海軍　湯建華

當下，有關STEM教育和項目化學習的探討與實踐進行得如火如荼。而在指向學生核心素養的STEM教育和項目化學習中，有一種思維至關重要，那就是迭代思維。

小學科學課程中的很多教學內容，以解決問題為基礎，讓學生在解決問題的過程中實現知識與方法的整合、運用和遷移，最終形成新的方法、思路或作品，往往可以看成是一種項目化學習。而迭代的思維模式能為此提供一定的指導，它能讓活動過程層次分明、循序漸進，也能讓學生在迭代更新中造就持之以恒的性格，養成敢于自我否定的品質，鑄就崇尚科學的精神。

一、迭代思維，讓實驗探究課有層次、有章法

比如，在教學上三年級上冊《我們來做“熱氣球”》一課時，當給出實驗材料一個塑料袋、一個紙筒和一支蠟燭后，有些學生很快意識到要如何操作。聽完實驗的注意事項后，他們迫不及待地點燃蠟燭，很快將“熱氣球”放飛。在接下來的時間里，他們還會多次嘗試“放飛”的過程，但已然失去目標了。此時，如果教師能以迭代思維考慮到這一“作品”尚不完善，適時地給他們提出一個目標——如何將你的“熱氣球”在空中飛得更久呢？學生又會產生更高的興趣，重新投入新的研究中。讓他們將改進或創新的方法記錄下來，畫出草圖，然后再開始不斷地嘗試。當然，這也意味著教學者要有更充足的準備，比如材料等。而從“放飛”到“飛得更久”，目標的提升會讓學生更有動力，迭代的思維也讓課堂更有活力。

又如，在五年級上冊第三單元第八課《減少對土地的侵蝕》中，需要進行模擬實驗“設計和建造我們的家園”。有了本單元前幾課知識的學習和積累，學生在經過交流、討論后，制訂了較為完整的建造計劃，然后就著手實施了。然而，“紙上談兵易，戰場殺敵難”。按照計劃在大盤子里建好山地和平原、植上大樹和小草，再造好美麗的房屋，可一場“暴雨”來襲，苦心經營的地形被侵蝕、河流被破壞、房屋也倒塌了。學生的氣餒之情呈現在臉上，苦不堪言。但如果將迭代的思想滲入其中，換一下流程呢？教師可以有言在先：同學們，這個模擬實驗老師做過，建造的家園很難抵御住“暴雨”的襲擊。大家能不能多想想辦法，多嘗試幾次，看誰能先造出美麗而又堅固的家園？這樣，學生在按照計劃建造好后，會再進行一遍遍地改造、測試，他們會緊實土地、加固河道、密集植被……對家園進行更新迭代的過程，也是學習主體動手能力不斷得到鍛煉、交流合作能力不斷得到提升的過程。

二、迭代思維，讓設計制作課有思路、有邏輯

《小學科學課程標準》對學習主體的設計制作能力提出了新要求，新教材中設計制作類內容的增加就是證明。從一年級“做一個測量紙帶”“給動物建個‘家”，到二年級“做一頂帽子”“做一個指南針”，再到三年級“我們來做‘熱氣球”“我們的‘過山車”，四年級“設計制作小車”……設計制作類內容每個學年、每個學期都會涉及。而如果在課堂上讓學生短時間內拿出一個完美的作品，是不切實際的，學生也會產生畏難心理。所以，作為教師，要有迭代更新、步步為營的想法。在設計制作教學中，先完成到哪兒、在哪里有測試和調整，作為課堂的引導者，要有通盤考慮。這樣，也能幫助學生克服畏懼心理，使他們體驗到一步一步沒那么難，每一步的感覺是我可以做成這件事。

如，在一次研修活動中，許老師執教的《我的水鐘》一課，將迭代思維演繹得淋漓盡致，同時也將本課的設計架構清晰地展現了出來。他在帶領學生了解了水鐘的基本結構和工作原理后，讓學生初次設計“我的水鐘”草圖，完成后進行簡單的匯報交流。緊接著，沒有對盛水容器形狀的要求，也沒有對水鐘精準性的要求，讓學生大膽開始初次制作。這樣做出來的水鐘，準時性當然是參差不齊，各有問題。但一次測試后學生就知道了問題所在。于是，再次修改設計圖，重新制作一次。如此反復，學生在教師的帶領下“小步快走”，節奏分明，在迭代更替中，終于得到“最準”的水鐘。在我看來，反復地修改和制作，就是一步步邁向目標的“墊腳石”;反復地討論和測試，就是通往成功的“催化劑”。

三、迭代思維，讓工具研究課有脈絡 、有方向

以六年級上冊《杠桿類工具的研究》一課中“小桿秤的研究”為例，教學中，要讓學生動手制作一個小桿秤，來研究它是怎樣稱量出物體重量的。而在動手之前，對桿秤文化的了解很有必要。因為我們知道，作為中國獨立發明的傳統衡器，桿秤在中國已經應用了數千年，它是一種特殊的科學工藝，具有較高的歷史人文和社會學研究價值。而杠桿秤的家族發展史，也是一部杠桿工具的迭代史。從中點系著提繩，兩端固定各掛一個秤盤的古天平（如圖一），到“小小秤砣壓千斤”的不等臂秤（如圖二），再到直接讀物品重量的提系桿秤（如圖三），其使用的方便程度是不斷提升的。

那么，在實際教學中，從迭代的角度考慮，讓學生制作不同時期的桿秤，體會工具的革新是大有裨益的。因為，在制作和優化桿秤的過程中，他們會發現古天平只適合于稱較輕的東西，不等臂秤需要用杠桿原理來計算物品重量，而提系桿秤則使用方便，可以直接讀出物品的重量。這樣，在實際操作中，讓制作的內容由易到難，可以提高學習主體的自信心和積極性，也讓他們明白傳統的優良工具并不是一蹴而就的。另外，在反復地實踐與思考中，更體會了杠桿秤這一工具數千年的演變，領略到中國古人的智慧。

綜上，迭代的思維方式能讓小學科學教學更加有序、有效、有章可循。教師長期運用迭代思維，使課堂活動層次分明、化繁為簡，學生的身心也將得到浸潤。迭代思維的不斷深入，很好地滿足了學生對于科學探究的好奇心，激發了他們的學習內驅力，并引領他們更好地走向后續學習。