STEM非良構(gòu)課程助力學(xué)生高階思維培養(yǎng)

周迎春

【關(guān)鍵詞】高階思維；非良構(gòu)課程；學(xué)科融合

【中圖分類號(hào)】G434 ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B ?【文章編號(hào)】1005-6009（2023）05-0093-02

STEM非良構(gòu)課程是學(xué)生通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作、分解任務(wù)、自主探究來(lái)解決問(wèn)題的思維體操。這種游戲式的學(xué)習(xí)方式要求學(xué)生善用批判性思維，善于分析判斷問(wèn)題解決過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，在目標(biāo)任務(wù)達(dá)成的過(guò)程中提升其STEM核心能力。“火星弧形運(yùn)動(dòng)小車”是由江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究室主辦的江蘇省STEM教育大會(huì)展示課例。筆者以為，該展示案例具有非良構(gòu)課程的代表性，指向了對(duì)學(xué)生高階思維的培養(yǎng)。

一、喚醒好奇心，培育探索精神

“火星弧形運(yùn)動(dòng)小車”項(xiàng)目中，學(xué)生作為問(wèn)題解決者，在從地球人到火星人的角色轉(zhuǎn)換中，面臨火星大氣環(huán)境、重力變化、資源匱乏等諸多變量因素，需要轉(zhuǎn)換思維方式，在新的維度空間解決問(wèn)題。當(dāng)學(xué)生戴上VR眼鏡，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)登陸火星后，他們的好奇心引發(fā)的探索精神及認(rèn)知需求會(huì)被瞬間激活。

比如在關(guān)于火星基地如何建設(shè)的課前討論交流中，有學(xué)生認(rèn)為要保證氧氣與水的供應(yīng)，并查閱到可以用薩巴捷反應(yīng)制取甲烷與氧氣。有學(xué)生關(guān)心火星能源供應(yīng)的來(lái)源，在太陽(yáng)能、風(fēng)能與核能的選擇里，率先排除核能的可能性，其比較一致的理由是火星人類可能就是由于遭受過(guò)核戰(zhàn)爭(zhēng)毀滅性的打擊。至于新火星人是否應(yīng)該接受素食的問(wèn)題，大部分學(xué)生認(rèn)為應(yīng)堅(jiān)持素食，其理由是，作為人類肉食來(lái)源的動(dòng)物消耗太多糧食，因此有學(xué)生認(rèn)為可以通過(guò)基因工程提高可食性動(dòng)物的生長(zhǎng)效率或者制作仿真肉……

二、打破學(xué)科壁壘，培育工程思維

工程思維是人們?cè)谶M(jìn)行工程活動(dòng)和工程研究過(guò)程中所形成的獨(dú)特的思維方式，是一種籌劃型的實(shí)體思維。工程思維是運(yùn)用各種知識(shí)解決工程技術(shù)問(wèn)題的核心，是人們物化創(chuàng)意改造世界的一種重要素養(yǎng)，而這種素養(yǎng)的提升是需要在實(shí)踐中通過(guò)個(gè)體的親身體驗(yàn)來(lái)完成的。工程是目前STEM教育的大整合模塊中的重要組成部分。然而，工程思維能力卻是我國(guó)學(xué)生的一個(gè)短板，亟須引起重視。STEM項(xiàng)目的問(wèn)題域、問(wèn)題解決路徑等恰好為學(xué)生工程思維培養(yǎng)提供了新思路。

“火星弧形運(yùn)動(dòng)小車”是一個(gè)非常好的思維訓(xùn)練項(xiàng)目。弧形長(zhǎng)度的計(jì)算、對(duì)應(yīng)輪子圈數(shù)的計(jì)算所涉及的數(shù)學(xué)邏輯思維，以及輪子的安裝及調(diào)試中的諸多問(wèn)題情境，為學(xué)生工程思維、實(shí)驗(yàn)思維等高階思維的培養(yǎng)提供了良好的載體。完成一項(xiàng)工程的過(guò)程漫長(zhǎng)而復(fù)雜，在工程設(shè)計(jì)實(shí)施的過(guò)程中，不可避免會(huì)跨越多個(gè)學(xué)科。比如，當(dāng)個(gè)體數(shù)學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備不夠用時(shí)，需要有針對(duì)性地補(bǔ)充數(shù)學(xué)知識(shí)；當(dāng)數(shù)學(xué)知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題的解決存在知識(shí)技能短板時(shí)，需要更多學(xué)科知識(shí)的介入。學(xué)生通過(guò)跨學(xué)科學(xué)習(xí)，創(chuàng)建更多的鏈接，規(guī)劃擬定實(shí)驗(yàn)方案，最后通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案的可行性并進(jìn)行必要的修正完善。

三、多元滲透，培養(yǎng)發(fā)散思維

“火星弧形運(yùn)動(dòng)小車”項(xiàng)目的非良構(gòu)性會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題解決路徑的去標(biāo)準(zhǔn)化。問(wèn)題本身需要條件限定，比如啟動(dòng)電源僅能推動(dòng)弧形小車進(jìn)入斜坡及進(jìn)行輪子更換，但是否可以讓火星基地派出救援車載回？火星車的設(shè)計(jì)是否應(yīng)該準(zhǔn)備備用電源？如果太陽(yáng)能電池由于沙塵暴的影響減少輻射能的吸收，是否應(yīng)該增加除沙裝置？如果同位素電池足夠穩(wěn)定，火星車是否應(yīng)該迭代升級(jí)以增加載重、穩(wěn)定性及其他功能？“火星弧形運(yùn)動(dòng)小車”讓學(xué)生沉浸于有價(jià)值的諸多困境，鏈接多學(xué)科知識(shí)技能擬定并實(shí)施創(chuàng)新性解決方案，自然也滲透了創(chuàng)新思維的養(yǎng)成。

四、鼓勵(lì)質(zhì)疑，培養(yǎng)批判性思維

在方案的制訂過(guò)程中，學(xué)生對(duì)弧形方案本身提出疑問(wèn)：難道火星車預(yù)感到自己會(huì)有此一難，而特意準(zhǔn)備好了如此準(zhǔn)確的小輪？火星上的斜坡即使也存在非平滑規(guī)則，那么小車在下滑過(guò)程中是否會(huì)導(dǎo)致路線偏離？弧形小車到達(dá)斜坡及更換一側(cè)輪子是需要能源供給，還是可以計(jì)算一下讓其走兩段直線，最后折返火星基地？由于可以提前植入程序或者進(jìn)行地面實(shí)時(shí)控制，是否可以提高任務(wù)完成的可能性？面對(duì)上述問(wèn)題，以及對(duì)于教師預(yù)定方案都持否定態(tài)度的學(xué)生，都需要教師組織引領(lǐng)一場(chǎng)課堂答辯來(lái)打消疑慮，大家可以各抒己見(jiàn)。當(dāng)質(zhì)疑發(fā)生時(shí)，意味著學(xué)生開始獨(dú)立思考；當(dāng)爭(zhēng)論到面紅耳赤時(shí)，則意味著正反雙方批判性思維培養(yǎng)的絕佳窗口的到來(lái)。

學(xué)習(xí)是培養(yǎng)自我能力的有意義的經(jīng)歷，而智慧是穿過(guò)事物之表象獲取內(nèi)在本質(zhì)的能力。智慧無(wú)法傳授，須在個(gè)體解決問(wèn)題的過(guò)程中體驗(yàn)，感悟生成進(jìn)一步的思考。基于“火星弧形運(yùn)動(dòng)小車”項(xiàng)目可進(jìn)一步做出項(xiàng)目化、單元化的設(shè)計(jì)，比如可以衍生“火星能源基地建設(shè)”“火星蔬菜培育”“火星交通樞紐”“火星地球航站建設(shè)”“火星沙塵暴防治”“火星新移民進(jìn)化研究”“火星飛船發(fā)射時(shí)機(jī)探究”等。讓學(xué)生置身于一個(gè)跨越學(xué)科和時(shí)空界限的虛擬現(xiàn)實(shí)情境中進(jìn)行實(shí)踐研究，不僅能激發(fā)其探索宇宙奧秘的好奇心，還能使他們觸發(fā)更多的奇思妙想。

（作者單位：江蘇省蘇州市吳江區(qū)鱸鄉(xiāng)實(shí)驗(yàn)小學(xué)）