浅谈迭代中的思维进阶

吴宇宽

[摘 要]有效的迭代可以提高学生的自我反思能力，也能够对他们设计的产品不断地进行优化、提升。通过对多节STEM课程中学生迭代环节的共性问题进行分析，找到什么是有效的迭代。

[关键词]有效迭代;自我反思;迭代提升

[中图分类号] G623.6 [文献标识码] A [文章编号] 1007-9068（2021）36-0082-02

一、案例背景

STEM教育从不同学科之间的融合入手，着力于让学生学会综合运用多学科的知识，在动手操作，实际制作来解决实际问题的过程中，进行相应的科学探究，从而获得新的知识。可以说在绝大部分STEM课程的实施中，完成一项工程任务是提升儿童工程思维，增强学科整合的有力措施。而迭代在工程中是必不可少的一步，也是工程思维得以发展的重要环节。因为设计者往往不可能考虑到所有影响设计决策的因素，也不可能直接达到设计最终要求，同时设计中会发生很多不可预测的事情，因此反复调整是完成每一项工程任务的过程中必不可少的过程。

有效的迭代可以提高学生的自我反思能力，也能够对他们设计的产品不断地进行优化、提升。而无效的迭代只是材料的二次堆砌和知识的重新整理，没有学生主动思考的空间，对学生的思维进阶并没有起到实质作用。因此，通过对多节STEM课程中学生迭代环节的共性问题进行分析，找到什么是有效的迭代。

二、案例描述

笔者从近一年来，我校科学组开展的3个STEM项目学习任务中节选了出现学生迭代的相关教学环节，重点关注学生的初始迭代是怎样，经过教师指导后的迭代是怎样，什么样的迭代更有价值，并分析教师应当如何进行迭代的指导。三节STEM课分别选自学生工程思维的三个层次阶段。

1.基于学科本身的工程思维：《制作保温杯》

本课是脱胎于苏教版小学科学四年级上册第一单元《冷与热》的STEM课，这节课是基于学科本身的工程思维来设计教学内容的，重点是通过课堂上一系列的前期研究之后，以冬天人们常用的保温杯为问题，针对这个问题，教会学生如何像工程师一样按照规定的流程进行设计探究，迭代创新。在这个案例中，学生是这样进行迭代的：

師：确定了我们的评价标准之后，老师今天也给大家带来了一些材料，这些材料都有一定的成本，请同学们根据已有的资料，制作绘制设计图。

生小组讨论，将小组讨论出的保温杯，在外形、内部构造、尺寸、所需材料及使用原因等几方面，进行画图设计。

师：那么，接下来就请每个小组上来分享汇报一下你们小组设计的保温杯选用了什么材料，介绍自己的组的保温杯的设计理念是什么。在听的过程中，其他小组可以相互取长补短，再次完善自己的保温杯的设计想法并二次修改小组的作品，让其更符合我们的评价标准。

生汇报小组构思。

师：听完了大家的汇报，你们对自己的设计方案有什么修改方向么？

生1：我们组保温的材料成本太高，打算换一些便宜的材料。

生2：我们组的保温杯尺寸设计太大了，不方便抓握。

【分析：（1）在这个环节中学生的迭代是在教师的指导下完成的，以任务驱动的方式让学生意识到迭代的来源有两种，一种是自我更新，另一种是吸取外部建议。但无论哪一种都需要进行谨慎的思考分析之后才能明确是否作为迭代的方向。（2）在这个环节，学生还没有产生自发的迭代，但在教师的指令下，他们有意识地经历迭代的过程，为后续引导学生产生自发迭代做铺垫。】

2.单一领域中的工程挑战：《天“降”奇兵》

这是一节跨学科融合项目，对应学生在单一领域中的工程挑战。这节课以微课的形态呈现，借助信息化教学的优势，让学生可以反复多次地强调迭代的途径和方式，进一步强化学生的迭代意识，让学生将多学科的知识进行融合，制作模型，最终反思迭代自己的成品模型，制作出具有创新意识并应用于生活的产品。在这个案例中，学生是这样进行迭代的：

师：准备好各部分所需的材料，确定了各项数值之后同学们就可以按照设计图动手制作降落伞的模型了。别忘了，制作好的模型要用实验验证一下，看看有没有达到你的预期功能。那接下来同学们可以开始制作啦！

生1：老师，我发现我制作的降落伞降落速度过快，没有起到缓冲作用，鸡蛋直接碎掉了。为了改进这种问题，我们打算不断通过对比实验，每一次实验都做好记录，经过反复实验之后，就能得出最适合的伞面面积大小，制作出解决我们实际问题的降落伞。

生2：我觉得我制作的产品美观度和安全性不足。在军事演习中，根据降落地点的环境不同，我认为我的降落伞也要做一些改变。我运用美术课上学到的色彩搭配，选择了热带雨林这种特殊环境，对我的降落伞进行装饰改进。

【分析：（1）通过学生熟悉的游戏情景作为导入，激发了他们的学习兴趣，以游戏为载体，开展游戏化教学，使学生获得丰富的感性认识，从而理解知识，发展能力。让学生像工程师一样经过科学探究的顺序进行设计实验，让他们在设计方案、制作模型的过程中经历失败、思考、交流等过程，让他们认识到，任何一项产品和技术发明都是在不断尝试和总结的过程中诞生的，养成学生自发迭代的意识。（2）学生在前课的基础上已经有了解决本项工程任务所需的理论知识，通过直观的视频和感受，训练学生发现并提出问题的能力。培养学生主动发现，愿意发现的科学情感。同时依托游戏引出相似的真实生活情境，引导学生进行知识的水平迁移和运用，真正提高解决实际问题的能力。】

3.单一领域中的工程挑战：《制作望远镜》

师：（演示产品）同学们，你们带来了自己制作的望远镜，接下来就请我们负责展示汇报的同学上台来介绍展示自己的望远镜。

生1：我觉得他们组的望远镜在伸缩性上不如我们组的，在拉伸的过程中间比较费力，但是我认为他们的放大倍数比我们组好，我们组打算回去后也在尝试其他的透镜组合，提高一下我们组放大镜的放大倍数。

生2：我们组的望远镜没有他们组的特色装饰，在这些望远镜中并不突出，我想给我们组的望远镜再设计一个显目的装饰，让我们的望远镜有特色一些。

【分析：（1）虽然同为单一领域中的工程挑战，但有了之前多次项目的训练之后，明显可以发现学生有了自主迭代的意识，并且迭代的方向更加有深度。不仅仅是知识与材料上的补充，针对实验方法、制作工艺、人文色彩等都包含在了学生自我反思的方向中。（2）最后的展示汇报环节，是让学生经过自主进行一项工程设计后再进行反馈，要求学生能够用流畅的语言介绍自己的作品，引导学生意识到生活中实际问题的解决需要多学科知识的融合理解，综合运用，培养学生尊重事实的科学素养，并将作品运用于解决生活中的实际问题，最终能够应用于生产生活中。】

三、案例反思

1.层次分明，循序渐进

通过对三节不同阶段的STEM项目的分析，我体会到，在真实情境或是课程任务的驱使下，学生会产生制作工程物品解决问题的想法。有了想法之后，根据教师给出的工程制作的步骤，开始进行设计和制作，在这里就有了第一次的迭代，学生在设计出方案之后，给予他分享交流的情境平台，通过组内互评，组与组之间互评的方式，给学生自我完善的机会，这样在课堂的汇报情境中就让学生自发地完成了对设计方案的迭代。

紧接着制作好的产品更是需要迭代优化。迭代优化是基础教育的工程活动最具特色的过程环节，学生结合实践过程和评价环节中所得出的反思与评价结果，通过改变条件、途径、手段， 调整后再循环，通过迭代优化直至得出有建设性的建议或有效的产品、方案。

2.以境融识，自我更新

随着大数据时代的到来，AI、云数据、信息处理等逐渐成为世界各国的人才缺口，自然导致教育导向偏向于培养这类高新技术人才。创新意识成为新型竞争力。但传统的分科教学容易导致学生偏科，产生思维僵化，失去反复更新的意识。因此，通过具有趣味性的情境创设，培养学生的工程思维，让学生养成自发迭代的意识，对于生活中的实际问题能够自发地运用各学科知识来解决问题，并最终形成相应的成果。在此基础上，学生的创新意识就有了很大的提升，这是学生思维的成长。

在这三类案例中，学生是在教师创设的情境中发现问题的，然后再利用身边的材料，通過设计、测量、计算、制作、实验等一系列活动，巧妙地将科学与各学科有机融合。并且学生能够根据自己提出的问题，不断地去验证和反思，始终有一种不满足的状态，从而能够产生自发的迭代，打破思维的固化，制作出功能齐备且具有创意的作品。

3.聚焦能力，迭代提升

三个案例之间也存在着对于学生迭代意识培养的进阶关联，学生在基于学科的知识应用中，通过教师的迭代指导，能够将知识进行水平迁移和综合运用。除了思维的进阶以外，能力培养同样是我的教学目标之一，任何知识的归途都是应用。因此在本课中，借助多学科元素，我提出了符合生活实际的要求，训练学生动手制作能力、绘图设计能力、展示汇报能力，使学生自发地进行知识的应用，并尝试进行知识的水平迁移，主动解决生活中的实际问题。

（责编 韦淑红）