STEM教育中的迭代思维

陈海军　汤建华

当下，有关STEM教育和项目化学习的探讨与实践进行得如火如荼。而在指向学生核心素养的STEM教育和项目化学习中，有一种思维至关重要，那就是迭代思维。

小学科学课程中的很多教学内容，以解决问题为基础，让学生在解决问题的过程中实现知识与方法的整合、运用和迁移，最终形成新的方法、思路或作品，往往可以看成是一种项目化学习。而迭代的思维模式能为此提供一定的指导，它能让活动过程层次分明、循序渐进，也能让学生在迭代更新中造就持之以恒的性格，养成敢于自我否定的品质，铸就崇尚科学的精神。

一、迭代思维，让实验探究课有层次、有章法

比如，在教学上三年级上册《我们来做“热气球”》一课时，当给出实验材料一个塑料袋、一个纸筒和一支蜡烛后，有些学生很快意识到要如何操作。听完实验的注意事项后，他们迫不及待地点燃蜡烛，很快将“热气球”放飞。在接下来的时间里，他们还会多次尝试“放飞”的过程，但已然失去目标了。此时，如果教师能以迭代思维考虑到这一“作品”尚不完善，适时地给他们提出一个目标——如何将你的“热气球”在空中飞得更久呢？学生又会产生更高的兴趣，重新投入新的研究中。让他们将改进或创新的方法记录下来，画出草图，然后再开始不断地尝试。当然，这也意味着教学者要有更充足的准备，比如材料等。而从“放飞”到“飞得更久”，目标的提升会让学生更有动力，迭代的思维也让课堂更有活力。

又如，在五年级上册第三单元第八课《减少对土地的侵蚀》中，需要进行模拟实验“设计和建造我们的家园”。有了本单元前几课知识的学习和积累，学生在经过交流、讨论后，制订了较为完整的建造计划，然后就着手实施了。然而，“纸上谈兵易，战场杀敌难”。按照计划在大盘子里建好山地和平原、植上大树和小草，再造好美丽的房屋，可一场“暴雨”来袭，苦心经营的地形被侵蚀、河流被破坏、房屋也倒塌了。学生的气馁之情呈现在脸上，苦不堪言。但如果将迭代的思想渗入其中，换一下流程呢？教师可以有言在先：同学们，这个模拟实验老师做过，建造的家园很难抵御住“暴雨”的袭击。大家能不能多想想办法，多尝试几次，看谁能先造出美丽而又坚固的家园？这样，学生在按照计划建造好后，会再进行一遍遍地改造、测试，他们会紧实土地、加固河道、密集植被……对家园进行更新迭代的过程，也是学习主体动手能力不断得到锻炼、交流合作能力不断得到提升的过程。

二、迭代思维，让设计制作课有思路、有逻辑

《小学科学课程标准》对学习主体的设计制作能力提出了新要求，新教材中设计制作类内容的增加就是证明。从一年级“做一个测量纸带”“给动物建个‘家”，到二年级“做一顶帽子”“做一个指南针”，再到三年级“我们来做‘热气球”“我们的‘过山车”，四年级“设计制作小车”……设计制作类内容每个学年、每个学期都会涉及。而如果在课堂上让学生短时间内拿出一个完美的作品，是不切实际的，学生也会产生畏难心理。所以，作为教师，要有迭代更新、步步为营的想法。在设计制作教学中，先完成到哪儿、在哪里有测试和调整，作为课堂的引导者，要有通盘考虑。这样，也能帮助学生克服畏惧心理，使他们体验到一步一步没那么难，每一步的感觉是我可以做成这件事。

如，在一次研修活动中，许老师执教的《我的水钟》一课，将迭代思维演绎得淋漓尽致，同时也将本课的设计架构清晰地展现了出来。他在带领学生了解了水钟的基本结构和工作原理后，让学生初次设计“我的水钟”草图，完成后进行简单的汇报交流。紧接着，没有对盛水容器形状的要求，也没有对水钟精准性的要求，让学生大胆开始初次制作。这样做出来的水钟，准时性当然是参差不齐，各有问题。但一次测试后学生就知道了问题所在。于是，再次修改设计图，重新制作一次。如此反复，学生在教师的带领下“小步快走”，节奏分明，在迭代更替中，终于得到“最准”的水钟。在我看来，反复地修改和制作，就是一步步迈向目标的“垫脚石”;反复地讨论和测试，就是通往成功的“催化剂”。

三、迭代思维，让工具研究课有脉络 、有方向

以六年级上册《杠杆类工具的研究》一课中“小杆秤的研究”为例，教学中，要让学生动手制作一个小杆秤，来研究它是怎样称量出物体重量的。而在动手之前，对杆秤文化的了解很有必要。因为我们知道，作为中国独立发明的传统衡器，杆秤在中国已经应用了数千年，它是一种特殊的科学工艺，具有较高的历史人文和社会学研究价值。而杠杆秤的家族发展史，也是一部杠杆工具的迭代史。从中点系着提绳，两端固定各挂一个秤盘的古天平（如图一），到“小小秤砣压千斤”的不等臂秤（如图二），再到直接读物品重量的提系杆秤（如图三），其使用的方便程度是不断提升的。

那么，在实际教学中，从迭代的角度考虑，让学生制作不同时期的杆秤，体会工具的革新是大有裨益的。因为，在制作和优化杆秤的过程中，他们会发现古天平只适合于称较轻的东西，不等臂秤需要用杠杆原理来计算物品重量，而提系杆秤则使用方便，可以直接读出物品的重量。这样，在实际操作中，让制作的内容由易到难，可以提高学习主体的自信心和积极性，也让他们明白传统的优良工具并不是一蹴而就的。另外，在反复地实践与思考中，更体会了杠杆秤这一工具数千年的演变，领略到中国古人的智慧。

综上，迭代的思维方式能让小学科学教学更加有序、有效、有章可循。教師长期运用迭代思维，使课堂活动层次分明、化繁为简，学生的身心也将得到浸润。迭代思维的不断深入，很好地满足了学生对于科学探究的好奇心，激发了他们的学习内驱力，并引领他们更好地走向后续学习。