基于“思维爆炸”模式的中小学STEM特色课程实践研究

    许明

    摘要：基于问题为导向的“思维爆炸”教学模式，鼓励学生大胆尝试，用创新思维和方法解决问题。STEM课程的开发旨在培养学生科学、系统、开放、发散的思维方式和习惯。二者融合将进一步增加课程的深度，起到1+1>2的效果。本研究则是以其中的“制作智能警报器”课程为例，阐述基于“思维爆炸”教学模式的STEM特色课程实践研究。

    关键词：思维爆炸? 教学? STEM课程? 整合? 特色课程

    一、STEM教育的概念界定与中小学开展现状

    STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科英文名称的首字母组合简称。我国从21世纪初就在科技教育领域开始对STEM教育引入和介绍，2010年起STEM研究趋热，繁荣初现，近年来达到高峰，目前主要有两种形式：

    （一）中小学STEM课程以项目式（“思维爆炸”）学习为主，以社团活动为载体

    我国中小学阶段STEM课程组织有不同形式，但最主要的是项目式学习方式，参与形式依次有学校社团课程（如机器人、3D打印、编程等）、学校活动类课程（如科技类竞赛、创客竞赛、科技节、科普日等）、校外科技类课程（主要指兴趣班）和学校专设课程等。相比课程表课程，中小学专门以“STEM"命名的课程较少。

    （二）STEM教育与学科教育为整合

    STEM教学主要是通过活动或融入其他课程的方式开展，倡导采用自主探索、分组合作、调查分析、合理推理等，尝试用科学、技术、工程、数学等知识来解释和展示本学科知识。

    二、中小学STEM教育的前瞻性

    STEM教育是一种跨学科综合式的学习方式，注重培养中小学生的创新能力、问题解决能力、团队合作能力和知识探索能力等，以适应未来的核心竞争力。

    （一）注重融合

    学科间必然存在或多或少的交叉支撑、融合互补、协同发展的关系。STEM教育旨在强化这种关联，实现深层次融合，全方位、多维度培养中小学生各方面的认知、技能和素养。

    （二）关注过程

    STEM课程的理念是了解和解决基于现实生活情景的实际问题，以工程设计为主导，学生提出自己的解决方案。它关注学生学习过程，学生在实践获得不同的建议，尝试不同的思路，在不断试错中发现、分析、优化和解决问题。

    （三）培养团队协作能力

    STEM教育引导学生在自主思考和探索的同时也注重培养学生团队合作意识，鼓励学生在动手过程中力求解决问题，让他们体验群体合作的乐趣，这样更有利于问题解决和问题过程的最优化解决。

    （四）培养创新意识

    STEM教育要求学生亲历实践，但提升动手能力并不能等同于提升創新意识和创新能力。基于创新意识，结合动手实践和真实探索才能唤醒孩子的创新潜能。

    三、“智能电报机”STEM课程实例

    STEM教育是以体验式理论学习和建构主义学习理论为理论依据展开的，体验式学习要求学习者从自己的生活体验出发，以生活中的特定问题进行反思、概括、讨论与评价，最终产生新的认识、情感或行动。而建构主义则重点强调要以学生为中心，教师在教学当中主要是起引导作用，让学生在主动对知识进行探索的过程中给予辅导，学生是课堂的“主角”，他们需要主动对所学知识的有意义的部分进行建构。与传统的以学科知识为基础的教学法不同，“思维爆炸”教学模式以学生的主动学习和发散性思维为主，将学习内容置于任务（Project）中或与问题挂钩，强调把学习置于真实的、多维的、有意义的现实情景中，通过学习者的自主探究和组队合作来解决问题，最终达到学习隐嵌于问题背后的科学知识，形成解决问题和再学习能力的目标。

    本课程分为三课时完成教学任务。第一课时，利用数学工具绘制思维爆炸图，了解编程的物理原理与数学原理，编写出合适的程序。第二课时，依据思维爆炸图结合数学工具绘制模型草图，再结合工具完成模型制作，完成工程上的设计和制造。第三课时，在作品设计制造中融合工程、结构、技术与数学等知识，利用“思维爆炸”图完善作品。以“思维爆炸”为基础，把问题和任务贯穿全课程而非采取传统的知识点教学方式，将所授知识进行生活化现实化转换，建立知识与生活情境之间的有有机关联，让学生真正感触到知识发散的无限魅力。

    第一课时：利用数学工具绘制思维爆炸图，了解编程的物理原理与数学原理，编写出合适的程序。

    （1）初识电报机

    ①谈话导入：其实在手机发明之前的近代时期，人们有一种特殊的传递信息的方法。我们来看一段视频。

    ②展示电影片段，初识电报机。

    ③提问：看了刚才的视频，你都知道了什么？（学生回答）

    提示：电报是以前人们传递信息一种工具，是最早使用电进行通信的方法。

    （2）感受“电报机”

    （3）绘制思维爆炸图

    电报机在现在已经很少使用了，你能利用刚才的视频信息和体验，说出绘制思维爆炸图，拓展它的新功能吗？

    第二课时：依据思维爆炸图结合数学工具绘制模型草图，再结合工具完成模型制作，完成工程上的设计和制造。

    （1）挑选器材

    师：你们会根据思维爆炸图确定制作内容，再挑选器材吗，解释一下为什么选择这些器材？

    （2）尝试制作

    师：下面我们就尝试连接。

    师：你觉得你在连接过程中需要注意些什么？

    出示ppt，让学生尝试用电子笔连一连。

    （3）同伴评价并给出意见

    教师：你觉得他的制作有哪些优点和不足呢？

    教师：请你提出你的修改意见。

    第三课时：利用思维爆炸图完善作品。

    （1）反思与改进

    师：对于昨天的作品大家认为有什么需要改进的地方，结合思维爆炸图说一说。

    学生展示自己想法（投影）并解说。

    学生1：电报机可以制作成简易的乐器;

    学生2：电报机可以做出报警器;

    学生3：电报机可以装在汽车上做成防碰撞报警器。

    （对于学生的金点子教师从正面评价，鼓励学生创新）

    （2）验证与优化

    师：对于这些想法，其他同学有什么建议？

    （3）展示、评价与总结

    教师：这些作品给你哪些启发？（鼓励学生创新，肯定学生作品并予以表扬）

    （4）拓展与应用

    课后继续利用思维爆炸的方式，制作一个更好的小发明作品。

    （5）改进、完善、再制作

    课程虽然只有短短的三课时，但学生花的时间远远超过三小时，学生普遍反映：一是，课题看起来容易，想起来麻烦，做起来费事，但经过完整的制作，学习到了做事情需要条理性和程序性;二是，小小的电报机看似用处不大，但小组汇报时极大地开阔了视野，体会到思维的多样性是无限的;三是，任何事情都要依靠集体的力量去实现，不能靠自己单打独斗;四是，做任何事情要有恒心，不能半途而废，只有坚定努力，才能收获掌声。

    本次课程从基本的知识传授，到思维爆炸的发散，再到作品的制作与展示充分体现了以学生为主的教学模式。教学过程中以一个中心点电报机开始，按照用途、特点、拆分、改进等分支和层级展开，锻炼了学生的想象力，创造力和创新意识。