將摩擦引入STEM課程

設(shè)計思維將生產(chǎn)性斗爭置于科學(xué)課堂學(xué)生學(xué)習(xí)的核心。

經(jīng)過 克里斯托弗·費勒

2026年4月6日

Narongrit Sritana / iStock

2025年夏天，我擔(dān)任霍夫斯特拉大學(xué)STEM天才項目的講師。我發(fā)現(xiàn)自己躺在地板上，到處都是STEM用品。孩子們興奮地歡呼，我不太明白為什么，因為他們的STEM挑戰(zhàn)徹底失敗了。

起初，學(xué)生的挑戰(zhàn)很簡單:我想讓他們只用我給他們的材料設(shè)計一輛風(fēng)力汽車。當(dāng)學(xué)生們開始合作時，我注意到他們正在畫草圖、建模型，并在地板上測試他們的想法。當(dāng)然，很多孩子的第一次嘗試都沒有成功。汽車翻倒，車輪不轉(zhuǎn)動，一些汽車模型根本不會移動。

有那么一瞬間，我以為自己設(shè)計了一個失敗的活動。然而，令我驚訝的是，學(xué)生們玩得很開心，教室里一片興奮。學(xué)生們分成小組，分析出了什么問題。他們大聲疾呼如何重新設(shè)計他們的模型。他們開始重新測試他們的設(shè)計。每當(dāng)他們的汽車設(shè)計失敗時，他們就迫使自己更深入地思考。當(dāng)我看著他們的學(xué)習(xí)展開時，我意識到一件花了我很多年才完全理解的事情:最吸引人的STEM課程往往始于奮斗。通過幾十年的小學(xué)課堂教學(xué)，我發(fā)現(xiàn)思維和計劃的一些轉(zhuǎn)變可以極大地提高學(xué)生的參與度。

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當(dāng)老師幫助過多時

我記得作為一名新老師，我過度備課。我會發(fā)現(xiàn)自己花了幾個小時來組織材料，反復(fù)為學(xué)生建模，并解釋一步一步的程序，以便學(xué)生能夠成功。我的結(jié)果在紙上看起來總是很好，孩子們完成了成功的設(shè)計，但總是缺少一些東西。

我的超級結(jié)構(gòu)化的課程，學(xué)生們有多步的指示要遵循，很少是他們后來談?wù)摰恼n堂。隨著時間的推移，我意識到STEM學(xué)習(xí)和參與是一個悖論。只有當(dāng)學(xué)生質(zhì)疑想法，課程失敗時，我們作為教育者才能看到真正的學(xué)生參與和好奇心。我開始意識到，當(dāng)老師消除障礙時，我們最終會剝奪學(xué)生進(jìn)行更高層次思考的機(jī)會。是的，學(xué)生可能完成了STEM活動，但他們還沒有完全掌握問題。真正的更高層次的思考發(fā)生在一些事情行不通的時候，學(xué)生必須找出原因。

生產(chǎn)斗爭的作用

STEM需要通過挑戰(zhàn)、修改設(shè)計和對想法的多重測試來實現(xiàn)巨大的持久性。在…里設(shè)計思維，學(xué)生很少在第一次嘗試中成功。設(shè)計往往是通過試錯和重復(fù)來完成的。創(chuàng)新是建立在具有一致性和毅力的迭代之上的。學(xué)生從體驗整個過程中受益。

每一次失敗的嘗試都是另一次獲得新見解以改進(jìn)設(shè)計的機(jī)會。當(dāng)學(xué)生遇到富有成效的斗爭時，他們開始把自己視為問題的解決者，而不是斗爭的學(xué)習(xí)者。

提問。一種方法是給學(xué)生一個要解決的問題的挑戰(zhàn)，而不是明確的指示。

問題可能比指導(dǎo)學(xué)生如何構(gòu)建更有效。我問我的學(xué)生:你如何測試和設(shè)計一輛行駛最遠(yuǎn)的汽車？這種提問方式讓學(xué)生們集思廣益，更有創(chuàng)造力。

允許失敗。當(dāng)學(xué)生開始回答這個問題時，他們經(jīng)常會失敗。這些失敗不是挫折，而是學(xué)習(xí)新信息的機(jī)會。當(dāng)學(xué)生的設(shè)計崩潰時，他們會本能地問更多的問題:

為什么不管用？

我們能改變什么？

我們?nèi)绾胃倪M(jìn)設(shè)計？

當(dāng)老師開始接受失敗是這個過程的一部分時，學(xué)生們會冒更大的風(fēng)險，更愿意嘗試。

一組對他們的汽車設(shè)計很有信心，但當(dāng)他們測試時，汽車幾乎沒有移動。你可以馬上看到這種挫敗感。他們看著我，期待著幫助。我沒有上前，而是問道:“你認(rèn)為是什么讓你的車慢了下來？”他們仔細(xì)看了看。一名學(xué)生注意到輪子在摩擦車架。另一個人指出他們的帆沒有足夠的空氣。他們調(diào)整了兩者，再次測試，看到了一個小的改進(jìn)。它仍然不完美，但現(xiàn)在他們在想。每一次失敗的嘗試都給了他們新的信息。他們不再猜測，而是根據(jù)自己的觀察做出決定。當(dāng)學(xué)生遇到生產(chǎn)性斗爭時，他們開始以不同的眼光看待自己。他們不再把失敗視為需要避免的事情，而是開始把它視為過程的一部分。

把自己定位成教練。當(dāng)學(xué)生努力回答問題和克服失敗時，老師可以成為教練。你可以提出更多問題，而不是提供答案:

你車的哪個部分讓它慢下來了？

如果你改變汽車上的帆的尺寸，會發(fā)生什么？

你如何調(diào)整你汽車上的輪子以減少摩擦？

進(jìn)一步的提問有助于學(xué)生反思他們的想法，但也有助于他們保持對自己作品的所有權(quán)