將摩擦引入STEM課程

將摩擦引入STEM課程

設計思維將生產性斗爭置于科學課堂學生學習的核心。

經過 克里斯托弗·費勒

2026年4月6日

Narongrit Sritana / iStock

2025年夏天，我擔任霍夫斯特拉大學STEM天才項目的講師。我發現自己躺在地板上，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挑戰徹底失敗了。

起初，學生的挑戰很簡單:我想讓他們只用我給他們的材料設計一輛風力汽車。當學生們開始合作時，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。當然，很多孩子的第一次嘗試都沒有成功。汽車翻倒，車輪不轉動，一些汽車模型根本不會移動。

有那么一瞬間，我以為自己設計了一個失敗的活動。然而，令我驚訝的是，學生們玩得很開心，教室里一片興奮。學生們分成小組，分析出了什么問題。他們大聲疾呼如何重新設計他們的模型。他們開始重新測試他們的設計。每當他們的汽車設計失敗時，他們就迫使自己更深入地思考。當我看著他們的學習展開時，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。通過幾十年的小學課堂教學，我發現思維和計劃的一些轉變可以極大地提高學生的參與度。

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當老師幫助過多時

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

我的超級結構化的課程，學生們有多步的指示要遵循，很少是他們后來談論的課堂。隨著時間的推移，我意識到STEM學習和參與是一個悖論。只有當學生質疑想法，課程失敗時，我們作為教育者才能看到真正的學生參與和好奇心。我開始意識到，當老師消除障礙時，我們最終會剝奪學生進行更高層次思考的機會。是的，學生可能完成了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生在一些事情行不通的時候，學生必須找出原因。

生產斗爭的作用

STEM需要通過挑戰、修改設計和對想法的多重測試來實現巨大的持久性。在…里設計思維，學生很少在第一次嘗試中成功。設計往往是通過試錯和重復來完成的。創新是建立在具有一致性和毅力的迭代之上的。學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設計的機會。當學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，而不是斗爭的學習者。

提問。一種方法是給學生一個要解決的問題的挑戰，而不是明確的指示。

問題可能比指導學生如何構建更有效。我問我的學生:你如何測試和設計一輛行駛最遠的汽車？這種提問方式讓學生們集思廣益，更有創造力。

允許失敗。當學生開始回答這個問題時，他們經常會失敗。這些失敗不是挫折，而是學習新信息的機會。當學生的設計崩潰時，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？

我們如何改進設計？

當老師開始接受失敗是這個過程的一部分時，學生們會冒更大的風險，更愿意嘗試。

一組對他們的汽車設計很有信心，但當他們測試時，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:“你認為是什么讓你的車慢了下來？”他們仔細看了看。一名學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。他們調整了兩者，再次測試，看到了一個小的改進。它仍然不完美，但現在他們在想。每一次失敗的嘗試都給了他們新的信息。他們不再猜測，而是根據自己的觀察做出決定。當學生遇到生產性斗爭時，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。當學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，會發生什么？

你如何調整你汽車上的輪子以減少摩擦？

進一步的提問有助于學生反思他們的想法，但也有助于他們保持對自己作品的所有權