高階思維視野下STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)研究
——以“拯救小浣熊”一課為例

張露丹，張 芮

（長春吉大附中力旺實(shí)驗(yàn)小學(xué)，吉林長春130031）

放眼當(dāng)下，隨著世界全球化、信息化和科技化進(jìn)程的不斷加快，相對于擁有詳細(xì)的陳述性知識(shí)的人來說，未來的社會(huì)更需要具備學(xué)習(xí)能力和解決問題能力的人才。教育，作為人才培養(yǎng)的搖籃，人類社會(huì)在飛速發(fā)展的同時(shí)，也在對教育提出重要的挑戰(zhàn)，學(xué)習(xí)的基本要求從過去的“讀、寫、算”走向了“3C”（Care、Concern、Connection）、“4C”（Collaboration、Communication、Creativity、Critical Thinking）、“5C”（Cultural Competency、Critical Thinking、Creativity、Communication 、Collaboration）時(shí)代。

一、高階思維視野下STEM 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)研究背景

2016 年9 月，我國《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》總體框架正式發(fā)布，其中提出要全面提升學(xué)生綜合素養(yǎng)、培養(yǎng)批判性思維、提出問題的能力、問題解決能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，補(bǔ)齊科學(xué)教育的短板，解決科學(xué)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的弊端。核心素養(yǎng)和高階思維能力，是當(dāng)代學(xué)生應(yīng)該具備的適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)需要的必備品格和關(guān)鍵能力。因此，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)與高階思維，逐漸被大眾所重視，成為當(dāng)前國際教育研究的熱點(diǎn)。

（一）高階思維

高階思維的內(nèi)涵寬泛。美國著名心理學(xué)家羅伯特·斯騰伯格的“分析性思維、創(chuàng)造性思維、實(shí)用性思維”三元思維理論中認(rèn)為，除此之外，還有一套更為高級的思維體系，包括：問題的確定、程序的選擇、信息的表征、策略的形成、資源的分配、問題解決的監(jiān)控、問題解決的評價(jià)。安德森等人對布魯姆認(rèn)知領(lǐng)域的教育目標(biāo)劃分進(jìn)行了完善，將記憶、理解、應(yīng)用劃分為低階思維層次；將分析、評價(jià)、創(chuàng)造劃分為高階思維層次。分析對應(yīng)著一種系統(tǒng)性思維，要求從整體上把握各部分的聯(lián)系，從而理解事物的本質(zhì)；綜合對應(yīng)著一種創(chuàng)造性思維，在分析基礎(chǔ)上要求對部分進(jìn)行重新建構(gòu)和組合，最終實(shí)現(xiàn)問題的創(chuàng)造性解決；評價(jià)對應(yīng)著批判性思維，要求基于一定標(biāo)準(zhǔn)，理性地進(jìn)行價(jià)值判斷、做出批判性評價(jià)。雖然研究學(xué)者對高階思維有不同的理解和定義，但一致認(rèn)為高階思維是一種以較高層次認(rèn)知水平為主的心智活動(dòng)，是綜合運(yùn)用多種思維的能力。高階思維能力對于學(xué)生的全面發(fā)展至關(guān)重要，高階思維的運(yùn)用和激發(fā)，發(fā)生在當(dāng)學(xué)生把新的認(rèn)知和記憶中儲(chǔ)存的信息進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)或重新組合，并利用構(gòu)建的新的知識(shí)體系去實(shí)現(xiàn)目標(biāo)或找到復(fù)雜情境中問題的解決方式之中。

義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017）中明確指出，通過小學(xué)科學(xué)課程要培養(yǎng)學(xué)生提出科學(xué)問題的能力、收集和處理信息的能力、獲取新知識(shí)的能力、分析問題和解決問題的能力，以及交流與合作的能力等，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性、批判性思維和想象力。小學(xué)科學(xué)的學(xué)科內(nèi)容、學(xué)科特性為培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力提供了豐富的素材和平臺(tái)。在小學(xué)階段，科學(xué)學(xué)科范圍內(nèi)，高階思維主要依附于以分析、創(chuàng)造、評價(jià)為主要形式的、具有挑戰(zhàn)性、主動(dòng)性、開放性等特點(diǎn)的教學(xué)模式與學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。高階思維視角下的小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)，有助于學(xué)生對新、舊知識(shí)建立聯(lián)系與鏈接，促進(jìn)深度理解，為構(gòu)建完整的知識(shí)體系奠定基礎(chǔ)，同時(shí)有助于培養(yǎng)學(xué)生求真、實(shí)證、質(zhì)疑的科學(xué)精神，以及逐步積累形成科學(xué)的思維方式與思維習(xí)慣，提升核心素養(yǎng)。

（二）STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

在人才激烈競爭的當(dāng)下，世界各國紛紛提出了相應(yīng)的教育理念和舉措，STEM 教育則是國際探索21 世紀(jì)人才培養(yǎng)的重要戰(zhàn)略之一，旨在加強(qiáng)科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）與數(shù)學(xué)（Mathematics）教育，以培養(yǎng)高科技人才來增強(qiáng)國家的國際競爭力。因此，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科整合的教育新范式——STEM 教育已經(jīng)成為當(dāng)今國際教育改革的重要主題，也顯然與我國的學(xué)生培養(yǎng)戰(zhàn)略目標(biāo)相契合，成為國內(nèi)教育改革的大勢所趨。

基于項(xiàng)目的STEM 學(xué)習(xí)不是簡單地將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)組合起來，而是要把學(xué)生學(xué)習(xí)到的零碎的知識(shí)轉(zhuǎn)變成一個(gè)探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的過程。貼近生活的情景、富有挑戰(zhàn)性和趣味性的項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力的多重激發(fā)。課堂上，學(xué)生圍繞發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，綜合運(yùn)用他們在科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)去獨(dú)立和協(xié)作解決真實(shí)世界中有意義的問題，學(xué)會(huì)知識(shí)工具的創(chuàng)造性應(yīng)用，體驗(yàn)全新的學(xué)習(xí)過程，構(gòu)建新的知識(shí)體系，強(qiáng)化高水平的思維技能。同時(shí)問題的解決又能成為學(xué)生反思各學(xué)科知識(shí)技術(shù)的社會(huì)意義、科學(xué)實(shí)質(zhì)與運(yùn)用價(jià)值的過程。STEM 項(xiàng)目學(xué)習(xí)正是鼓勵(lì)學(xué)生像科學(xué)家探索未知和工程師解決問題的思維方式和路徑去學(xué)習(xí)，力求實(shí)踐與思維的有機(jī)結(jié)合，層層遞進(jìn)，使學(xué)生始終處于積極參與的狀態(tài)，成長為具有批判性思維與問題解決能力的創(chuàng)新型人才。

（三）高階思維視野下STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的意義

在培養(yǎng)小學(xué)生高階思維能力上，STEM 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)相比于傳統(tǒng)學(xué)科課堂具有較大優(yōu)勢。高階思維促進(jìn)學(xué)生在STEM 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程中的深度學(xué)習(xí)，STEM 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)促進(jìn)學(xué)生高階思維的不斷提升，兩者相得益彰、相輔相成，能夠使學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)得到高效的發(fā)展與提高。因此，在STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)中，教師可以有意識(shí)地把課程整合設(shè)計(jì)與學(xué)生高階思維能力培養(yǎng)相結(jié)合起來，以STEM 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為載體，提升學(xué)生的高階思維能力。

鑒于此，以筆者自主研發(fā)的STEM課程“拯救小浣熊”為例，展示高階思維視野下的STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)，期待為相關(guān)教師提供一個(gè)打開思路、可供參考的“鑰匙”。

二、高階思維視野下STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)施路徑

（一）基于真實(shí)情景，驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目研發(fā)

在高階思維能力的培養(yǎng)過程中，教師可以著眼于學(xué)生周圍的環(huán)境，利用生活真實(shí)現(xiàn)象、案例、事件等來創(chuàng)設(shè)問題情境，從真實(shí)生活經(jīng)驗(yàn)而來的真實(shí)問題，成為學(xué)的重要內(nèi)容，課內(nèi)、課外知識(shí)相互鏈接，會(huì)對學(xué)習(xí)的意義產(chǎn)生根本性的改變。同時(shí)，貼近生活的真實(shí)情景，易于學(xué)生去接受和聯(lián)想，促進(jìn)知識(shí)的探究欲望和學(xué)習(xí)熱情，為理解或探究更為復(fù)雜的概念和解決問題提供基礎(chǔ)支撐。

“拯救小浣熊”一課以“雙十二”購物潮為背景，以學(xué)生生活中經(jīng)常接觸的網(wǎng)絡(luò)購物、物品運(yùn)輸、快遞拆箱為切入點(diǎn)，通過快遞運(yùn)輸中各種意想不到狀況的視頻引發(fā)學(xué)生思考，進(jìn)而提出本節(jié)課任務(wù)：設(shè)計(jì)并制作一款易碎品的快遞包裝。立足于真實(shí)情景的STEM 項(xiàng)目，更加有利于學(xué)生從實(shí)質(zhì)上提高解決的能力，有助于學(xué)生對項(xiàng)目內(nèi)容和知識(shí)體系的整體把握和分析，促進(jìn)教學(xué)與生活的有機(jī)聯(lián)系，增加學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)性和趣味性，從而為學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中提升高階思維做好鋪墊。

（二）實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，打造學(xué)習(xí)共同體

STEM 教育強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，相互啟發(fā)、相互協(xié)助。而合作學(xué)習(xí)有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，助力學(xué)生深度學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生高階思維的發(fā)展。在本節(jié)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程中，充分讓孩子們意識(shí)到團(tuán)隊(duì)分工與責(zé)任的重要性，以及自己在團(tuán)隊(duì)中的角色和任務(wù)，激發(fā)學(xué)生承擔(dān)責(zé)任、團(tuán)隊(duì)合作的精神，打造學(xué)習(xí)共同體。本節(jié)課每個(gè)團(tuán)隊(duì)包括：項(xiàng)目總監(jiān)、設(shè)計(jì)總監(jiān)、物料經(jīng)理、測試總監(jiān)、總工程師五個(gè)角色，同時(shí)對應(yīng)著五個(gè)不同的職責(zé)和任務(wù)，讓每個(gè)學(xué)生都能在團(tuán)隊(duì)合作中有所貢獻(xiàn)，培養(yǎng)了學(xué)生的溝通交流能力以及團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，提高了學(xué)生的核心素養(yǎng)。

（三）立足學(xué)生發(fā)展，設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)

為全面提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，采用“八步教學(xué)法”，即：情景創(chuàng)設(shè)——問題確定——自主設(shè)計(jì)——構(gòu)建模型——測試優(yōu)化——協(xié)助學(xué)習(xí)——評價(jià)展示——拓展遷移，教師根據(jù)真實(shí)生活，創(chuàng)建問題情景，學(xué)生通過明確問題與結(jié)果展開調(diào)查研究，進(jìn)而進(jìn)行自主設(shè)計(jì)、制作、測試與優(yōu)化，在小組合作、交流中不斷反思、改進(jìn)，優(yōu)化產(chǎn)品，并根據(jù)評價(jià)量規(guī)對小組及成員進(jìn)行過程性評價(jià)，讓學(xué)生在評價(jià)過程中明確各自的優(yōu)勢與不足，以便在后續(xù)學(xué)習(xí)過程中加以提高，隨著知識(shí)的拓展與遷移，使學(xué)生在生活中更加善于發(fā)現(xiàn)、勤于思考，高效、全面提升高階思維和關(guān)鍵能力。

“拯救小浣熊”一課的八個(gè)教學(xué)過程，教師活動(dòng)與學(xué)生活動(dòng)一一對應(yīng)，教師通過提問、講解、演示等方式將各部分內(nèi)容串連起來，引發(fā)學(xué)生思考、活動(dòng)、完成相應(yīng)任務(wù)（表2）。

表2 “拯救小浣熊”一課的教學(xué)流程及設(shè)計(jì)意圖

教學(xué)步驟教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)思考評價(jià)測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)，并確定具體實(shí)行辦法提問：怎樣判斷本次方案的包裝效果？小結(jié)：由于我們的電子秤是廚房用稱，沒有那么精確，如果只碎了幾小塊，測量的重量就不太準(zhǔn)確。所以我們就需要知道面餅起始重量和測試后重量。那么在包裝之前，需要完成面餅起始重量的稱重和裝袋工作。將測試前后面餅的重量和計(jì)算出的破損重量記錄在測試結(jié)果中。（五）測試與優(yōu)化測試，記錄數(shù)據(jù)測試：在測試區(qū)找老師封包，并且模擬快遞運(yùn)輸?shù)恼鎸?shí)情況進(jìn)行公平測試，由測試總監(jiān)走上臺(tái)階，將快遞在測試高臺(tái)上輕輕推下，反復(fù)落地5次。引導(dǎo)：完成一次全部過程之后，還要思考，怎樣使我們的快遞包裝更加物美價(jià)廉，不僅緩沖減震效果好，而且成本低廉，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)一步優(yōu)化，形成2號設(shè)計(jì)方案，再用剛才測試后的最大塊面餅進(jìn)行新一輪的設(shè)計(jì)、制作、測試，一直循環(huán)這個(gè)流程。期間，物料經(jīng)理可以隨時(shí)到材料超市進(jìn)行退換貨。分析結(jié)果，優(yōu)化方案，迭代制作、測試、優(yōu)化流程（六）展示與交流引導(dǎo)：請各小組根據(jù)最好的一個(gè)方案填寫評價(jià)量表，針對每一評價(jià)內(nèi)容，在選擇的等級處畫對號，并將評價(jià)結(jié)果粘貼在黑板上，與同學(xué)們分享。討論、填寫記錄單上的評價(jià)量表組織：小組間溝通、交流與討論。（七）評價(jià)與反思引導(dǎo)反思：哪個(gè)小組想和大家分享一下本節(jié)課你的反思與收獲呢？可以說說你們小組的設(shè)計(jì)方案、創(chuàng)意、各項(xiàng)評價(jià)結(jié)果，以及你們遇到了哪些問題又是怎樣解決的，在整個(gè)過程中學(xué)到了什么。交流與討論說出本節(jié)課，遇到的問題和解決的方法，反思自己的收獲學(xué)生之間相互交流、討論（八）拓展與遷移拓展：日常生活中，針對一些類似手表、手機(jī)小型貴重物品，人們也會(huì)設(shè)計(jì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)和材料的包裝提供保護(hù)，對于冰箱、電視機(jī)等，會(huì)在它的四周包上緩沖減震效果好的材料。大家課后繼續(xù)調(diào)查，生活中不同類別的其他物品都會(huì)有怎樣的包裝呢？根據(jù)拓展知識(shí)回家查閱資料

（四）提升高階思維，構(gòu)建真實(shí)評價(jià)

基于為適合于不同年段學(xué)生而設(shè)計(jì)的評價(jià)量規(guī)，考量每個(gè)學(xué)生的綜合分析和評價(jià)比較的能力。表3 為“拯救小浣熊”一課研發(fā)的學(xué)生評價(jià)量表。評價(jià)量規(guī)內(nèi)容全面，不僅包括知識(shí)目標(biāo)，且真正落實(shí)考察學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)、信息搜集與處理能力、解決問題能力、動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、批判質(zhì)疑的精神等。讓學(xué)生自我總結(jié)、自我反思，實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階、質(zhì)的飛躍，促進(jìn)學(xué)生自成長。通過評價(jià)量表中的評價(jià)方向和評價(jià)等級的確定，讓學(xué)生能夠在設(shè)計(jì)實(shí)施前就對項(xiàng)目有一個(gè)整體的把握和考量，促進(jìn)學(xué)生在解決問題中不斷反思和優(yōu)化，嘗試在工程角度尋找自我認(rèn)知下問題解決的最優(yōu)解，提高學(xué)生的批判性思維。

表3 “拯救小浣熊”一課的評價(jià)量表

三、結(jié)語

“拯救小浣熊”一課，真正實(shí)現(xiàn)了跨學(xué)科整合的學(xué)習(xí)模式，超越學(xué)科界限，將科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)有機(jī)結(jié)合在一起，以工程學(xué)為思想，科學(xué)知識(shí)為骨架，數(shù)學(xué)為支撐，技術(shù)為手段，從“提出問題—頭腦風(fēng)暴—構(gòu)思—設(shè)計(jì)—制作—測試—優(yōu)化”反復(fù)迭代這些環(huán)節(jié)，提供給學(xué)生一個(gè)親自參與、操作，真切感受的平臺(tái)，綜合性地運(yùn)用各方面能力，將所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為自己的作品，培養(yǎng)了批判性思維、學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合實(shí)踐能力，切實(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的高階思維，提升了核心素養(yǎng)。

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，社會(huì)對人才的需求越來越多，要求也越來越高。高階思維視角下的STEM 教育不僅回應(yīng)了社會(huì)發(fā)展對人才培養(yǎng)的訴求，更將是實(shí)現(xiàn)中國大國夢想的教育方案。此教育模式以跨學(xué)科融合為核心理念，將有聯(lián)系的學(xué)科之間進(jìn)行全方位整合，有助于理解和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，建立高階思維能力，幫助學(xué)生在不同學(xué)科領(lǐng)域之間形成有意義的聯(lián)系，有利于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力、動(dòng)手實(shí)踐能力、批判性和創(chuàng)新思維能力以及整合能力等。

高階思維視角下的STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與教學(xué)仍處于探索階段，還有很多需進(jìn)一步優(yōu)化的問題，如：課程內(nèi)容的選擇、課程的實(shí)施辦法、教與學(xué)的評價(jià)等方面仍需要進(jìn)一步深入研究與實(shí)踐。下一步課題組將以小學(xué)科學(xué)教材為基礎(chǔ)，借鑒國內(nèi)外成熟課例與資源，研發(fā)出本土化的STEM教育資源。