高阶思维视野下STEM项目式学习的教学研究——以“拯救小浣熊”一课为例

张露丹，张 芮

（长春吉大附中力旺实验小学，吉林长春130031）

放眼当下，随着世界全球化、信息化和科技化进程的不断加快，相对于拥有详细的陈述性知识的人来说，未来的社会更需要具备学习能力和解决问题能力的人才。教育，作为人才培养的摇篮，人类社会在飞速发展的同时，也在对教育提出重要的挑战，学习的基本要求从过去的“读、写、算”走向了“3C”（Care、Concern、Connection）、“4C”（Collaboration、Communication、Creativity、Critical Thinking）、“5C”（Cultural Competency、Critical Thinking、Creativity、Communication 、Collaboration）时代。

一、高阶思维视野下STEM 项目式学习的教学研究背景

2016 年9 月，我国《中国学生发展核心素养》总体框架正式发布，其中提出要全面提升学生综合素养、培养批判性思维、提出问题的能力、问题解决能力、实践创新能力、团队协作能力，补齐科学教育的短板，解决科学验证性实验的弊端。核心素养和高阶思维能力，是当代学生应该具备的适应终身发展和社会需要的必备品格和关键能力。因此，培养学生的核心素养与高阶思维，逐渐被大众所重视，成为当前国际教育研究的热点。

（一）高阶思维

高阶思维的内涵宽泛。美国著名心理学家罗伯特·斯腾伯格的“分析性思维、创造性思维、实用性思维”三元思维理论中认为，除此之外，还有一套更为高级的思维体系，包括：问题的确定、程序的选择、信息的表征、策略的形成、资源的分配、问题解决的监控、问题解决的评价。安德森等人对布鲁姆认知领域的教育目标划分进行了完善，将记忆、理解、应用划分为低阶思维层次；将分析、评价、创造划分为高阶思维层次。分析对应着一种系统性思维，要求从整体上把握各部分的联系，从而理解事物的本质；综合对应着一种创造性思维，在分析基础上要求对部分进行重新建构和组合，最终实现问题的创造性解决；评价对应着批判性思维，要求基于一定标准，理性地进行价值判断、做出批判性评价。虽然研究学者对高阶思维有不同的理解和定义，但一致认为高阶思维是一种以较高层次认知水平为主的心智活动，是综合运用多种思维的能力。高阶思维能力对于学生的全面发展至关重要，高阶思维的运用和激发，发生在当学生把新的认知和记忆中储存的信息进行相互关联或重新组合，并利用构建的新的知识体系去实现目标或找到复杂情境中问题的解决方式之中。

义务教育小学科学课程标准（2017）中明确指出，通过小学科学课程要培养学生提出科学问题的能力、收集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析问题和解决问题的能力，以及交流与合作的能力等，发展学生的创造性、批判性思维和想象力。小学科学的学科内容、学科特性为培养学生的高阶思维能力提供了丰富的素材和平台。在小学阶段，科学学科范围内，高阶思维主要依附于以分析、创造、评价为主要形式的、具有挑战性、主动性、开放性等特点的教学模式与学习环节。高阶思维视角下的小学科学学习活动，有助于学生对新、旧知识建立联系与链接，促进深度理解，为构建完整的知识体系奠定基础，同时有助于培养学生求真、实证、质疑的科学精神，以及逐步积累形成科学的思维方式与思维习惯，提升核心素养。

（二）STEM项目式学习

在人才激烈竞争的当下，世界各国纷纷提出了相应的教育理念和举措，STEM 教育则是国际探索21 世纪人才培养的重要战略之一，旨在加强科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）与数学（Mathematics）教育，以培养高科技人才来增强国家的国际竞争力。因此，强调跨学科整合的教育新范式——STEM 教育已经成为当今国际教育改革的重要主题，也显然与我国的学生培养战略目标相契合，成为国内教育改革的大势所趋。

基于项目的STEM 学习不是简单地将科学、技术、工程和数学组合起来，而是要把学生学习到的零碎的知识转变成一个探究世界相互联系的不同侧面的过程。贴近生活的情景、富有挑战性和趣味性的项目，实现学生学习动力的多重激发。课堂上，学生围绕发现问题、解决问题，综合运用他们在科学、技术、数学各个领域的知识去独立和协作解决真实世界中有意义的问题，学会知识工具的创造性应用，体验全新的学习过程，构建新的知识体系，强化高水平的思维技能。同时问题的解决又能成为学生反思各学科知识技术的社会意义、科学实质与运用价值的过程。STEM 项目学习正是鼓励学生像科学家探索未知和工程师解决问题的思维方式和路径去学习，力求实践与思维的有机结合，层层递进，使学生始终处于积极参与的状态，成长为具有批判性思维与问题解决能力的创新型人才。

（三）高阶思维视野下STEM项目式学习的意义

在培养小学生高阶思维能力上，STEM 项目式学习相比于传统学科课堂具有较大优势。高阶思维促进学生在STEM 项目式学习过程中的深度学习，STEM 项目式学习促进学生高阶思维的不断提升，两者相得益彰、相辅相成，能够使学生科学核心素养得到高效的发展与提高。因此，在STEM项目式学习教学中，教师可以有意识地把课程整合设计与学生高阶思维能力培养相结合起来，以STEM 项目式学习为载体，提升学生的高阶思维能力。

鉴于此，以笔者自主研发的STEM课程“拯救小浣熊”为例，展示高阶思维视野下的STEM项目式学习的教学设计，期待为相关教师提供一个打开思路、可供参考的“钥匙”。

二、高阶思维视野下STEM项目式学习的实施路径

（一）基于真实情景，驱动项目研发

在高阶思维能力的培养过程中，教师可以着眼于学生周围的环境，利用生活真实现象、案例、事件等来创设问题情境，从真实生活经验而来的真实问题，成为学的重要内容，课内、课外知识相互链接，会对学习的意义产生根本性的改变。同时，贴近生活的真实情景，易于学生去接受和联想，促进知识的探究欲望和学习热情，为理解或探究更为复杂的概念和解决问题提供基础支撑。

“拯救小浣熊”一课以“双十二”购物潮为背景，以学生生活中经常接触的网络购物、物品运输、快递拆箱为切入点，通过快递运输中各种意想不到状况的视频引发学生思考，进而提出本节课任务：设计并制作一款易碎品的快递包装。立足于真实情景的STEM 项目，更加有利于学生从实质上提高解决的能力，有助于学生对项目内容和知识体系的整体把握和分析，促进教学与生活的有机联系，增加学习的挑战性和趣味性，从而为学生在课程学习中提升高阶思维做好铺垫。

（二）实现团队协作，打造学习共同体

STEM 教育强调以学生为中心，相互启发、相互协助。而合作学习有助于激发学生的学习动机，助力学生深度学习，促进学生高阶思维的发展。在本节项目式学习过程中，充分让孩子们意识到团队分工与责任的重要性，以及自己在团队中的角色和任务，激发学生承担责任、团队合作的精神，打造学习共同体。本节课每个团队包括：项目总监、设计总监、物料经理、测试总监、总工程师五个角色，同时对应着五个不同的职责和任务，让每个学生都能在团队合作中有所贡献，培养了学生的沟通交流能力以及团队合作意识，提高了学生的核心素养。

（三）立足学生发展，设计教学环节

为全面提升学生的核心素养，采用“八步教学法”，即：情景创设——问题确定——自主设计——构建模型——测试优化——协助学习——评价展示——拓展迁移，教师根据真实生活，创建问题情景，学生通过明确问题与结果展开调查研究，进而进行自主设计、制作、测试与优化，在小组合作、交流中不断反思、改进，优化产品，并根据评价量规对小组及成员进行过程性评价，让学生在评价过程中明确各自的优势与不足，以便在后续学习过程中加以提高，随着知识的拓展与迁移，使学生在生活中更加善于发现、勤于思考，高效、全面提升高阶思维和关键能力。

“拯救小浣熊”一课的八个教学过程，教师活动与学生活动一一对应，教师通过提问、讲解、演示等方式将各部分内容串连起来，引发学生思考、活动、完成相应任务（表2）。

表2 “拯救小浣熊”一课的教学流程及设计意图

教学步骤教师活动学生活动思考评价测试结果的标准，并确定具体实行办法提问：怎样判断本次方案的包装效果？小结：由于我们的电子秤是厨房用称，没有那么精确，如果只碎了几小块，测量的重量就不太准确。所以我们就需要知道面饼起始重量和测试后重量。那么在包装之前，需要完成面饼起始重量的称重和装袋工作。将测试前后面饼的重量和计算出的破损重量记录在测试结果中。（五）测试与优化测试，记录数据测试：在测试区找老师封包，并且模拟快递运输的真实情况进行公平测试，由测试总监走上台阶，将快递在测试高台上轻轻推下，反复落地5次。引导：完成一次全部过程之后，还要思考，怎样使我们的快递包装更加物美价廉，不仅缓冲减震效果好，而且成本低廉，对设计方案进一步优化，形成2号设计方案，再用刚才测试后的最大块面饼进行新一轮的设计、制作、测试，一直循环这个流程。期间，物料经理可以随时到材料超市进行退换货。分析结果，优化方案，迭代制作、测试、优化流程（六）展示与交流引导：请各小组根据最好的一个方案填写评价量表，针对每一评价内容，在选择的等级处画对号，并将评价结果粘贴在黑板上，与同学们分享。讨论、填写记录单上的评价量表组织：小组间沟通、交流与讨论。（七）评价与反思引导反思：哪个小组想和大家分享一下本节课你的反思与收获呢？可以说说你们小组的设计方案、创意、各项评价结果，以及你们遇到了哪些问题又是怎样解决的，在整个过程中学到了什么。交流与讨论说出本节课，遇到的问题和解决的方法，反思自己的收获学生之间相互交流、讨论（八）拓展与迁移拓展：日常生活中，针对一些类似手表、手机小型贵重物品，人们也会设计相应结构和材料的包装提供保护，对于冰箱、电视机等，会在它的四周包上缓冲减震效果好的材料。大家课后继续调查，生活中不同类别的其他物品都会有怎样的包装呢？根据拓展知识回家查阅资料

（四）提升高阶思维，构建真实评价

基于为适合于不同年段学生而设计的评价量规，考量每个学生的综合分析和评价比较的能力。表3 为“拯救小浣熊”一课研发的学生评价量表。评价量规内容全面，不仅包括知识目标，且真正落实考察学生的团队合作意识、信息搜集与处理能力、解决问题能力、动手实践能力、创新能力、批判质疑的精神等。让学生自我总结、自我反思，实现思维进阶、质的飞跃，促进学生自成长。通过评价量表中的评价方向和评价等级的确定，让学生能够在设计实施前就对项目有一个整体的把握和考量，促进学生在解决问题中不断反思和优化，尝试在工程角度寻找自我认知下问题解决的最优解，提高学生的批判性思维。

表3 “拯救小浣熊”一课的评价量表

三、结语

“拯救小浣熊”一课，真正实现了跨学科整合的学习模式，超越学科界限，将科学、技术、工程与数学有机结合在一起，以工程学为思想，科学知识为骨架，数学为支撑，技术为手段，从“提出问题—头脑风暴—构思—设计—制作—测试—优化”反复迭代这些环节，提供给学生一个亲自参与、操作，真切感受的平台，综合性地运用各方面能力，将所学知识转化为自己的作品，培养了批判性思维、学生的创新能力和综合实践能力，切实培养了学生的高阶思维，提升了核心素养。

随着科学技术的高速发展，社会对人才的需求越来越多，要求也越来越高。高阶思维视角下的STEM 教育不仅回应了社会发展对人才培养的诉求，更将是实现中国大国梦想的教育方案。此教育模式以跨学科融合为核心理念，将有联系的学科之间进行全方位整合，有助于理解和应用所学知识，建立高阶思维能力，帮助学生在不同学科领域之间形成有意义的联系，有利于发展学生的科学探究能力、动手实践能力、批判性和创新思维能力以及整合能力等。

高阶思维视角下的STEM项目式学习与教学仍处于探索阶段，还有很多需进一步优化的问题，如：课程内容的选择、课程的实施办法、教与学的评价等方面仍需要进一步深入研究与实践。下一步课题组将以小学科学教材为基础，借鉴国内外成熟课例与资源，研发出本土化的STEM教育资源。