面向高階思維能力培養的創客教學設計與應用

魏凱

2015年，教育部印發的《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見（征求意見稿）》中首次提到了創客教育。2018年，教育部印發的《教育信息化2.0行動計劃》明確要求培養創新驅動發展新引擎。如何在學校中開展優質的創客教育是當下的熱點問題。筆者認為，做好課程建設，建設符合創客本質的課程是開展創客教育的重要落腳點。

● 高階思維能力與創客教育的關系

高階思維能力是國內外教育界研究的熱點之一，不同學者對高階思維能力有不同的解讀。杜威認為，思維的過程是一種事件的序列鏈，著重強調了思維的發生是反思——問題生成——探究、批判——解決問題的過程。美國著名教育學家布魯姆將思維過程具體化為六個教學目標——由低至高分別為記憶、理解、應用、分析、綜合、評價。其中記憶、理解、應用通常被稱為低階思維，分析、綜合、評價通常被稱為高階思維。高階思維是建立在低階思維基礎之上的。我國學者鐘志賢教授認為，所謂的高階思維是指發生在較高認知水平的心智活動或認知能力，高階思維能力主要由問題求解、決策、創造性思維和批判性思維這4大能力構成。《國家中長期教育改革和發展綱要》指出，教育應發展學生的分析、評價和創造等高階思維能力，以滿足社會發展和課程改革對人才培養的要求。

創客教育主要培養學生的創新能力，創新能力屬于高階能力范疇，高階思維是高階能力的核心。實施創客教育的目的是傳承工匠精神，提升創客技能，培養創客思維。其中，創客思維是一種內化于心的為創客獨有的思維。這種思維是否具備，不在于創客技能的高低，而在于是否具有創造的沖動，核心在于是否具有創造力。創客思維的養成離不開高階思維能力的培養，只有在創客教育中落實高階思維能力的培養，才能更好地實現創客教育的目標。

● 面向高階思維能力培養的創客教學模式

基于問題情境的問題探究式學習是創客教育中主要采用的教學策略，對未知世界的探索，從問題情境出發，通過設定高階的學習目標來激發高階思維，讓學生在問題解決的過程中逐步形成高階思維，實現學生高階思維能力的培養，這也很好地體現了創客的精神實質。筆者提出的面向高階思維能力培養的創客教育教學模式如下頁圖所示，整個教學流程分為四個主要步驟：提出問題，明確任務——猜想假設，實驗探究——交流評價，解決問題——總結反思，拓展應用。

1.提出問題，明確任務

通過生活中真實情境的問題激發學生的學習興趣，激發學生的參與熱情，這是發展學生高階思維的關鍵。在真實情境中獲得的知識，能夠有效地遷移、轉化，更易于學生高階思維的培養。

2.猜想假設，實驗探究

讓學生自主提出猜想假設，提供學習資源，組織學生開展問題探究式學習，探究的過程是學生自我構思、實踐探究、創造性地解決問題的過程，是培養學生想象力、創造力、高階思維能力的有效手段。

3.交流評價，解決問題

通過交流評價，突出學生的學習主體地位，這樣既可以激發學生主動參與的熱情，活躍課堂氣氛，又有利于學生整合學習資源，解決探究過程中產生的問題，培養學生合作學習的精神、虛心學習的態度、誠懇友善的道德品質。

4.總結反思，拓展應用

通過總結反思，全面概括本節課學習要點、探究思路等重難點內容，鞏固教學效果。通過拓展應用，開拓學生思路，激發學生的創意靈感，讓學生能夠在后續自行創意發明中有更多可用素材資源，并對發展學生高階思維能力有較好的內驅作用。

● “運動傳感器+組合發明”教學設計

“運動傳感器+組合發明”一課選自筆者所在學校創客教育的校本課程，主要是通過慧編程軟件結合光環板智能硬件，幫助學生實現基本的電子創作，體驗人工智能的應用實例，對引入人工智能創作、過渡到Python純文本語言的學習具有至關重要的作用。筆者應用面向高階思維能力培養的問題探究式創客教學模式進行教學設計。教學目標是認識光環板的運動傳感器，掌握運動傳感器的功能和使用方法。在高階思維能力層面主要是結合LED燈和生活中的常見物品進行組合發明。教學過程如下。

1.提出問題，明確任務

教師展示運動手環圖片及其功能描述，讓學生借助已有知識并聯系生活實際進行思考和討論，分析并總結運動手環的計步原理。通過運動手環的計步原理，引入光環板中的運動傳感器，揭開被層層外殼保護的運動傳感器芯片的神秘面紗，讓學生直觀地看到“光環板”上運動傳感器的外觀、大小，有利于學生對傳感器有更加客觀的認知，為后續綜合運用做好鋪墊。

2.猜想假設，實驗探究

（1）展示“炫彩手環”燈光效果，啟發學生進行思考。學生通過觀察燈光效果，自主提出探究目標——為什么燈光能夠隨著教師手的移動改變顏色？教師指導學生觀察“光環板上的小箭頭”，猜想其作用，并通過后續程序編寫得到驗證。同時，給予一定的知識補充——向左傾斜命令的模塊，讓學生通過編寫程序完成探究目標任務，探究過程中需綜合前序知識中已習得的“如果…那么”分支結構的單組使用方法，并將之延伸為多組“如果…那么”分支結構組合使用方法。學生互相展示自己完成的“炫彩手環”的實物效果，相互評價優缺點并加以改進。通過以上教學環節設置培養學生分析、綜合、評價能力。

（2）探究“光環板被搖晃”模塊位置及功能并完成程序。實物展示“耐力手環1.0”燈光效果，學生通過觀察教師動作及光環板反饋的燈管效果，分析“動作-效果”之間的關系，提出探究目標：“光環板的燈光效果和動靜之間存在什么關系？怎么通過動一動變換燈光效果？”教師展示“耐力手環2.0”燈光效果，請學生比較異同，并說出“耐力手環2.0”的優勢及程序的改進方法，培養學生評價能力。學生自學微課“光環板的搖晃強度”，探究“耐力手環2.0”的制作過程。搖晃強度數值為未知，須由學生結合生活經驗及數學取值范圍知識自主嘗試得出恰當數值，培養學生綜合解決問題的能力。

（3）布置探究任務。小組合作設計“運動傳感器+”創意作品，教師給學生提供靈感來源：①解決生活中的問題;②趣味互動玩具;③拓展課堂案例;④其他功能手環。同時，按小組提供綁帶、KT板、膠水、剪刀、馬克筆、卡紙等創客常用工具。此部分設計主要培養學生綜合能力，由學生自主創設目標（作品），根據現有材料設計作品功能、外觀到程序編寫，這一過程重點培養學生分析問題、解決問題的能力。

3.交流評價，解決問題

組織學生按范例分享作品。將作品拍照分享到組合發明任務分享圈，欣賞其他同學的作品，根據評價標準在分享圈點贊評論。評價標準：創新性、趣味性、實用性。分享陳述范例：①作品名稱是什么？②作品想實現什么功能？③作品效果展示和講解。通過小組合作分享，提升學生自我認知水平，培養學生表達能力、合作意識、團隊精神。設立評價標準和陳述范例便于統一評價口徑，有利于評價在有指導的情境下開展，讓學生在開展評價的同時也能掌握評價的方法，讓接受評價的學生也能快速從評價中獲知自己小組作品的優缺點。做到有的放矢的評價，發展學生評價能力。

4.總結反思，拓展運用

（1）總結本課重難點。按知識、理解、應用、分析、綜合、評價六個層次總結本課內容，鞏固教育教學成果。

（2）拓展運用。光環板制作計步器。光環板的運動傳感器能夠記錄X、Y、Z軸的加速度數值，通過這三個數值和內置計時器，可以完成計步器的創作。加速度概念是學生高一年級學習的內容，在此不做深入的講解，通過拓展讓學生對未知知識產生興趣，激發學生進一步學習的動力。

● 應用效果

本課采用的探究式創客教學模式充分激發了學生的學習興趣，學生主動參與度高。階段性探究任務實現完成度100%，體現了本課知識性目標落實到位。學生課堂內作品完成度較高，體現了教學設計中對學生分析能力培養落實到位，同時作品具備一定的創新性，各個小組均有不同類型作品產出，體現了綜合能力培養層面有成效。學生互評參與度較好，評價客觀、公正、深入，體現了評價能力得到發展。本課對思維能力、創新能力的培養有明顯效果。課堂落實高階思維能力培養的目標實現效果良好。

● 結束語

在創客教育中應用面向高階思維能力的培養的問題探究教學模式，契合了創客教學對創新能力的培養需要。問題是創新的根源，培養學生會提出問題、會解決問題的能力才能更好地在創客教學中落實分析、綜合、評價的高階思維能力的培養。教師也需要注意，應設置有針對性、符合真實情境的問題，避免設置的問題空洞，脫離實際，導致無法激發學生探究的興趣。