高階思維視野下STEM項目式學習的教學研究
——以“拯救小浣熊”一課為例

張露丹，張 芮

（長春吉大附中力旺實驗小學，吉林長春130031）

放眼當下，隨著世界全球化、信息化和科技化進程的不斷加快，相對于擁有詳細的陳述性知識的人來說，未來的社會更需要具備學習能力和解決問題能力的人才。教育，作為人才培養的搖籃，人類社會在飛速發展的同時，也在對教育提出重要的挑戰，學習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）時代。

一、高階思維視野下STEM 項目式學習的教學研究背景

2016 年9 月，我國《中國學生發展核心素養》總體框架正式發布，其中提出要全面提升學生綜合素養、培養批判性思維、提出問題的能力、問題解決能力、實踐創新能力、團隊協作能力，補齊科學教育的短板，解決科學驗證性實驗的弊端。核心素養和高階思維能力，是當代學生應該具備的適應終身發展和社會需要的必備品格和關鍵能力。因此，培養學生的核心素養與高階思維，逐漸被大眾所重視，成為當前國際教育研究的熱點。

（一）高階思維

高階思維的內涵寬泛。美國著名心理學家羅伯特·斯騰伯格的“分析性思維、創造性思維、實用性思維”三元思維理論中認為，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、問題解決的監控、問題解決的評價。安德森等人對布魯姆認知領域的教育目標劃分進行了完善，將記憶、理解、應用劃分為低階思維層次；將分析、評價、創造劃分為高階思維層次。分析對應著一種系統性思維，要求從整體上把握各部分的聯系，從而理解事物的本質；綜合對應著一種創造性思維，在分析基礎上要求對部分進行重新建構和組合，最終實現問題的創造性解決；評價對應著批判性思維，要求基于一定標準，理性地進行價值判斷、做出批判性評價。雖然研究學者對高階思維有不同的理解和定義，但一致認為高階思維是一種以較高層次認知水平為主的心智活動，是綜合運用多種思維的能力。高階思維能力對于學生的全面發展至關重要，高階思維的運用和激發，發生在當學生把新的認知和記憶中儲存的信息進行相互關聯或重新組合，并利用構建的新的知識體系去實現目標或找到復雜情境中問題的解決方式之中。

義務教育小學科學課程標準（2017）中明確指出，通過小學科學課程要培養學生提出科學問題的能力、收集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析問題和解決問題的能力，以及交流與合作的能力等，發展學生的創造性、批判性思維和想象力。小學科學的學科內容、學科特性為培養學生的高階思維能力提供了豐富的素材和平臺。在小學階段，科學學科范圍內，高階思維主要依附于以分析、創造、評價為主要形式的、具有挑戰性、主動性、開放性等特點的教學模式與學習環節。高階思維視角下的小學科學學習活動，有助于學生對新、舊知識建立聯系與鏈接，促進深度理解，為構建完整的知識體系奠定基礎，同時有助于培養學生求真、實證、質疑的科學精神，以及逐步積累形成科學的思維方式與思維習慣，提升核心素養。

（二）STEM項目式學習

在人才激烈競爭的當下，世界各國紛紛提出了相應的教育理念和舉措，STEM 教育則是國際探索21 世紀人才培養的重要戰略之一，旨在加強科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）與數學（Mathematics）教育，以培養高科技人才來增強國家的國際競爭力。因此，強調跨學科整合的教育新范式——STEM 教育已經成為當今國際教育改革的重要主題，也顯然與我國的學生培養戰略目標相契合，成為國內教育改革的大勢所趨。

基于項目的STEM 學習不是簡單地將科學、技術、工程和數學組合起來，而是要把學生學習到的零碎的知識轉變成一個探究世界相互聯系的不同側面的過程。貼近生活的情景、富有挑戰性和趣味性的項目，實現學生學習動力的多重激發。課堂上，學生圍繞發現問題、解決問題，綜合運用他們在科學、技術、數學各個領域的知識去獨立和協作解決真實世界中有意義的問題，學會知識工具的創造性應用，體驗全新的學習過程，構建新的知識體系，強化高水平的思維技能。同時問題的解決又能成為學生反思各學科知識技術的社會意義、科學實質與運用價值的過程。STEM 項目學習正是鼓勵學生像科學家探索未知和工程師解決問題的思維方式和路徑去學習，力求實踐與思維的有機結合，層層遞進，使學生始終處于積極參與的狀態，成長為具有批判性思維與問題解決能力的創新型人才。

（三）高階思維視野下STEM項目式學習的意義

在培養小學生高階思維能力上，STEM 項目式學習相比于傳統學科課堂具有較大優勢。高階思維促進學生在STEM 項目式學習過程中的深度學習，STEM 項目式學習促進學生高階思維的不斷提升，兩者相得益彰、相輔相成，能夠使學生科學核心素養得到高效的發展與提高。因此，在STEM項目式學習教學中，教師可以有意識地把課程整合設計與學生高階思維能力培養相結合起來，以STEM 項目式學習為載體，提升學生的高階思維能力。

鑒于此，以筆者自主研發的STEM課程“拯救小浣熊”為例，展示高階思維視野下的STEM項目式學習的教學設計，期待為相關教師提供一個打開思路、可供參考的“鑰匙”。

二、高階思維視野下STEM項目式學習的實施路徑

（一）基于真實情景，驅動項目研發

在高階思維能力的培養過程中，教師可以著眼于學生周圍的環境，利用生活真實現象、案例、事件等來創設問題情境，從真實生活經驗而來的真實問題，成為學的重要內容，課內、課外知識相互鏈接，會對學習的意義產生根本性的改變。同時，貼近生活的真實情景，易于學生去接受和聯想，促進知識的探究欲望和學習熱情，為理解或探究更為復雜的概念和解決問題提供基礎支撐。

“拯救小浣熊”一課以“雙十二”購物潮為背景，以學生生活中經常接觸的網絡購物、物品運輸、快遞拆箱為切入點，通過快遞運輸中各種意想不到狀況的視頻引發學生思考，進而提出本節課任務：設計并制作一款易碎品的快遞包裝。立足于真實情景的STEM 項目，更加有利于學生從實質上提高解決的能力，有助于學生對項目內容和知識體系的整體把握和分析，促進教學與生活的有機聯系，增加學習的挑戰性和趣味性，從而為學生在課程學習中提升高階思維做好鋪墊。

（二）實現團隊協作，打造學習共同體

STEM 教育強調以學生為中心，相互啟發、相互協助。而合作學習有助于激發學生的學習動機，助力學生深度學習，促進學生高階思維的發展。在本節項目式學習過程中，充分讓孩子們意識到團隊分工與責任的重要性，以及自己在團隊中的角色和任務，激發學生承擔責任、團隊合作的精神，打造學習共同體。本節課每個團隊包括：項目總監、設計總監、物料經理、測試總監、總工程師五個角色，同時對應著五個不同的職責和任務，讓每個學生都能在團隊合作中有所貢獻，培養了學生的溝通交流能力以及團隊合作意識，提高了學生的核心素養。

（三）立足學生發展，設計教學環節

為全面提升學生的核心素養，采用“八步教學法”，即：情景創設——問題確定——自主設計——構建模型——測試優化——協助學習——評價展示——拓展遷移，教師根據真實生活，創建問題情景，學生通過明確問題與結果展開調查研究，進而進行自主設計、制作、測試與優化，在小組合作、交流中不斷反思、改進，優化產品，并根據評價量規對小組及成員進行過程性評價，讓學生在評價過程中明確各自的優勢與不足，以便在后續學習過程中加以提高，隨著知識的拓展與遷移，使學生在生活中更加善于發現、勤于思考，高效、全面提升高階思維和關鍵能力。

“拯救小浣熊”一課的八個教學過程，教師活動與學生活動一一對應，教師通過提問、講解、演示等方式將各部分內容串連起來，引發學生思考、活動、完成相應任務（表2）。

表2 “拯救小浣熊”一課的教學流程及設計意圖

教學步驟教師活動學生活動思考評價測試結果的標準，并確定具體實行辦法提問：怎樣判斷本次方案的包裝效果？小結：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算出的破損重量記錄在測試結果中。（五）測試與優化測試，記錄數據測試：在測試區找老師封包，并且模擬快遞運輸的真實情況進行公平測試，由測試總監走上臺階，將快遞在測試高臺上輕輕推下，反復落地5次。引導：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廉，不僅緩沖減震效果好，而且成本低廉，對設計方案進一步優化，形成2號設計方案，再用剛才測試后的最大塊面餅進行新一輪的設計、制作、測試，一直循環這個流程。期間，物料經理可以隨時到材料超市進行退換貨。分析結果，優化方案，迭代制作、測試、優化流程（六）展示與交流引導：請各小組根據最好的一個方案填寫評價量表，針對每一評價內容，在選擇的等級處畫對號，并將評價結果粘貼在黑板上，與同學們分享。討論、填寫記錄單上的評價量表組織：小組間溝通、交流與討論。（七）評價與反思引導反思：哪個小組想和大家分享一下本節課你的反思與收獲呢？可以說說你們小組的設計方案、創意、各項評價結果，以及你們遇到了哪些問題又是怎樣解決的，在整個過程中學到了什么。交流與討論說出本節課，遇到的問題和解決的方法，反思自己的收獲學生之間相互交流、討論（八）拓展與遷移拓展：日常生活中，針對一些類似手表、手機小型貴重物品，人們也會設計相應結構和材料的包裝提供保護，對于冰箱、電視機等，會在它的四周包上緩沖減震效果好的材料。大家課后繼續調查，生活中不同類別的其他物品都會有怎樣的包裝呢？根據拓展知識回家查閱資料

（四）提升高階思維，構建真實評價

基于為適合于不同年段學生而設計的評價量規，考量每個學生的綜合分析和評價比較的能力。表3 為“拯救小浣熊”一課研發的學生評價量表。評價量規內容全面，不僅包括知識目標，且真正落實考察學生的團隊合作意識、信息搜集與處理能力、解決問題能力、動手實踐能力、創新能力、批判質疑的精神等。讓學生自我總結、自我反思，實現思維進階、質的飛躍，促進學生自成長。通過評價量表中的評價方向和評價等級的確定，讓學生能夠在設計實施前就對項目有一個整體的把握和考量，促進學生在解決問題中不斷反思和優化，嘗試在工程角度尋找自我認知下問題解決的最優解，提高學生的批判性思維。

表3 “拯救小浣熊”一課的評價量表

三、結語

“拯救小浣熊”一課，真正實現了跨學科整合的學習模式，超越學科界限，將科學、技術、工程與數學有機結合在一起，以工程學為思想，科學知識為骨架，數學為支撐，技術為手段，從“提出問題—頭腦風暴—構思—設計—制作—測試—優化”反復迭代這些環節，提供給學生一個親自參與、操作，真切感受的平臺，綜合性地運用各方面能力，將所學知識轉化為自己的作品，培養了批判性思維、學生的創新能力和綜合實踐能力，切實培養了學生的高階思維，提升了核心素養。

隨著科學技術的高速發展，社會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 教育不僅回應了社會發展對人才培養的訴求，更將是實現中國大國夢想的教育方案。此教育模式以跨學科融合為核心理念，將有聯系的學科之間進行全方位整合，有助于理解和應用所學知識，建立高階思維能力，幫助學生在不同學科領域之間形成有意義的聯系，有利于發展學生的科學探究能力、動手實踐能力、批判性和創新思維能力以及整合能力等。

高階思維視角下的STEM項目式學習與教學仍處于探索階段，還有很多需進一步優化的問題，如：課程內容的選擇、課程的實施辦法、教與學的評價等方面仍需要進一步深入研究與實踐。下一步課題組將以小學科學教材為基礎，借鑒國內外成熟課例與資源，研發出本土化的STEM教育資源。