面向高阶思维能力培养的创客教学设计与应用

魏凯

2015年，教育部印发的《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》中首次提到了创客教育。2018年，教育部印发的《教育信息化2.0行动计划》明确要求培养创新驱动发展新引擎。如何在学校中开展优质的创客教育是当下的热点问题。笔者认为，做好课程建设，建设符合创客本质的课程是开展创客教育的重要落脚点。

● 高阶思维能力与创客教育的关系

高阶思维能力是国内外教育界研究的热点之一，不同学者对高阶思维能力有不同的解读。杜威认为，思维的过程是一种事件的序列链，着重强调了思维的发生是反思——问题生成——探究、批判——解决问题的过程。美国著名教育学家布鲁姆将思维过程具体化为六个教学目标——由低至高分别为记忆、理解、应用、分析、综合、评价。其中记忆、理解、应用通常被称为低阶思维，分析、综合、评价通常被称为高阶思维。高阶思维是建立在低阶思维基础之上的。我国学者钟志贤教授认为，所谓的高阶思维是指发生在较高认知水平的心智活动或认知能力，高阶思维能力主要由问题求解、决策、创造性思维和批判性思维这4大能力构成。《国家中长期教育改革和发展纲要》指出，教育应发展学生的分析、评价和创造等高阶思维能力，以满足社会发展和课程改革对人才培养的要求。

创客教育主要培养学生的创新能力，创新能力属于高阶能力范畴，高阶思维是高阶能力的核心。实施创客教育的目的是传承工匠精神，提升创客技能，培养创客思维。其中，创客思维是一种内化于心的为创客独有的思维。这种思维是否具备，不在于创客技能的高低，而在于是否具有创造的冲动，核心在于是否具有创造力。创客思维的养成离不开高阶思维能力的培养，只有在创客教育中落实高阶思维能力的培养，才能更好地实现创客教育的目标。

● 面向高阶思维能力培养的创客教学模式

基于问题情境的问题探究式学习是创客教育中主要采用的教学策略，对未知世界的探索，从问题情境出发，通过设定高阶的学习目标来激发高阶思维，让学生在问题解决的过程中逐步形成高阶思维，实现学生高阶思维能力的培养，这也很好地体现了创客的精神实质。笔者提出的面向高阶思维能力培养的创客教育教学模式如下页图所示，整个教学流程分为四个主要步骤：提出问题，明确任务——猜想假设，实验探究——交流评价，解决问题——总结反思，拓展应用。

1.提出问题，明确任务

通过生活中真实情境的问题激发学生的学习兴趣，激发学生的参与热情，这是发展学生高阶思维的关键。在真实情境中获得的知識，能够有效地迁移、转化，更易于学生高阶思维的培养。

2.猜想假设，实验探究

让学生自主提出猜想假设，提供学习资源，组织学生开展问题探究式学习，探究的过程是学生自我构思、实践探究、创造性地解决问题的过程，是培养学生想象力、创造力、高阶思维能力的有效手段。

3.交流评价，解决问题

通过交流评价，突出学生的学习主体地位，这样既可以激发学生主动参与的热情，活跃课堂气氛，又有利于学生整合学习资源，解决探究过程中产生的问题，培养学生合作学习的精神、虚心学习的态度、诚恳友善的道德品质。

4.总结反思，拓展应用

通过总结反思，全面概括本节课学习要点、探究思路等重难点内容，巩固教学效果。通过拓展应用，开拓学生思路，激发学生的创意灵感，让学生能够在后续自行创意发明中有更多可用素材资源，并对发展学生高阶思维能力有较好的内驱作用。

● “运动传感器+组合发明”教学设计

“运动传感器+组合发明”一课选自笔者所在学校创客教育的校本课程，主要是通过慧编程软件结合光环板智能硬件，帮助学生实现基本的电子创作，体验人工智能的应用实例，对引入人工智能创作、过渡到Python纯文本语言的学习具有至关重要的作用。笔者应用面向高阶思维能力培养的问题探究式创客教学模式进行教学设计。教学目标是认识光环板的运动传感器，掌握运动传感器的功能和使用方法。在高阶思维能力层面主要是结合LED灯和生活中的常见物品进行组合发明。教学过程如下。

1.提出问题，明确任务

教师展示运动手环图片及其功能描述，让学生借助已有知识并联系生活实际进行思考和讨论，分析并总结运动手环的计步原理。通过运动手环的计步原理，引入光环板中的运动传感器，揭开被层层外壳保护的运动传感器芯片的神秘面纱，让学生直观地看到“光环板”上运动传感器的外观、大小，有利于学生对传感器有更加客观的认知，为后续综合运用做好铺垫。

2.猜想假设，实验探究

（1）展示“炫彩手环”灯光效果，启发学生进行思考。学生通过观察灯光效果，自主提出探究目标——为什么灯光能够随着教师手的移动改变颜色？教师指导学生观察“光环板上的小箭头”，猜想其作用，并通过后续程序编写得到验证。同时，给予一定的知识补充——向左倾斜命令的模块，让学生通过编写程序完成探究目标任务，探究过程中需综合前序知识中已习得的“如果…那么”分支结构的单组使用方法，并将之延伸为多组“如果…那么”分支结构组合使用方法。学生互相展示自己完成的“炫彩手环”的实物效果，相互评价优缺点并加以改进。通过以上教学环节设置培养学生分析、综合、评价能力。

（2）探究“光环板被摇晃”模块位置及功能并完成程序。实物展示“耐力手环1.0”灯光效果，学生通过观察教师动作及光环板反馈的灯管效果，分析“动作-效果”之间的关系，提出探究目标：“光环板的灯光效果和动静之间存在什么关系？怎么通过动一动变换灯光效果？”教师展示“耐力手环2.0”灯光效果，请学生比较异同，并说出“耐力手环2.0”的优势及程序的改进方法，培养学生评价能力。学生自学微课“光环板的摇晃强度”，探究“耐力手环2.0”的制作过程。摇晃强度数值为未知，须由学生结合生活经验及数学取值范围知识自主尝试得出恰当数值，培养学生综合解决问题的能力。

（3）布置探究任务。小组合作设计“运动传感器+”创意作品，教师给学生提供灵感来源：①解决生活中的问题;②趣味互动玩具;③拓展课堂案例;④其他功能手环。同时，按小组提供绑带、KT板、胶水、剪刀、马克笔、卡纸等创客常用工具。此部分设计主要培养学生综合能力，由学生自主创设目标（作品），根据现有材料设计作品功能、外观到程序编写，这一过程重点培养学生分析问题、解决问题的能力。

3.交流评价，解决问题

组织学生按范例分享作品。将作品拍照分享到组合发明任务分享圈，欣赏其他同学的作品，根据评价标准在分享圈点赞评论。评价标准：创新性、趣味性、实用性。分享陈述范例：①作品名称是什么？②作品想实现什么功能？③作品效果展示和讲解。通过小组合作分享，提升学生自我认知水平，培养学生表达能力、合作意识、团队精神。设立评价标准和陈述范例便于统一评价口径，有利于评价在有指导的情境下开展，让学生在开展评价的同时也能掌握评价的方法，让接受评价的学生也能快速从评价中获知自己小组作品的优缺点。做到有的放矢的评价，发展学生评价能力。

4.總结反思，拓展运用

（1）总结本课重难点。按知识、理解、应用、分析、综合、评价六个层次总结本课内容，巩固教育教学成果。

（2）拓展运用。光环板制作计步器。光环板的运动传感器能够记录X、Y、Z轴的加速度数值，通过这三个数值和内置计时器，可以完成计步器的创作。加速度概念是学生高一年级学习的内容，在此不做深入的讲解，通过拓展让学生对未知知识产生兴趣，激发学生进一步学习的动力。

● 应用效果

本课采用的探究式创客教学模式充分激发了学生的学习兴趣，学生主动参与度高。阶段性探究任务实现完成度100%，体现了本课知识性目标落实到位。学生课堂内作品完成度较高，体现了教学设计中对学生分析能力培养落实到位，同时作品具备一定的创新性，各个小组均有不同类型作品产出，体现了综合能力培养层面有成效。学生互评参与度较好，评价客观、公正、深入，体现了评价能力得到发展。本课对思维能力、创新能力的培养有明显效果。课堂落实高阶思维能力培养的目标实现效果良好。

● 结束语

在创客教育中应用面向高阶思维能力的培养的问题探究教学模式，契合了创客教学对创新能力的培养需要。问题是创新的根源，培养学生会提出问题、会解决问题的能力才能更好地在创客教学中落实分析、综合、评价的高阶思维能力的培养。教师也需要注意，应设置有针对性、符合真实情境的问题，避免设置的问题空洞，脱离实际，导致无法激发学生探究的兴趣。