指向高阶思维的创造性作业设计

◇路虹剑 刘 帅（北京：北京市东城区教育科学研究院 北京市东城区板厂小学）

从教学层面说，作业设计的研究是重中之重，如何设计作业是广大科学教师关注的问题，也是教研员教研工作中重点研究的内容。

一、小学科学课作业的界定

作业是教学的基本内容之一，是反馈、调控教学过程的实践活动，也是在教师的指导下，学生独立运用和亲自体验知识、技能的学习过程。它不仅可以加深学生对科学知识的理解，而且有助于学生形成熟练的技能，发展思维能力。

小学科学课以探究实践为主要学习方式，在探究实践中构建科学概念、提升科学观念并发展科学思维、态度责任等科学素养。可见，科学概念的学习是基础，而有效的科学概念的学习必须让学生经历认知冲突、抽象概括和迁移应用三个基本环节。而迁移应用更大的价值在于，学生将已学概念置于新的情境中，开展解释、应用等新的学习活动，检验已学概念并巩固强化概念，将短时记忆转化为长时记忆。迁移应用这一学习阶段是否可以与作业活动融合呢？

东城科学团队追求在不增加学生学习负担的基础上，实现学生深度学习，提升教学质量。因此，迁移应用作为课堂教学的一个环节，就成为我们一项重点研究的内容。这种作业以学生发展为本，兼顾知识的巩固和思维能力的持续发展。学生在这样的作业中会产生主动的迁移行为，且能够在新情境下，动态调控已学概念，实现认知的不断发展。

因此，这样的作业是在科学课所学知识和生活之间架起一座桥梁，它不仅实现了作业传统的评价功能，更能看到学生自我调控的表现，且在创新思维发展中不断在“作业”中创造，并获得满足、愉悦和成功的体验。

二、指向高阶思维的创造性作业设计

（一）秉持“学以致用”理念

在“十三五”期间，东城科学团队立项了市规课题“创设科学创客教学模式，实施小学科学教学的研究”，并在“十四五”期间继续立项市学会课题，进行深入研究。该课题的核心理念就是“学以致用”，让学生将所学科学知识应用于生活、服务于生活，并创造生活。

为实现这一理念所创设的教学模式，即科学创客教学模式，具体流程为：体验（Experience）、探究(Explore)、创造(Creat)。简称EEC 教学模式。体验，重在给学生创设一个充满趣味并贴近生活的活动，注重学生多感官的参与，获得多方面的感知，由此形成问题，并针对问题进行思考并做出合理的假设。探究，是科学课堂学习的重点环节，包括获取证据、处理信息、交流表达，从而形成科学认知，构建科学概念。创造，则是将之前的探究结果联系生活进行拓展应用，力争把学生基于事实性概念或方法的学习引向高阶思维。

该模式借鉴了创客教育中的一些思想、做法，并支撑学生的探究学习，且最终将学生的学习引向创造的层面。这个创造更多的是一种杜威所阐述的个人层面上的创新创造，同时突出了用科学知识解决学生生活中的真实问题，可以很好地将学生的学习引向布鲁姆的高阶思维中创造的水平，即把各部分要素重新整合为新的样式或结构，以形成一个连贯的或功能完整的整体，进而摸索出事物的规律，综合创造性地解决问题。

可以说，科学创客教学模式中的“创造”就是一种迁移应用的拓展活动，是贯彻“双减”要求，创新实践小学科学作业设计的特色研究内容。当然，要实现高阶思维的创造，还要夯实低阶思维阶段的学习基础。科学创客教学模式中的体验、探究两大环节也十分重要。

（二）以《昆虫》一课为例阐述创造性作业设计

《昆虫》是湘科版科学教材三年级上册“各种各样的动物”单元中的一课。在这节课的设计里，体验和探究环节是基础学习阶段，是从低阶思维起始逐步走向高阶思维水平，使学生完成最后的创造活动。因此，这里先简单介绍一下这两个环节是如何开展的，再重点介绍“创造”环节如何指向高阶思维的创造性作业设计。

1.体验环节

蚂蚁是学生日常生活中常见的一种动物，有的学生还有过饲养蚂蚁、观察其如何生活的经验。基于此，本节课以蚂蚁为观察对象开展探究活动。

首先，教师在VR（或PPT）中设置了森林家园的情境画面。学生描述从中看到的小动物，通过对动物的简单描述，初步感受生物的多样性。随后教师提出任务：“小蚂蚁也想搬进这个家园来，但需要为小蚂蚁画一张身份证上面的证件照。”由此进入“画蚂蚁”环节。此环节调动学生已有认知，在记忆层面进行绘画，暴露学生对于蚂蚁身体结构的前概念。

接下来，教师引导学生按照由整体到局部的顺序，介绍自己所画蚂蚁的身体结构，并与他人所画地进行对比，寻找异同点，从而制造认知冲突，形成科学问题：蚂蚁的身体结构究竟是什么样的？而通过之前的对比，也使接下来观察、认识蚂蚁结构更具有目的性。

2.探究环节

要想确定蚂蚁的身体结构特征，需要对蚂蚁进行观察。在本环节教学过程中，教师既给学生提供了真实的蚂蚁，也利用信息技术手段，在VR中呈现数字化的昆虫样本，以便于学生全方位进行观察。

学生观察典型昆虫——蚂蚁，在典型归纳中认识昆虫的身体结构特征。接着，新的任务是将蚂蚱、蜘蛛、兔子与蚂蚁进行比较，找出与蚂蚁身体结构相同的动物，将学习从记忆发展到理解和应用水平。为了让学生更好地掌握昆虫的特点，教师还设计了“昆虫运动会”这一环节，提出任务：观察图中出示的动物，帮助小蚂蚁找到它的昆虫队友。主要的设计意图是让学生在观察比较中分类，不断地巩固对昆虫身体结构特点的这一认知概念。

3.创造环节

此环节是东城特色的作业设计环节，实现低阶思维走向高阶思维水平的教学。教师以举办运动会开幕仪式为情境，设计拓展作业活动，提出任务：如果将蚂蚁化装成蝴蝶、蜜蜂等其他种类的昆虫，你要怎么做呢？通过之前两个环节，学生在头脑中已经形成了对昆虫身体结构特点的认知，给蚂蚁化装的过程，是演绎思维的呈现。学生在操作的过程中就会思考：化装改变的是什么？不会改变的又是什么？

有的学生将蚂蚁化装成美丽的蝴蝶。这些学生观察到蝴蝶和蚂蚁都有头、胸、腹三大部分，胸上三对足，头上有触角，但它们腹部有明显区别，蚂蚁的腹部看起来又短又宽，蝴蝶的腹部则是细长的。于是，他们便利用超轻黏土，将蚂蚁的腹部加长变细，并装上翅膀，使之像蝴蝶。还有的学生观察仔细，注意到蚂蚁和蝴蝶的口器、触角也存在差异。教师借机向学生拓展了新知：蝴蝶口器的特点与取食的食物有关系。渗透了生物间的多样性，使学习更有深度，朝着重要概念进一步发展。也有学生将蚂蚁化装成蚂蚱，展示的时候，他说：蚂蚁和蚂蚱太像了，我只是给蚂蚁披上绿色的外衣（翅膀），最后一对足变成了弹跳足，就完成了。还有学生展示的是螳螂，他说：螳螂的特点很多，三角形的脑袋，特别是胸部很长，而且还有一对刀一样的足部用来捕捉猎物。还有的学生将蚂蚁化装成蜜蜂、蜻蜓、甲虫等等。在这个拓展性作业活动中，无论学生将蚂蚁化装成何种昆虫，他们都发现并不需要改变蚂蚁的身体结构，只需要改变某个结构的局部特点。这就使学生将对于昆虫的新知识与头脑中贮存的关于其他物种的知识进行重组演绎，实现了知识的增值。

这些作业的完成，说明学生已经掌握了昆虫身体结构的主要特征，并能与各个部分的局部特征进行区分，体现在创造性的应用活动中。学生的思维也由此活跃起来，曾有个学生拿来捏好的一只蚯蚓，说要把它变成蚂蚁，也参加昆虫运动会。教师顺势增加新的任务：将蚯蚓、蜘蛛这些不是昆虫的物种化装成昆虫。学生有的给蚯蚓安上了头、胸、腹、一对触角、三对足，使它变成了小蚂蚁；还有学生将蜘蛛的一对足隐藏起来……

学生头脑中已经建立了一个昆虫特征的抽象模型，在操作时就会按照这个模型对物种的身体结构进行改变。这已经是布鲁姆所划分的创造水平下的高阶思维。

（三）更多案例研究

在不同领域的科学学习中，东城科学教师都纷纷做着创造性作业设计的研究。如《点亮小灯泡》一课，出示分层作业：制作简易小台灯、设计教室里的照明电路，让学生在构建闭合回路概念和了解串并联连法后，开展设计与制作的创造性活动；《小苏打与白醋》一课，学生用紫甘蓝汁检测酸性和碱性物质，最终用化学反应变色的现象，设计变色的睡莲花和玫瑰花，创意生活；《太阳光下影子的变化》一课，学生通过实地观察和模拟实验，探究一天中影子变化的规律，并用获得的规律解释“坐对当窗木，看移三面阴”中的自然现象，并为此句诗制作定格动画。

在大主题单元课程设计下，东城科学团队还基于物质领域、生命领域、地球与宇宙领域的部分知识的学习，为蟋蟀设计封闭的生态箱……

三、创造性作业设计的价值

科学创客教学模式中的创造环节，目的就是由体验到探究，最终在演绎思维下实现发展创新思维的过程。因此，创造性作业设计就是概念构建的一个重要环节，是用演绎思维，实现概念的巩固，将短时记忆转化为长时记忆的一个有效手段。只有学生应用概念解决了实际问题，才有可能对知识终身不忘。而在这样的过程中，学生的学习不会停留在低阶思维水平上，他们会在巩固记忆、理解层面的认知后，逐渐经历应用、分析、评估，最终走向创造。

《昆虫》一课的创造性作业设计，实际上是一个连续的、一体化的学习过程。它连接着体验环节，画蚂蚁暴露前概念，在探究环节，观察蚂蚁做绘图记录，并在求同归纳中建构昆虫的身体结构特点，完成报告册的昆虫结构图的绘制。因此，创造环节不是独立的，它是与体验和探究环节融为一体的。创造性作业设计也不是独立的，它与体验中的画图作业、探究中的记录单、报告册作业构成一个系统性作业，这样才能使学生完成低阶向高阶思维水平的学习。

在评价层面，创造性作业设计是学习成果的一种可视化体现，在各种作品中表现了学生对概念的理解，甚至包含概念的模型；而在设计过程中，教师也可以看到学生思维的可视化表现，对于学生科学素养的水平做出判断；最重要的是，教师可以在创造性作业完成过程中，发现学生学习中的问题，并及时采取措施，提高教学质量。

此外，科学创客教学模式的创造理念是服务于生活，所以作业设计仅停留在概念的构建层面是不够的，它还要架起从科学课回归生活的桥梁。对于《昆虫》一课的学习，学生走出课堂后，通过课上对于昆虫的认识，可以在旅游的时候，寻找更多、更奇特的昆虫。有兴趣的学生还可以对找到的物种进行进一步了解，丰富自己的知识。对生物感兴趣的学生也可以走进博物馆进行深度学习，或者进行昆虫饲养，写昆虫日记，还可以制作一些标本，建立自己的昆虫博物馆，向伙伴们展示。

其他几个课例，同样使学生能够运用所学服务于生活，让自己的生活更精彩。学生学习电路开关内容后，为房顶太阳能热水器设计上水报警器、研究热空气上升后制作自己的孔明灯、学习纸张吸水性后创意设计生日晚餐中的睡莲花灯等，都能很好地将所学科学知识为生活服务。而“生态箱”这类的大项目，则使学生从服务自己生活的意识向服务他人的意识发展，努力从个人生活走向社会生活。这就是科学创客教学模式下创造性作业设计的重要意义和价值。