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网络科学课堂中培养学生高阶思维的策略研究
【摘要】基于部分高年级科学课堂理论性较强，无法通过动手实验获得新知的这部分知识，课题团队以培养小学生高阶思维为目标，将知识融入网络课堂，网络科学课堂中培养高年级学生高阶思维的策略研究。根据在网络环境下对学生进行高阶思维能力培养方法的实质，课题从网络环境支持策略、教学过程中的实施策略、多元评价策略等三个方面进行了研究，并初步总结了在网络科学课堂中促进学生高阶思维能力发展的策略。
【关键词】网络课堂；高阶思维能力；策略
中图分类号：G622.4 文献标识码：A 文章编号：1671-0568 （2016） S1-0021-07
作者简介：肖玲，广东省广州市荔湾区芦荻西小学教师。
芦荻西小学（以下简称"我校"） 是广东省第一批信息技术试验学校，多年以来一直以"没有教育信息化就没有教育现代化"为共识，大力开展教育信息化研究。我校今年来先后承担了国家级、省级的信息技术课题，教师也在课题的引领下，基于网络环境，开展了丰富的教育教学实践。此课题就是我校科学科组教师在参与信息技术课题中、在一线教学工作中确立的研究课题。
本课题自2011年9月通过评审，被立项为荔湾区小课题（荔教办【2011】36号文）。自立项后，课题组成员围绕课题的研究目标，基于网络科学课堂，通过信息课堂提供的支架，开展丰富地教育教学实践活动，采用多种策略培养学生的高阶思维能力。经过课题组成员一年多的研究和实践，取得了一定的研究成果，基本完成了课题的研究目标。
一、提出问题
随着科学技术的高速发展，我们每一个人都明显地感受到科学技术发展带来的日新月异的变化。因此，注重培养孩子良好的科学素养，让他们学会用科学的思维方式解决生活中的问题，这就尤为重要。《义务教育科学（3-6年级） 课程标准》明确指出：科学课程改革以培养小学生科学素养为宗旨，积极倡导让学生亲身经历以探究为主的学习活动。科学探究涉及提出问题、猜想结果、制定计划、观察、实验、制作、收集证据、进行解释、表达和交流等活动。根据科学的课程目标，教师应在以培养科学素养为宗旨的科学启蒙课程中，通过教学活动，培养小学生的思维由具体形象思维过渡到抽象逻辑思维，让他们初步形成以抽象、分析、综合、评价、创造、比较、分类、判断、推理等为特征的高阶思维能力。
在小学科学高年级课程中，有部分理论性较强，无法通过动手实验直接获得认知的知识，对于学生来说学习起来枯燥吃力。对这部分知识的学习往往会出现以下几种情况：
（1） 学生囫囵吞枣，书上讲什么就记住什么；
（2） 学生对课堂知识蜻蜓点水，点到即止，不会深入进行探究；
（3） 学生想深入了解更多相关的科学知识，可是又缺乏一个合作学习平台。
这种情况下，只能培养学生以识记、理解、认识等为特征的低阶思维，却无法培养学生以分析、综合、评价、创造等为特征的高阶思维。针对这种现象，研究者尝试将这部分的科学知识融入网络课堂，通过信息课堂提供的支架，试图研究以培养小学生高阶思维能力为目标的策略，从而提高了课堂教学效率，达到培养学生科学思维方式的目的，更好地落实新课标精神。
二、基本概念界定
高阶思维是发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力，个体在复杂情境中接收、存储新的信息以及寻找答案时，它表现为个体将信息整合为一个完整体系、运用抽象思维结构、合理运用逻辑和判断的能力。
根据Bloom等人的认知教学目标分类，教师可以运用高阶思维/学习目标的行为动词来做参照，检测自己的教学设计是否有利于促进学习者的高阶思维发展，亦即可以根据这些行为动词来看学习者的学习活动是否运用高阶思维进行学习，教学所创设的活动条件是否要求学习者从事这些行为活动。这些行为动词主要有：分析、讨论、评价、分类、预测、选择、比较、鉴定、证明、结论、假设、建构、对比、概括、创设、计划、评论、评定、推断、联系、辩护、汇报、计划、支持、设计、系统化、图解、写作、辨别、阐释等。
三、研究目标与主要内容
（一） 研究目标
1.通过本课题研究，在高年级科学课堂中，借助信息技术的运用，总结出以培养小学生高阶思维能力为目标的策略。
2.通过本课题研究，解决在实际教学过程中存在的问题，调动学生学习的积极性，促使课程目标的达成。
3.通过本课题研究，让培养学生高阶思维能力的理念渗入小学教师的头脑中，对教师的教学设计思路产生一定的影响，促进教师教学观念和教学方式的转变，提高教师的理论水平和教学能力。
（二） 主要内容
在高年级科学课堂中，既要达到培养学生高阶思维能力的目的，又要体现科学学习的探究活动，教师就要根据所学习的知识，搭建信息技术支架，在教学过程中提出恰当的问题或任务，引起学生思考、调动学生的分析、评价与创造等思维过程的问题，让学生投入到高阶思维过程中去，从而使其高阶思维能力得到发展。根据学校和一线教师的具体情况，拟从网络环境支持策略、教学过程中的实施策略、多元评价策略等三个方面进行研究，并初步总结在网络科学课堂中促进学生高阶思维能力发展的策略。
四、研究方法
本研究在高年级科学课堂中进行实践，在研究过程中主要采用了准实验法、文献分析法、问卷调查法等方法进行。
（1） 问卷调查法。设计调查问卷，了解学生高阶思维能力情况和学生心理倾向调查与分析。
（2） 行动研究法。组织课题组成员进行课堂教学研究，并争取其他教师的支持，对教材中的数学思想进行汇总和整理，并根据反馈的问题调整策略，在实践中不断探究、反思、提升。
（3） 文献分析法。查阅相关文献，为课题研究提供理论依据。
五、研究过程
（一） 研究的实验假设
在小学科学课堂教学中，采用信息技术比采用传统的课堂教学方式能更好地提高学生高阶思维能力。
（二） 研究步骤
在分析了科学课堂中的学生学习理论知识的现状后，教师根据科学课堂的学习特性，确定了以信息技术搭建学习支架来培养高年级学生高阶思维能力发展的策略研究的方向。此研究步骤和方法如下：
1.研究准备阶段
通过文献分析法、内容分析法，对高阶思维能力研究的现状进行分析，在此基础上提出要研究的问题。
通过调查法、谈话法，对实验老师和学生进行初步摸查，了解研究的可行性。
2.网络支架搭建和教学设计阶段
在理论分析的基础上，第二阶段进行网络支架搭建和教学设计阶段。
根据第一阶段文献分析法对于培养学生高阶思维能力理论的分析，在专题学习网站制作中，将教学问题嵌入其中，利用信息技术将知识点有机整合成系统的知识结构，并通过文字、图片、视频等多种形式加以呈现，为高阶思维能力的发生创造机会和树立支架。
在文献研究过程中，学校研究小组了解到多位著名高阶思维能力研究者强调了教学问题和教学任务在培养学生高阶思维能力中的重要作用，他们对如何设计这样的教学问题和任务作了相关研究与总结。因此，教师在教学设计中，特别重视教学问题和任务的设计，尽量针对教学内容提出一些问题引发学生思考，重在调动学生的思维，侧重内在的学习过程。通过有针对性的教学设计，希望通过执教过程的呈现，学生的高阶思维能力会在训练中得到提高。在此过程中主要运用到了文献研究法和调查法。
3.实际研究阶段
采用行动研究法和问卷调查法，依托小学科学课程开展准研究，探讨采用何种教学策略能培养学生的高阶思维能力发展。
采用行动研究法。课题组成员第一、二阶段基础上，在五年级（4） 班展开研究，探索网络环境下培养学生高级思维能力发展的教学策略。课题研究组选择的是五年级《饮食和健康》这个单元进行的，共有3个教学设计的实施。确立3 个教学实施过程，也希望多个教学设计的实施，能对培养学生高阶思维能力的策略进行反复的验证。
采用经验总结法。课题组老师针对课堂实验效果，进行评课和自我反思，并调证策略。
4.研究总结和反思阶段
研究总结：对研究过程与结果进行总结反思，统计数据，得出本研究的结论，并根据研究过程的经验所得，进一步学习理论，撰写研究报告。此过程中主要采用文献法和调查问卷法。
反思：提出学科教师在培养学生高阶思维能力时应把握的要点，发现研究过程中存在的问题与不足，提出后续研究的方向。
（三） 研究对象设定
此研究是在五年级（4） 班中进行，学生是"网络环境教学实验班",他们具有一定的科学探究学习综合素养，学习积极性高、思维活跃、合作精神好、知识面较宽，有一定的自学能力，借助网络学习的能力较强；学生信息技术能力较强，会利用网络搜索、筛选、处理和加工资源。会使用论坛与同学进行交流讨论；会使用Powerpoint等信息技术工具创作作品。因此，希望借助他们的信息技术能力来进行此课题的研究。
六、研究结果
（一） 研究成果
课题小组成员通过文献分析法，了解到在网络环境下对学生进行高阶思维能力培养方法的实质包含如下三个方面：①提出能够促进学生高阶思维能力发展的问题和任务，即给学生创造发展高阶思维能力的机会；②为学生提供思维支架，对学生的思维过程进行启发与引导；③鼓励学生用详细的语言表达自己的观点，书面表达和口头表达都可以。
基于以上培养学生高阶思维能力培养实质，在课题研究中，课题小组着重从网络环境支持策略、教学过程中的实施策略、多元评价策略等三个方面进行研究，初步总结在网络科学课堂中促进学生高阶思维能力发展的策略。
1.网络环境支持策略
课题小组以促进学生高阶思维能力的发展为目标，结合网络环境下和科学学科的教学特点，研究开发了五年级上学期《健康生活》单元中《保护我们的消化器官》《水——人体最重要的营养素》《饮食和健康》三个专题学习网站。网站的设计功能定位和框架结构如下：
（1） 设计意图与高阶思维的培养。提供精选与设计的教学材料。专题学习网站提供的学习资料应紧密围绕重要的教学内容而设计，并没有提供大量课外资料，使用网站的目的不是为了让学生大量浏览一些知识，所以网站侧重对重点内容进行精心设计，将丰富的小游戏、练习题和思考题贯穿在网站中，让学生可以通过充满乐趣的学习过程更加深刻地理解学习内容，并得到高阶思维能力的训练。
强化知识学习过程中的思维训练。①创设情景，调动思维。用图片和文字为学生创设一定的情境，可以就此情境提出问题，也可仅提供充满矛盾的现象，从而引出新课，同时把学生带入到学习情境中，调动起学生的积极性和思维的活跃性；②设计游戏，锻炼思维。在玩游戏时，学生通常精神会更加集中，为了完成游戏中设定的任务，他们需要不断尝试与思考，在此过程中，学生的分析、评价与创造能力得到锻炼，从而使高阶思维能力得到发展；③提出问题，激发思维。网站在提供的教学内容中随即提出相应的问题，以激发学生思考。要解答这些问题，仅靠回忆知识是不行的。学生需要通过分析、比较、联想等多种思维过程才能得出答案。如果学生因当前思维水平不足而不能得出正确答案，那么教师就可以一步一步启发学生，帮助学生学会分析问题；④整合知识，强化思维。清楚知识点之间的关系、将所学知识梳理成一定的结构是发展思维的重要过程，网页的制作应注重将前后知识相互联系作为一个整体呈现给学生，从而让学生对所学知识有整体性和系统性的认识，帮助其形成坚实的知识基础，以便为发展高阶思维能力打下基础。
利用动画模拟教学任务环境。提高小学生完成教学任务的操作性，亦即保证教师提出的教学任务的有效性。网站中应提供模拟教学任务环境的游戏，从而保证学生投入精神地去完成教学任务，模拟的教学任务能够使一些原本操作性不强的练习题变得可操作，从而充分发挥思维训练的机会，让学生的高阶思维能力得到锻炼。
（2） 网站框架结构。"保护我们的消化器官""饮食和健康""水——人体最重要的营养素"三个专题学习网站的框架结构类似，每个网站主要包括情境导入、学习园地、拓展资源、交流天地与思考练习五个模块。
2.教学实施策略
（1） 注重教学内容分析与教学活动设计策略。对教材的分析中，我们发现有一部分属于记忆性的内容，另一部分是经过高度概括、总结和探索得来的，具有一定的概括性和抽象性，要想培养学生的高阶思维能力，就要充分把握具有概括性和抽象性的内容。在把握内容特点的基础上，根据内容设计教学活动，让学生动手、动脑，通过探索与思考来掌握知识，锻炼思维。
在教学内容的安排方面，我们不追求课堂的知识容量，而是关注知识点的逻辑性和启发性，强调对有限的重要内容进行深入理解和分析，并在此基础上设计丰富的教学活动，从而在课程教学与学习的过程中，充分提供锻炼学生的分析、评价与创造能力。
下面就以"保护我们的消化器官"这课为例，对教学内容与教学活动进行分析：
（2） 问题、任务设计策略，教育论文《网络科学课堂中培养高年级学生高阶思维的策略研究》。问题或任务设计是锻炼学生思维能力的本质因素，无论是在学校课程教学中培养学生的高阶思维能力，还是在专门的思维训练课程中培养学生的高阶思维能力，创造让学生深入思考的机会是必需的，只有调动了学生的思考，才能达到培养高阶思维能力的目的。
在科学课的学习过程中，学生往往需要观察各种现象、分析收集到的资料、针对现象提出猜想、设计实验去验证猜想或寻找答案等，如果教师能够精心设计教学过程，并对学生给予恰当的引导，学生的高阶思维能力将会受到良好的训练。因此，研究小组特别重视教学问题和任务的设计，尽量针对教学内容提出一些问题引发学生思考，所提出的问题不一定需要学生按照探究学习的操作步骤去做才能回答，而是重在调动学生的思维，它侧重内在的学习过程，而不是行动上的学习过程。
下面就将《保护我们的消化器官》这课中的问题、任务设计汇总如下：
3.多元评价策略
课题小组成员们对小学生的认知特征和心理发展进行了分析，小学生的学习动机主要是来自于外部动机，学习力的保持比较短。为了保证教学的效果，在课堂上更需要比较频繁的评价以激励和促进学生学习。我们在课堂上采用了多元评价的方法，从各个侧面对学生进行评价，激发了他们的学习兴趣。
（1） 评价方式的多元化。本课题研究的是网络环境下的课堂策略，因此通过搭建的专题学习网站，为学生们提供协作交流和展示作品的工具，帮助学生通过合作、讨论、写作构建等方式，让他们进行诊断性和总结性评价。
通过讨论活动，孩子们把自己的学习收获与大家进行分享，经过相互分享和知识碰撞，相互评鉴和反思，能有助于学生对知识形成新的观点，对知识的认识更加透彻和全面。在活动过程中，培养了学生高阶思维中的批判性思维和创造性思维，并充分发挥评价的诊断与促进作用。因此，我们采取了由学生通过留言板和以电子小报的分享成果的形式，将学习自主权交还给学生，充分调动学生的学习积极性与主动性，由学生自己去发现、诊断、总结。
利用BBS开展诊断性评价。借助网络环境下教学的特点，在学习网站中搭建了BBS留言板作为交流的平台，学生可将自身的看法和体验用图文并茂的形式，与同伴们进行充分的交流和分享，这样可以将学习的问题多角度、多方面地呈现在学习者的面前。学生通过这种方式最后能形成对问题的立体性的共识。在此过程中，教师用平等的身份参与到学生的讨论中，向学生提出自己的意见，对学生给予适当的指导。此评价方式有利于培养学生的批判性思维、合作精神和高级认知能力的发展。
利用学生电子作品开展总结性评价。利用网络环境和学生信息技术优势，以小组为单位让学生形成最终的学习成果，并进行上传、互评、展示、点评等，对学生进行分级平等，验明学生学习的达成度。
（2） 评价主体的多元化。评价主体的多元化在实际教学中得以体现。我们采用了教师评价、同伴互评、自我评价等方式进行。教师根据学生各自不同的特点进行个性化的指导，因材施教，采取有效的方式来评价不同个性的学生的进步，让每个学生对学习都充满信心。同伴评价中，利用同伴的力量发挥互助合作与知识共享的精神，达到改进学习的目的。网络环境下的，学习者有了更多的机会进行交流和互动，不受空间和时间的限制。再者，学习者相互熟悉，对同伴的能力和进步是最有发言权的。自我评价对于学生的反思能力会有一定的促进作用，学生通过评价自己的学习，将过去与现在进行比较，能够更加清晰地认识自己的知识掌握程度。
4.形成测量工具
此课题研究是以培养小学生高阶思维能力为目标的策略研究。根据课题组一线教师对高阶思维能力的理解，在教学一线的教学中形成了一套卷面测量工具。
（1） 测量工具的主要作用：用于测量研究对象高阶思维能力方面的发展。
（2） 测量工具的设计考虑：本次实验的研究过程都是在教学一线进行的。因此，我们考虑的测量工具都是教学一线能够实施的，便于操作、分析的内容和方法。根据高阶思维能力培养的表现特征，相对应地设计了卷面测量题目。
（3） 测量工具的主要内容：主要是针对科学课的一些常规性的知识，并将根据知识维度进行测试，最后形成分析成果。测量题目的类型也比较多，有些用的是调查形式，还有些用的是测验形式。
（4） 测量工具的使用：通过卷面测量工具在研究对象中使用，并对其结果进行统计和分析，进而相应地分析策略使用对学生在高阶思维能力发展。
（二） 实验过程的实施
本实验以广州市芦荻西小学五年级（4） 班为研究班级，对研究班采取信息技术支持的教学。实验班的教室配有计算机网络，每位学生拥有一台多媒体计算机，如图2是广州市芦荻西小学实验班的教学环境，在研究班的教学过程中运用了专门开发的专题学习网站。
研究教学的内容来自教育科学出版社出版的义务教育课程标准实验教材小学科学五年级（上册），教学内容围绕健康生活展开，重点包括"保护我们的消化器官""饮食和健康"以及"水——人体最重要的营养素".
研究前后，同时对研究班的学生进行高阶思维能力测试，测试题的前测和后测题目相同，包括多项选择题、简答题和实验设计题。
（三） 前后测
在实验开始和结束后，对研究班进行了高阶思维能力测试，测试成绩的统计与分析如表6所示。
从表中可以看出研究班级高阶思维能力前测的平均分是75.36,离散程度是16.41,后测的平均分是81.50,离散程度是10.28,通过计算得出t 值是5.591,查t 分布表可知，研究前后的高阶思维能力测试存在着显著的差异。
（四） 实验对象的心理倾向调查与分析
高阶思维能力测试的结果表明，在课堂教学中采用信息技术手段可以提高学生的高阶思维能力。除了这一结果，课题小组还想更加深入地了解学生对信息技术应用心理倾向等相关信息。为此，在研究结束后，课题小组成员对研究班的学生进行了《多媒体课件的应用情况调查问卷》。
此次调查采用问卷调查法，实验班有34名学生，发放问卷34份，收回问卷33份，回收率为97%,其中有效问卷32份。
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