杜春燕

專家，是與新手相對(duì)應(yīng)的一個(gè)詞，專家思維即是與新手思維相對(duì)應(yīng)的概念。專家思維是心理學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)概念，起源于心理學(xué)家對(duì)國際象棋大師和新手進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。綜合不同研究，專家思維可以認(rèn)為是具有系統(tǒng)的記憶技能和知識(shí)圖譜，能夠從深層次原理角度進(jìn)行問題表征，以及靈活選擇成功的問題解決策略的一種思維方式。

專家思維與新手思維的主要差別在于他們的知識(shí)和知識(shí)結(jié)構(gòu)不同。專家具有本專業(yè)領(lǐng)域豐富的、結(jié)構(gòu)化的知識(shí)，且熟知這些知識(shí)在現(xiàn)實(shí)世界的適用條件；而新手頭腦中具有的更多的是零散的、碎片化的知識(shí)，且對(duì)于其適用情境并不了解。另外，專家和新手調(diào)用頭腦中的知識(shí)選擇解決問題的策略和程序也不一樣。專家已形成“知識(shí)—情境—問題解決”高度關(guān)聯(lián)的認(rèn)知模型，且具有高度的反思和調(diào)控能力；而新手則關(guān)注的是單一問題的解決，不能隨時(shí)調(diào)整認(rèn)知和決策過程。換句話說，專家思維的典型特征是大概念，即專家的知識(shí)是通過大概念組織的，反映了專家對(duì)學(xué)科的理解深度和應(yīng)用方式。

核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受相應(yīng)學(xué)段的教育過程中，逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終生發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格與關(guān)鍵能力，而關(guān)鍵能力的一個(gè)重要方面就是培養(yǎng)學(xué)生的問題解決和技術(shù)應(yīng)用能力。因此，專家思維是學(xué)生核心素養(yǎng)培育的基本內(nèi)涵，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際問題解決能力的關(guān)鍵。

在科技教育中，經(jīng)常提到的一個(gè)說法是“像科學(xué)家一樣思考”，那么科學(xué)家是如何思考的？怎么能夠?qū)W習(xí)到科學(xué)家的思考方式？其實(shí)“像科學(xué)家一樣思考”就是專家思維在科技教育中的具體體現(xiàn)，學(xué)生要學(xué)習(xí)的是科學(xué)家面對(duì)未知科學(xué)問題時(shí)，如何調(diào)用頭腦中的知識(shí)，分析、解決問題的思維方法。因此，專家思維是學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、實(shí)踐創(chuàng)新等核心素養(yǎng)的體現(xiàn)，每個(gè)學(xué)生都應(yīng)該具有一定領(lǐng)域的專家思維，學(xué)校各學(xué)科教育中都要加強(qiáng)專家思維的培養(yǎng)。那么，如何通過學(xué)校課程培養(yǎng)專家思維呢？目前的學(xué)科教學(xué)中更多的是傳授“專家結(jié)論”，大部分學(xué)生不了解這些知識(shí)結(jié)論是如何得到的，即使有些探究性學(xué)習(xí)，也由于學(xué)科限制等，涉及到的知識(shí)局限于具體學(xué)科具體單元，類似于“帶著鐐銬跳舞”，對(duì)于學(xué)生真正形成專家思維的幫助比較有限。

科技實(shí)踐活動(dòng)中專家思維的培養(yǎng)思路與策略

開展深度學(xué)習(xí)，激活惰性知識(shí)，奠定專家思維的知識(shí)基礎(chǔ)

研究表明，與以識(shí)記、復(fù)述知識(shí)等為特征的淺層學(xué)習(xí)不同，深度學(xué)習(xí)是學(xué)生想要理解，以及從學(xué)習(xí)內(nèi)容中提取意義這二者的結(jié)合。除了深度理解，深度學(xué)習(xí)還指向?qū)W生的實(shí)踐應(yīng)用和創(chuàng)造性解決問題能力的提升。因此，專家思維培養(yǎng)的第一步，就是要開展深度學(xué)習(xí)，激活學(xué)生已經(jīng)學(xué)過的各種知識(shí)，讓學(xué)生在頭腦中形成系統(tǒng)概念性知識(shí)，在遇到新的問題情境時(shí)能夠隨時(shí)調(diào)用這些知識(shí)。

科技實(shí)踐活動(dòng)課程的開展，就是將學(xué)生在各學(xué)科中學(xué)習(xí)到的惰性知識(shí)激活，創(chuàng)立使用這些惰性知識(shí)的真實(shí)情境，讓學(xué)生在真實(shí)情境中提取和整合頭腦中相關(guān)的知識(shí)和技能，也就是說讓學(xué)生知道在什么樣的情境下應(yīng)用學(xué)過的知識(shí)，在面對(duì)新的、陌生的情境時(shí)如何調(diào)節(jié)、修正頭腦中的知識(shí)，真正能夠?qū)W會(huì)將學(xué)過的知識(shí)和概念與真實(shí)世界情境建立關(guān)聯(lián)，形成理解世界的新方式，讓學(xué)習(xí)真正發(fā)生，奠定“像專家一樣思考和解決問題”的知識(shí)基礎(chǔ)。

以“新能源電池的設(shè)計(jì)與制作”項(xiàng)目為例，在發(fā)現(xiàn)制作的鋁空氣電池存在性能不穩(wěn)定需要提高電池性能時(shí)，教師提出驅(qū)動(dòng)問題，不是直接告訴學(xué)生哪些因素會(huì)影響電池的性能，而是設(shè)計(jì)了影響鋁空氣電池性能的因素的交流研討，旨在引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)以前學(xué)過的影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，如反應(yīng)物性質(zhì)、反應(yīng)溫度、濃度、時(shí)間、壓力等知識(shí)，提煉出可能影響鋁空氣電池性能的因素，然后讓學(xué)生進(jìn)行猜想并說明理由。在充分討論的基礎(chǔ)上，提煉出電解質(zhì)類別及濃度、鋁電極的形態(tài)、空氣電極的形態(tài)、電池的組裝方式等影響因素。這就是讓學(xué)生將之前學(xué)過的知識(shí)應(yīng)用到新的實(shí)際問題情境中，建立知識(shí)與真實(shí)世界的聯(lián)系。

以大概念設(shè)計(jì)科技實(shí)踐活動(dòng)課程，構(gòu)建優(yōu)質(zhì)知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)專家思維

如何設(shè)計(jì)科技實(shí)踐活動(dòng)課的主題內(nèi)容與目標(biāo)，對(duì)于能否實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)專家思維的目標(biāo)至關(guān)重要。在中學(xué)階段，科技實(shí)踐活動(dòng)屬于綜合實(shí)踐活動(dòng)課程的一部分，沒有國家規(guī)定的課程內(nèi)容，可以參考的只有教育部發(fā)布的《中小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)課程指導(dǎo)綱要》，其給出的總目標(biāo)是“學(xué)生能從個(gè)體生活、社會(huì)生活及與大自然的接觸中獲得豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，形成并逐步提升對(duì)自然、社會(huì)和自我之內(nèi)在聯(lián)系的整體認(rèn)識(shí)，具有價(jià)值體認(rèn)、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、問題解決、創(chuàng)意物化等方面的意識(shí)和能力?！边@是個(gè)非常上位的目標(biāo)，科技實(shí)踐活動(dòng)課程的目標(biāo)與其中“問題解決”的目標(biāo)更吻合，也就是“能在教師的引導(dǎo)下，結(jié)合學(xué)校、家庭生活中的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)并提出自己感興趣的問題。能將問題轉(zhuǎn)化為研究小課題，體驗(yàn)課題研究的過程與方法，提出自己的想法，形成對(duì)問題的初步解釋?！碑?dāng)然，這個(gè)目標(biāo)也是比較上位的。具體教師如何引導(dǎo)，如何引導(dǎo)學(xué)生將問題轉(zhuǎn)化為可以研究的小課題，筆者認(rèn)為需要教師以大概念的理念設(shè)計(jì)課程（活動(dòng)）主題。

項(xiàng)目式課程或者STEAM 課程等其實(shí)更多是一種課程的組織形式，再繼續(xù)挖掘，大概念其實(shí)是其他學(xué)科一直在倡導(dǎo)的大單元、整體教學(xué)的更高階的表達(dá)。布魯納曾指出：“無論教師教授哪類學(xué)科，一定要使學(xué)生理解該學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)，有助于學(xué)生解決課堂內(nèi)外所遇到的各類問題。掌握事物的基本結(jié)構(gòu)，就是以允許許多別的東西與它有意義地聯(lián)系起來的方式理解它，學(xué)習(xí)這種基本結(jié)構(gòu)就是學(xué)習(xí)事物之間是怎樣相互關(guān)聯(lián)起來的?！睂＜覟槭裁茨軌蚪忉尣⒔鉀Q問題？學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，專家之所以不同于新手，不是他們積累的知識(shí)量有多大，更重要的是他們掌握知識(shí)與知識(shí)之間的關(guān)系，以及知識(shí)與現(xiàn)象、與情境的關(guān)系。由于掌握了這些關(guān)聯(lián)性，科學(xué)家能夠更深刻地理解知識(shí)的意義，清楚知識(shí)可使用的情境。當(dāng)面臨新問題時(shí)，專家能熟練提取與具體任務(wù)相關(guān)的知識(shí)，也就是科學(xué)家的知識(shí)能方便調(diào)取、組合與應(yīng)用。因此，研究認(rèn)為，科學(xué)家頭腦中結(jié)構(gòu)化的知識(shí)是“圍繞重要概念而聯(lián)系和組織起來的”，也就是我們說的大概念。

基于上述背景，我們可以看出，科技實(shí)踐活動(dòng)課程是特別適合讓學(xué)生學(xué)習(xí)“如何像專家一樣思考解決問題”、培養(yǎng)專家思維的一門課程，面對(duì)生產(chǎn)生活實(shí)際情境中的真問題，教師要引導(dǎo)學(xué)生首先提取頭腦中已有的概念和知識(shí)，然后圍繞核心問題將相關(guān)概念與知識(shí)串聯(lián)起來，綜合解決這個(gè)問題。

科技實(shí)踐活動(dòng)的大概念不同于某學(xué)科的大概念，涉及到更多跨學(xué)科領(lǐng)域，因此需要教師掌握更高層次的大概念及相關(guān)概念的關(guān)系。比如關(guān)于新能源的主題，其背后的大概念就是“當(dāng)事物發(fā)生變化或者被改變時(shí)，會(huì)發(fā)生能量的轉(zhuǎn)化，但是在宇宙中能量的總量總是不變的”，也就是物質(zhì)與能量的大概念?；谶@個(gè)大概念，學(xué)生才能夠真正理解為何要發(fā)展新能源、如何發(fā)展新能源等問題，再具體到詳細(xì)的子概念，引申到學(xué)生化學(xué)上學(xué)習(xí)的電化學(xué)，物理上學(xué)到的電路、萬用電表等相關(guān)知識(shí)和工具，學(xué)生才可能真正理解如何設(shè)計(jì)一個(gè)新型電池并測試其性能。

重視學(xué)生的交流與表達(dá)，培養(yǎng)故事力，實(shí)現(xiàn)專家思維的轉(zhuǎn)化

故事力被認(rèn)為是決勝未來的能力，其包含了邏輯結(jié)構(gòu)、語言組織、人生經(jīng)歷、情商、人際交往能力、想象力等六大多種因素的綜合性能力，這種能力不僅在文學(xué)作品創(chuàng)作中具有重要意義，對(duì)于科學(xué)的傳播和普及也非常重要。我們聽過很多講座，有些講座的專家講得非常好，可以深入淺出地將高深的科學(xué)研究用通俗易懂的話講出來；也有些講座人只能就事論事，聽起來就有些枯燥。真正具有專家思維的人，其實(shí)都有很強(qiáng)的故事力，能夠?qū)⒖茖W(xué)研究發(fā)現(xiàn)的過程與涉及的科學(xué)原理深入淺出地講出來，需要調(diào)用儲(chǔ)存的系統(tǒng)知識(shí)結(jié)構(gòu)，這也是專家思維的體現(xiàn)。

因此，在科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中，我們要重視學(xué)生的交流與輸出，培養(yǎng)學(xué)生的故事力。中學(xué)生參加的科技實(shí)踐活動(dòng)和探究項(xiàng)目，除了按部就班的實(shí)驗(yàn)操作和技能外，最重要的是讓學(xué)生學(xué)到科學(xué)研究的思路與方法，也就是如何解決一個(gè)問題的方法。只有讓學(xué)生用自己的語言講述出來，我們才能知道學(xué)生到底掌握了多少。在結(jié)題匯報(bào)之前，學(xué)生更多輸出的形式是提交論文、實(shí)驗(yàn)記錄等文字材料，只有一部分參加比賽需要答辯的學(xué)生才作了口頭報(bào)告，而大部分學(xué)生沒有口頭報(bào)告，所以導(dǎo)致結(jié)題階段學(xué)生進(jìn)行預(yù)答辯時(shí)完全是對(duì)著報(bào)告讀，不能夠轉(zhuǎn)化成自己的語言。指導(dǎo)教師需要重新帶領(lǐng)學(xué)生回顧一遍研究過程，學(xué)生才能慢慢理解為什么要做這個(gè)研究，選擇的什么原理和方法，具體如何做的，取得了哪些結(jié)果，又如何解釋這些結(jié)果等。

對(duì)于學(xué)生來說，參加科技活動(dòng)不僅僅是學(xué)一些相關(guān)的知識(shí)和技能，更重要的是學(xué)習(xí)如何在現(xiàn)有知識(shí)基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)新概念、新知識(shí)，并將這些新概念和知識(shí)應(yīng)用到解決一個(gè)具體的實(shí)際問題上。如何將學(xué)生這個(gè)學(xué)習(xí)的過程固化為自身本能，將科學(xué)家的問題解決思路轉(zhuǎn)化成自己的問題解決思路，從新手思維轉(zhuǎn)化為專家思維，需要學(xué)生不斷地輸出，說白了就是要不斷寫下來，用自己的話說出來。這也是我們要重視科技實(shí)踐活動(dòng)課程中學(xué)生的研究筆記、重視學(xué)生匯報(bào)的根本原因。

（本文為北京市西城區(qū)普通高中新課程新教材實(shí)施國家級(jí)示范區(qū)建設(shè)專項(xiàng)“基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的科技類綜合實(shí)踐活動(dòng)課程資源建設(shè)與案例研究”（SX2021Y142）課題成果）