拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)需貫穿基礎(chǔ)教育全過(guò)程，小學(xué)數(shù)學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生高階思維發(fā)展的基石，亟需構(gòu)建符合拔尖創(chuàng)新人才早期培養(yǎng)需要的教學(xué)模式。本文結(jié)合“人航熊（文創(chuàng)產(chǎn)品）在哪里”教學(xué)案例，探討“創(chuàng)設(shè)情境任務(wù)—融合學(xué)科知識(shí)—反思創(chuàng)新實(shí)踐”的跨學(xué)科游戲化教學(xué)的設(shè)計(jì)路徑，論證其對(duì)提升學(xué)生分析、綜合、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造等高階思維能力的有效性，為小學(xué)數(shù)學(xué)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供實(shí)踐范式。

一、創(chuàng)設(shè)情境任務(wù)，提升邏輯推理與分析能力

“人航熊在哪里”活動(dòng)以北師大版數(shù)學(xué)二年級(jí)《方向與位置》單元、科教版科學(xué)二年級(jí)《太陽(yáng)的位置與方向》為基礎(chǔ)，通過(guò)設(shè)置尋寶（人航熊）情境引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用基數(shù)、序數(shù)、方向概念等知識(shí)以及方向詞語(yǔ)和空間定位解決實(shí)際問(wèn)題。教師以校園環(huán)境為背景，設(shè)計(jì)了一條融合方向詞語(yǔ)（如東、南、西、北）、空間定位（如上下、左右、序數(shù)）以及科學(xué)學(xué)科中太陽(yáng)位置與方向關(guān)系知識(shí)（利用太陽(yáng)東升西落規(guī)律辨別方向）的尋寶線索。學(xué)生以5～7人為一組，分5個(gè)小團(tuán)隊(duì)，從不同初始位置出發(fā)，依次循著三條線索找到藏寶地點(diǎn)。

具體任務(wù)流程如下。活動(dòng)設(shè)置的第一條線索指向方向詞語(yǔ)與基礎(chǔ)定位。如“國(guó)旗桿下”小隊(duì)的首條線索為“向東走，啟航樓樓道口第2間教室”。學(xué)生需要準(zhǔn)確識(shí)別方向“東”，并結(jié)合科學(xué)學(xué)科中的太陽(yáng)位置與方向關(guān)系的知識(shí)（如上午時(shí)太陽(yáng)位于東方）驗(yàn)證方向的準(zhǔn)確性。在實(shí)際導(dǎo)航過(guò)程中，學(xué)生需觀察教學(xué)樓、樓道口等校園標(biāo)志物，運(yùn)用“第2間教室”的序數(shù)表達(dá)等空間定位概念規(guī)劃路徑。第二條線索指向空間概念。學(xué)生抵達(dá)啟航樓樓道口第2間教室后，發(fā)現(xiàn)第二條線索提示“向上走2層，盆栽下”。此任務(wù)要求學(xué)生理解“上”“下”的空間方位，并通過(guò)數(shù)樓層（涉及基數(shù)與序數(shù)的轉(zhuǎn)換）確定目標(biāo)位置。例如，學(xué)生需從當(dāng)前樓層開始計(jì)算“向上2層”，并精準(zhǔn)定位盆栽所在位置，訓(xùn)練空間感知與邏輯推理能力。第三條線索“向北走，從西數(shù)第3間教室窗臺(tái)上”，指向綜合方向與序數(shù)的復(fù)雜定位。學(xué)生需結(jié)合“北”的絕對(duì)方向與“從西數(shù)第3間”的相對(duì)序數(shù)定位，同時(shí)調(diào)用科學(xué)學(xué)科中太陽(yáng)位置與方向關(guān)系的知識(shí)輔助判斷。若活動(dòng)時(shí)間為上午，學(xué)生可利用“太陽(yáng)位于東方”的規(guī)律驗(yàn)證方向“北”的準(zhǔn)確性。

借助情境化的挑戰(zhàn)性任務(wù)，學(xué)生將抽象的數(shù)學(xué)概念理解轉(zhuǎn)化為行為表現(xiàn)。活動(dòng)線索從簡(jiǎn)單的方向詞語(yǔ)（如“向東走”）逐步過(guò)渡到復(fù)雜的序數(shù)定位（如“從西數(shù)第3間教室”），符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。這種遞進(jìn)式設(shè)計(jì)符合心流理論中“技能與挑戰(zhàn)平衡”的原則，能使學(xué)生始終處于最近發(fā)展區(qū)，有效調(diào)動(dòng)多元智能，從而為拔尖創(chuàng)新人才的早期培養(yǎng)提供支持。

二、融合學(xué)科知識(shí)，強(qiáng)化解決問(wèn)題能力

本案例設(shè)計(jì)采用兩門學(xué)科融合策略。一是數(shù)學(xué)與科學(xué)的顯性結(jié)合。學(xué)生在活動(dòng)中綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)“方向與位置”單元知識(shí)與科學(xué)“太陽(yáng)的位置與方向”單元知識(shí)，判斷線索指向的位置。學(xué)生需綜合應(yīng)用“東、南、西、北”概念與“太陽(yáng)東升西落”的規(guī)律判斷方向。特別是在第三條線索中，學(xué)生被要求“利用正午太陽(yáng)高度角縮小搜索范圍”，即通過(guò)測(cè)量影長(zhǎng)判斷時(shí)間，進(jìn)而確定方向。二是多學(xué)科知識(shí)的隱性滲透。在尋寶過(guò)程中，學(xué)生需綜合運(yùn)用以下多學(xué)科知識(shí)進(jìn)行判斷與合作，如：數(shù)學(xué)學(xué)科中的序數(shù)（如“第2間教室”）、基數(shù)（如“走2層”）、空間方位（如“上下左右”），科學(xué)學(xué)科中的太陽(yáng)位置與時(shí)間關(guān)系、自然現(xiàn)象觀察（如影子長(zhǎng)度變化），語(yǔ)文學(xué)科中的閱讀與表達(dá)能力（學(xué)生需要精準(zhǔn)解讀線索并與團(tuán)隊(duì)溝通）等。

跨學(xué)科整合是游戲化教學(xué)實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的重要策略。根據(jù)建構(gòu)主義理論，知識(shí)的跨領(lǐng)域遷移需通過(guò)“情境化錨定”（anchored instruction）實(shí)現(xiàn)。本案例中，數(shù)學(xué)“方向與序數(shù)”與科學(xué)“太陽(yáng)位置規(guī)律”的結(jié)合，正是通過(guò)“錨定問(wèn)題”（如利用太陽(yáng)方位輔助導(dǎo)航）促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)抽象概念的意義。游戲化學(xué)習(xí)中的跨學(xué)科設(shè)計(jì)能夠打破“惰性知識(shí)”（inert knowledge）困境，使學(xué)生在真實(shí)應(yīng)用中形成“適應(yīng)性專長(zhǎng)”（adaptive expertise）。從拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)考慮，跨學(xué)科能力是“T型人才”的核心特征，即兼具某一領(lǐng)域的深度（垂直能力）與多學(xué)科廣度（水平能力）。本案例中，“利用正午太陽(yáng)高度角縮小搜索范圍”等策略體現(xiàn)了對(duì)數(shù)學(xué)與科學(xué)知識(shí)的整合應(yīng)用。

三、反思創(chuàng)新實(shí)踐，深化評(píng)價(jià)與創(chuàng)造能力

本案例中，反思與創(chuàng)新環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)主要從兩方面體現(xiàn)。

一是開展團(tuán)隊(duì)即時(shí)反饋。尋寶活動(dòng)結(jié)束后，各小隊(duì)需進(jìn)行內(nèi)部反思，總結(jié)策略實(shí)施情況。教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)“優(yōu)勢(shì)—不足—改進(jìn)”框架進(jìn)行結(jié)構(gòu)化反思，并錄制視頻。如，某小隊(duì)在反思中發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)在尋寶過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)在于個(gè)別成員具有較強(qiáng)的方向感，能快速識(shí)別線索中的方向詞語(yǔ)，不足之處在于過(guò)度依賴這些成員，導(dǎo)致其他成員的參與度較低，整體效率下降；改進(jìn)措施是制定“分工解碼線索”的新策略，確保每名成員參與線索破解過(guò)程，提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作效率。還有小隊(duì)認(rèn)識(shí)到，隊(duì)員忽略了科學(xué)課中的“太陽(yáng)高度角”，下次游戲時(shí)應(yīng)提前復(fù)習(xí)相關(guān)知識(shí)。通過(guò)回顧反思，學(xué)生的評(píng)價(jià)與創(chuàng)造能力得以提升。

二是開展線索再設(shè)計(jì)活動(dòng)。首個(gè)完成任務(wù)的團(tuán)隊(duì)需重新設(shè)計(jì)藏寶線索，為后續(xù)小組設(shè)置挑戰(zhàn)任務(wù)。學(xué)生在此過(guò)程中不僅需調(diào)用跨學(xué)科知識(shí)，還需運(yùn)用發(fā)散性思維突破“固定路徑依賴”。例如，某團(tuán)隊(duì)將藏寶地點(diǎn)改為“火箭雕塑西側(cè)第3棵樹下”，并設(shè)計(jì)如下新線索：線索①為“正午時(shí)，影子最短的方向是正北，據(jù)此向南走至領(lǐng)航樓”；線索②為“從領(lǐng)航樓東側(cè)樓梯向上3層，尋找窗臺(tái)有藍(lán)色標(biāo)記的教室”；線索③為“該教室從北數(shù)第4張課桌抽屜內(nèi)藏有最終線索”。學(xué)生的這一設(shè)計(jì)不僅融入“影子長(zhǎng)度與時(shí)間關(guān)系”的科學(xué)知識(shí)，還增加了“顏色標(biāo)記”與“復(fù)雜序數(shù)”的數(shù)學(xué)挑戰(zhàn)。學(xué)生通過(guò)線索再設(shè)計(jì)將具體尋寶經(jīng)驗(yàn)抽象為通用策略（如“利用影子長(zhǎng)度判斷時(shí)間”），并通過(guò)新線索的主動(dòng)實(shí)踐，在行動(dòng)中反思、優(yōu)化問(wèn)題解決策略。學(xué)生設(shè)計(jì)新線索的過(guò)程需要“領(lǐng)域技能”（數(shù)學(xué)與科學(xué)知識(shí)）、“創(chuàng)造性思維”（非標(biāo)準(zhǔn)化解決方案）與“任務(wù)動(dòng)機(jī)”（競(jìng)爭(zhēng)與成就感）三者的協(xié)同作用。從拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)角度看，創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)直接指向“創(chuàng)造性產(chǎn)出”能力的培養(yǎng)。

（作者單位：劉姝君，王晨陽(yáng)，人大附中航天城學(xué)校；劉譽(yù)，北京大學(xué)教育學(xué)院學(xué)習(xí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室）

（本文系北京市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度延續(xù)課題“基于學(xué)習(xí)科學(xué)和游戲化學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)研究”的成果。課題編號(hào)：CEFA21067）