为了找出思维发展型课堂的核心特征，赵国庆对儿童哲学（Philosophy for Children）、认知加速（Cognitive Acceleration）、工具丰富（Instrumental Enrichment）、思维导图（Mind Mapping）、柯尔特思维训练课程（CoRT）和激活儿童认知技能（ACTS）等经典思维教学程序进行了深入分析和比较，发现这些思维教学程序都具备以下特征：（1）坚实的理论依据；（2）丰富的思维教学情境；（3）多样化的潜在认知冲突；（4）显性化的思维技能运用；（5）促进思维技能的迁移；（6）有效激发学生学习动机与态度[31]。对于思维发展型课堂来说，思维能力发展依托于丰富的问题情境，发生于潜在的认知冲突，依赖于思维技能的显性化，并在举一反三的变式运用中实现迁移。因此，本文认为问题情境、认知冲突、可视化（显性化的有效手段）与变式运用是思维发展型课堂的四大核心要素。
（一）问题情境是思维发展的依托
情境理论认为，知识是情境性的，学习是知识与情境动态相互作用的过程[32]。思维是对知识的组织和加工，脱离具体的问题环境，思维能力难以真正形成，即使形成也毫无用武之地[33]。好的问题情境可以充分激发学习者的学习动机，成为思维发展的依托。马扎诺在其提出的人类行为模式图（如图1所示）中指出：自我系统是人类学习的“总开关”，个体在面对新任务时，首先由自我系统对任务进行重要性、自我效能感以及情感反应检查并形成总体动机，从而决定是否接受新任务，只有通过了自我系统这一“总开关”，个体才会调动自身的元认知系统和认知系统来加工处理相关信息[34]。因此，创设的问题情境正是影响学习者进行自我系统预判的重要依据。当问题情境不足以激发学生的学习动机时，学习者自我系统的大门也就不会被打开，知识的学习都难以进行，思维发展也就更无从谈起。
秉持心理学研究取向的情境认知理论和秉持人类学研究取向的情境学习理论眼中的“情境”有所不同，前者认为“情境”应该是“为认知发展人工创设的工具性情境（也叫实习场）”，后者认为“情境”应该是“让学习者参与实践的真实、自然、日常的社会情境（也叫实践共同体）”，其核心差别在于“情境”是虚拟的还是真实的[36]。课堂教学中的“情境”不可能是完全真实、自然、日常的社会情境，更多的是人工创设的工具性情境。由于相对真实的生活化情境更有利于学习的发生，所以教师在创设工具性情境时也要让这些情境尽可能接近真实、自然和日常。
（二）认知冲突是思维发展的根本原因
认知冲突是指认知发展过程中原有认知结构与现实情境不符时在心理上所产生的矛盾或冲突[37]。面对新知识或新问题，学习者能利用已有知识经验去解决时，心理上处于一种平衡状态。一旦当学习者发现用已有的知识经验无法解决、或新知识与已有知识经验不一致时，认知冲突就产生了。例如，在小学生在学习“分数”之前，学生认知中只有像1、2、3这样的整数能表示数量。课上让学生“数西瓜”，整数的西瓜学生都能轻松数出，但当呈现半个西瓜时，学生就无法用已有知识解答了，认知平衡被打破导致内心处于一种不协调的状态，这就是认知冲突。
认知冲突最早出现于皮亚杰的认知发展理论中的“认知不平衡”观点。皮亚杰认为：“个体的认知发展是在认知不平衡时通过同化或顺应两种方式来达到认知平衡的，认知不平衡有助于学生建构自己的知识体系”[38][39]。美国社会心理学家费斯廷格的认知不协调理论也对认知冲突进行了描述，该理论认为：人类需要内在的一致性，在出现认知不协调时会不断调整建构新的认知以求得心理上的和谐[40]。《论语》里“不愤不启，不悱不发”中的“愤”和“悱”精准地刻画了认知冲突产生时学习者的状态——“心求通而未能，口言语而不得”，这种状态能够帮助迅速打开“自我系统”这一学习的大门，并进一步激发学生主动思考和建构，促进意义学习的发生。
唯物辩证法认为，矛盾是事物发展变化的根本原因，外因是事物发展变化的条件，内因是事物发展变化的根据，外因通过内因才能起作用。对学生学习来说，教师、教材和教学环境都是外因，只有学习者脑中产生的认知冲突是内因。可以认为，没有认知冲突就没有学习的发生，更不可能有思维的发展。
（三）可视化是思维过程和思维结果的显性载体
思维可视化也常常被称为“让思维看得见（Making Thinking Visible）”。可视化的实质是将人们的思维过程和思维结果（隐性知识制品）以某种方式呈现出来，形成能够作用于人的感官的外在表现形式（显性知识制品），从而促进两个或两个以上人之间的知识创造与传递[41][42]。
思维可视化的客体可以是对象、对象的属性或者对象之间的关系，但最大的价值还是体现在对对象之间关系的表征上。广义的思维可视化形式可以是语言、文字、图像或动画，本文提及的思维可视化是狭义的可视化——以表征关系为主的可视化，比较典型的关系可视化工具包括概念图、思维导图和思维地图（也叫八大思维图示法，由8种图示组成）[43]。赵国庆以思维导图这一典型思维可视化工具为例，从意义学习理论、认知负荷理论以及卡皮克记忆理论等角度分析了可视化的原理和价值。从意义学习角度看，思维导图等可视化认知工具实现了学习者新旧知识之间的连接，促进了有意义学习的发生；从认知负荷理论看，可视化通过将小的组块组装成大的组块，在工作记忆容量有限的情况下加大了加工处理的信息量，降低了大脑的认知负荷；从卡皮克记忆理论提出的“重复提取胜过细化学习”的观点看，与普通的文本阅读和理解相比，绘制思维导图等可视化过程包含了更为丰富的提取过程，能够更清晰地帮助人们认识到知识间的“缝隙”从而有意去“填平”这些“缝隙”[44]。因此，在课堂任何可能的地方都要努力实现思维的可视化，学生思维的可视化让教师了解学生的想法，教师思维的可视化也让学生能够清晰看到教师的想法。
（四）变式运用是促进思维迁移的有效手段
学习迁移（简称迁移）是指“已经获得的知识、动作技能、情感和态度等对新的学习的影响”[45]。“举一隅不以三隅反，则不复也”是对学习迁移的最早论述，其含义是“如果教给学生一个方面，他却不能以此来说明更多的方面，就不再教他（她）了”。如果学习的知识不能迁移，那么学习就失去了价值。
关于迁移的理论较多，比较有影响力的当属奥苏贝尔提出的认知结构迁移理论。奥苏贝尔认为，对新学习产生影响的不只是两个学习之间的相似性，贮存在个人长时记忆中的认知结构变量更为重要，认知结构是产生迁移的重要中介，原有认知结构的清晰性、稳定性、概括性、包容性、连贯性和可辨别性等组织特性都始终影响着新的学习的获得与保持[46][47]。
变式教学思想被认为是我国数学教育思想的精髓[48]。变式可分为概念性变式和过程性变式两大类[49-51]。概念性变式依托变异理论，目的在于通过对概念的多角度理解促进对概念的确切掌握，可以进一步划分为包含本质属性的概念变式和有某些共同的非本质属性但似是而非的非概念变式，前者用来引入概念和突出概念的本质属性，后者用来解释概念的对立面从而明确概念的外延[52-54]。过程性变式是顾泠沅基于最临近发展区理论和脚手架理论提出的新概念，是指借助有层次的活动推进促进活动经验的增长[55-57]。过程性变式的提出将教学变式从概念教学推广到活动经验的教学[58-60]。变式教学思想的理论体系如下页图2所示。
尽管变式教学源于数学教学，但其思想方法既适用于物理、化学等自然科学学科，也同样适用于政治、历史等人文学科。变式教学形式上是在对知识进行有层次的深入加工，在习得知识的同时提升了知识加工的能力（思维能力）。可以认为，变式教学是思维教学（特别是促进思维技能迁移）的有效手段，其中概念性变式有助于学生对思维技能方法的准确、透彻把握，过程性变式有助于思维技能方法在不同场景间的应用迁移。
四、思维发展型课堂的教学设计五步法
为指导中小学教师设计和实施思维发展型课堂，在思维训练三阶段理论[61]的基础上，我们进一步提出指导教师设计思维发展型课堂的教学设计五步法（如图3所示），它们分别是：（1）教学目标设定——即设定课堂教学的目标，特别要突出课堂承载的思维训练目标；（2）问题情境创设——即创设一个富含认知冲突的教学情境，从而引发学生的思维发展；（3）隐性思维显性化——在知识相对碎片化的环节，要引导学生通过思维可视化工具对碎片化知识进行有效梳理，让学生生成“知识大图景”的同时并明确具体知识在大图景中所处的位置；（4）显性思维工具化——在需要学生深入分析的环节，适时引进思维策略工具作为思考的支架；（5）高效思维自动化——要通过设计概念性变式或过程性变式实现学生对知识点的多角度理解和应用迁移。从知识学习的角度看，这五步是知识深加工从而活化知识的过程；从思维训练的角度看，这五步也是运用思维技能并促进思维技能内化的过程。为了方便教师理解和记忆，我们将教学设计五步法编成顺口溜“思维目标要记牢—认知冲突不能少—思维图示理思考—适时工具来引导—变式运用火候到”。下面对这五步分别进行论述。
（一）思维目标要记牢
马扎诺将学习定义为思维系统作用于知识系统的过程[62]。在思维发展型课堂的教学设计中，不仅要设定知识系统的目标，还要清晰地设定课堂应该达成的思维系统的目标。根据前面对思维发展型课堂的定义，思维系统的目标可以体现为新思维技能的习得、已知思维技能的巩固和迁移以及应用已有思维技能对知识系统进行的更深入加工。
不同的教育目标分类体系将思维归入不同的子类中。我国基础教育课程标准提倡的“三维目标”将思维包含在“过程与方法”中，这体现了教学目标的重心要从单方面突出“知识与技能”“理解与记忆”的“显性学力”向突出“思考力和问题解决力”的“隐性学力”转移[63]。遗憾的是，由于“过程与方法”并没有显性定义“思考力和问题解决力”的内涵，也没有给出“思考力和问题解决力”的具体教学方法，从而导致了实践过程中思维技能教学大多停留在表面，其迁移运用更是严重被忽略。
布鲁姆教育目标分类学修订版（也被称为安德森认知目标分类学）把认知领域目标分为“提取”“领会”“应用”“分析”“评价”和“创造”六个层次[64]。人们通常认为，“提取”“领会”“应用”属于低阶认知（思维）目标，“分析”“评价”和“创造”属于高阶认知（思维）目标[65]。马扎诺新教育目标分类学把思维系统划分为认知系统、元认知系统和自我系统，其中认知系统又进一步划分为提取、领会、分析和应用四个层次[66]。两个分类学也都进一步给出了每一个层次目标的具体思维形式，如布鲁姆将“领会”进一步细化为转化、解释和推断，马扎诺将“领会”进一步细化成匹配、分类、差错分析、归纳和演绎[67]。具体实施时，又有大量的思维工具（含思维可视化工具和思维策略工具）来帮助这些思维过程的实现，如分析的过程就有包括三维分析法、目标分析法、结果分析法、可能分析法等在内的大量具体思维工具的支持[68]。在具体的教学目标设定上，教师可以根据具体情况设定合理的思维目标，如“学生能够运用三维分析法对朝三暮四这个成语进行分析”“学生能够对某一历史事件进行批判性思考”等。
要想实现思维发展的目标，教学目标的设定还要考虑到学习任务的挑战性和威胁性。根据其承载的挑战性和威胁性，任务可以分为“高挑战高威胁型”“高挑战低威胁型”“低挑战高威胁型”和“低挑战低威胁型”四种。脑科学研究发现，在这四类任务中，只有“高挑战低威胁型”任务有助于培养智慧的学习者，其余三类任务培养的则分别是急躁的、愚蠢的和冷漠的学生[69][70]。因此，在降低任务威胁性的同时，组合多个低挑战型任务为一个高挑战型任务就成为学习任务设计的关键。譬如，在讲授小学语文第二册《雨伞》一文时，若是挨个讲解字、词、句，就容易让课堂陷入碎片化。但若将任务修改为“用双气泡图（注：八大图示法中的一种，用于比较和对比）比较文中的两位主人公，分组讨论并汇报”就能在促进深入理解课文的同时实现书写和表达的多重目标。这也是破解“课堂时间不够用”难题的有效手段之一。
（二）认知冲突不可少
设计问题情境时，要考虑以下几点。第一，问题情境应当与学习者的当前认知水平相一致，过低或过高都会影响学习者对任务的难度预判。第二，问题情境应当结合实际生活设计（充分生活化），激发学习者解决问题的需要（或学习需要），提升他们对学习任务价值的认可，从而调动学习者的内部发展动机。第三，问题情境要聚焦目标、精准清晰，教师应当清楚地知道这个问题情境是在为哪个学习任务做铺垫、要达成什么学习目标，并应当在语言的表述上精准清晰，避免学习者认知资源的分散和浪费。
认知冲突是思维发展的起点，也是思维发展的必要条件。因此，在问题情境创设时要融入有价值的潜在认知冲突。在课堂上，潜在的认知冲突常常表现为新旧知识间、新知识与生活经验间、常规知识和特例间以及学生对同一问题的不同看法间的矛盾，在创设问题情境时要为这些矛盾的暴露提供充足空间。比较典型的设计认知冲突的方法有：（1）利用新旧知识间的矛盾点或差异点，如学习“百分数”时利用百分数和分数之间的差异点（有单位和无单位），学习“朝三暮四”时利用其与“朝秦暮楚”的不同处；（2）利用书本知识与生活经验的不一致，如生活经验中冬天感觉金属比非金属更凉，书本知识却说它们是等温的；（3）利用一般与特殊之间的不一致，如钝角三角形的另外两条高哪里去了？（4）利用学生反馈中的错误；（5）利用生生对话、师生对话中的不一致等。
（三）思维图示理思考
隐性思维显性化是指使用可视化认知工具（八大思维图示法、思维导图和概念图等）将思维过程和思维结果呈现出来，便于思考者自我整理和反思的过程[71]。认知负荷理论告诉我们，学习负担的根源不在于要学习的知识数量多，更在于知识的碎片化。为了降低学习者的认知负荷，最有效的方法就是通过思维图示对碎片化知识进行整理，建立知识间实质联系的同时缩减冗余信息。思维图示在帮助整理思考的同时，还把思考的过程和结果清晰地呈现出来，实现了隐性思维的显性化。这种显性化能够促进教师和学生、学生和学生以及学生与自己的对话，帮助他们及时发现思考的漏洞和错误，并进行有针对性的补充或更正。
学习的目的之一在于实现对知识的深度理解，而理解的本质就是在知识间建立实质关系。思维图示的表现形式是图，但其核心是图所代表的思维策略，借助思维图示进行知识整理的过程也是运用思维策略进行思考的过程。每一个思维图示背后都包含着一种或多种特定的思维策略，如八大思维图示法中的圆圈图表示的是联想，气泡图表示的是描述，双气泡图表示的是比较和对比，思维导图和概念图则是综合了多种思维方式的图示技术。选用不恰当的思维图示会大大影响知识间实质关系的建立，因而选择合适的思维图示也是教学设计的重要任务之一。例如，“鉴别相似与不同”被认为是最高效的教学策略之一[72]，学生可以通过构建双气泡图实现对两个相似概念或事件（如“朝秦暮楚”与“朝三暮四”）的深刻比较，也可以运用桥形图实现表面不相关但有某种隐性相似特征的概念或事物（如军队攻城与射线治疗癌细胞的相似性）之间的关系建立。在教学过程中，思维图示对思维的这种“整理”可以发生在教学导入环节，此时其角色是知识诱出（Elicit）工具；也可以发生在在教学中间环节，此时其充当的是知识深加工工具；还可以发生在教学总结环节，此时主要用作整理和反思（Sort Out and Reflect）工具。无论用在哪，思维图示对思维的梳理功能都是不变的。
（四）适时工具来引导
显性思维工具化是指运用思维工具对显性思维过程进行“引导”和“改造”的过程，通过有形思维工具的干预，打破已有低效或存在偏差的思维模式，逐步形成科学高效的思维模式[73]。思维工具具有多重含义，一是思维可视化工具，主要指各种思维图示；二是思维策略工具，主要用来引导分析问题的角度、帮助人们生成想法和创意，使得人们可以“跳出固有思考的框框”，创建不同常规的解决方案等，本环节中的思维工具主要指思维策略工具。
在教学中，可以根据具体的教学内容和目标适时选择合适的思维工具引导学生加工知识，通过对不同类型知识的加工实现对思维工具的更娴熟运用和对知识本身的更透彻理解。例如，在学习《西门豹治邺》时，可以引导学生运用“三维分析法”对西门豹的行为进行分析，找出该历史故事的积极因素、历史局限性及对当今为人处世的启发，这样就可以在拓展学生认知、促进对历史故事更深刻理解的同时强化对“三维分析法”这一思维技能本身的运用，从而迁移到更多的分析场景中去。又如，在学习《学弈》一文时，可以引导学生运用“因素分析法”找出影响学习的各种因素，然后应用优先分析法对其进行重要性排序，确定学生自己认为的影响学习的最重要因素，甚至还可以进一步让学生仿照《学弈》的逻辑对故事进行重构。这样就可以避免学生不经思考就去接受文中“学习要专心致志”这一简单结论，拓展对“学习的影响因素”这一问题的认识。
（五）变式运用火候到
高效思维自动化是指思考者通过大量实践练习，达到无需有意识选择就能自动运用思维工具的过程[74]。由于每一次的运用并不能涵盖某一思维技能本身的方方面面，还有可能因为思维技能本身的显性化程度不够导致其被湮没于知识之中，高效思维的自动化不能只靠简单的机械重复，而是要通过巧妙的变式设计，以尽可能少的重复次数实现思维技能的最透彻把握和最熟练运用。
在习得新的思维技能时，为了让学生精准地理解某一思维技能的内涵，可以运用概念性变式突出该思维技能的本质特征，必要时运用反例变式让学生识别思维技能的“似是而非”处，如批判性思维的核心内涵是“基于证据并运用推理去判断真伪”，而人们长期将其误解为“批评”和“否定”。在促进思维技能的迁移时，可以设计一系列从简单到复杂、从单一到综合的过程性变式，一步步拓宽思维技能应用的场景和加深思维的深度。教学过程犹如烧开水，火候不够开水就烧不开，半途而废是非常可惜的。在课堂教学中，时间不够导致的“水烧不开”是非常常见的，此时需要考虑的正是减少课堂教学目标覆盖的广度，聚焦更核心的知识并对其进行深度的加工。
