课外学习：通过定向越野活动培养空间思维能力和反思性思维能力以解决实际问题

《Thinking Skills and Creativity》：Out-of-school learning: Developing spatial thinking skills and reflective thinking skills for problem solving with orienteering activities

　　卡迪尔·卡拉特金|图兰·伊吉特
土耳其卡斯塔莫努大学教育学院，卡斯塔莫努

摘要
在当今的教育体系中，课外学习通过让学生将知识与现实生活联系起来，使学习更具持久性和意义。从哲学基础来看，课外学习在教育中占据着不可或缺的地位，例如夸美纽斯将学习与自然相联系的观点、卢梭强调儿童自主发展的理念，以及杜威以经验为基础的教育方法。然而，要使这一过程有效，教学活动必须按照特定的计划、方法和技术来进行。系统设计的活动有助于提升学生的学习成果，确保学习过程能够实现其目标。在此背景下，定向越野作为一种既符合课程要求又易于在课外学习环境中实施的有效的学习工具而备受瞩目。本研究旨在探讨定向越野活动对学生空间思维能力和反思性思维能力的影响，以及学生对这些活动的看法。研究采用了顺序混合方法，参与者为42名四年级小学生。数据收集通过空间思维能力测试、问题解决反思性思维能力量表以及半结构化访谈形式进行。定量数据通过SPSS软件的前后测功能进行分析，而定性数据则来自学生访谈，并通过内容分析法进行评估。研究发现，课外学习环境中的定向越野活动提升了学生的空间思维能力和问题解决的反思性思维能力。对实验组学生的访谈表明，定向越野活动趣味性强，能营造舒适且富有社交性的环境，增加学生对课程的兴趣和积极性，同时促进持续学习。因此，本研究通过强调定向越野在课外学习环境中培养空间思维能力和问题解决反思性思维能力的潜力，为技能发展研究做出了贡献。

引言
教育应帮助人们适应所生活的空间与时代。因此，现代人需要培养21世纪所需的解决问题能力，同时还需掌握直接或间接支持这些能力的反思性思维和空间思维能力。定向越野是一种可在课外学习环境中轻松运用的寻路运动，为教师提供了培养这些能力的良好机会。通过课外学习，理论知识可通过体验和社会互动获得实际意义，从而实现更丰富的学习效果（Akta?, 2022）。

解决问题是基于已知信息寻找未知信息的过程（Polya, 2018）。这里的未知信息即需要实现的目标，因此解决问题本质上就是努力达成目标的进程（Schunk, 2025）。实现目标需要一系列认知过程，其中解决问题的基本认知过程包括表征、计划、实施和监控（Mayer, 2019）。波利亚在其著作《如何解题》中也提出了一个包含四个阶段的系统性问题解决模型：理解问题、制定计划、实施计划和监控。在这一过程中，空间思维能力和反思性思维能力是提升模型效率的关键要素。

空间思维，即对物体及其关系的心理可视化，在波利亚模型的前两个阶段——“问题理解”和“计划制定”中起着重要作用。空间思维通过心理建模将解决方案具体化，从而降低认知负荷，提高处理效率（Reid et al., 2022）。为理解一个问题，人们必须在心中构建并可视化问题各要素之间的空间关系（Uttal et al., 2013）。这种可视化方式能将抽象的问题结构具体化，从而帮助人们更好地理解问题。在计划阶段，人们可以通过心理模拟尝试不同的解决方案并选择最合适的方案。事实上，Reid等人（2022）和Medina-Herrera等人（2024）的实验研究表明，空间思维和空间可视化能力对问题解决能力有积极影响。

另一方面，反思性思维与波利亚模型最后的“监控”阶段直接相关（Stacey, 2022）。这一阶段并非仅仅检查是否找到了解决方案，而是分析所采用的解决方案的有效性以及从中可吸取的经验教训（Schoenfeld, 1985）。在这一过程中，人们会通过提问如“我为何用这种方式解决问题？还能尝试哪些方法？未来如何改进这一策略以应对类似问题？”等方式，更深入地理解当前问题，并通过这种元认知过程不断提升自己的问题解决能力（Lester, 1983）。多项研究也表明，反思性思维能力是问题解决过程中的重要因素（Akdemir, 2018; Hong & Choi, 2011; Pusmaz & Tav?an, 2019; Uygun & Bilgi?, 2018）。

定向越野要求使用地图和指南针找到特定目标，是一种能在户外开展的体育运动，它能培养学生的空间思维能力和反思性思维能力，进而提升他们运用这些能力解决问题。在定向越野过程中，学生需要分析不同路线以应对各种挑战，制定策略，并不断评估所采取的解决方案。Uzuner和Bekta?（2024）也指出，定向越野能培养决策、解决问题和合作学习等多种能力。Yi?it和Karatekin（2021）认为，定向越野能提升空间思维能力，并帮助学生将这些能力应用到日常生活中。这些研究都表明，作为一项基于自然的活动，定向越野是培养学生空间思维能力和问题解决反思性思维能力的有效工具。

随着对空间数据的获取、利用、分析和综合需求的增加，人们对空间思维能力的兴趣也与日俱增。这一趋势的背后原因包括地理技术的快速发展、生物多样性的丧失、城市化的蔓延，以及人们对能源和水资源等全球性复杂问题的空间层面认识的提高（Kerski, 2008）。美国国家研究委员会2006年的报告也起到了推动作用，该报告指出空间思维是科学发现的基础，对现代劳动力市场具有重要作用，同时在日常生活中也发挥着关键作用（NRC, 2006）。Solem等人（2008）的研究也表明，空间思维是日常生活中最常使用的地理技能。空间思维贯穿生活的方方面面，从为旅行打包行李到设计新房屋，从分析股票市场图表到地质学家研究山脉形态、化学家构建分子模型以及动物学家研究动物的觅食行为，无处不在（Hegarty, 2010）。尽管人们在日常生活中不断运用空间思维，但对其重要性的认识却相对较低。此外，人们往往难以清晰表达自己用于解决复杂空间问题的空间概念和思维过程。正因如此，空间思维是地理学及其他地球科学领域中亟需掌握的重要技能。Purwanto等人（2024）也强调，空间思维是地理专业学生必须具备的技能。另有研究指出，空间思维是科学、医学、技术、工程和数学等领域取得成功的重要因素（Uttal & Cohen, 2012; Newcombe, 2017）。

鉴于空间思维在众多学科中的重要性，教育工作者开始积极寻求能够提升学生空间思维能力的教育干预措施（Bednarz & Lee, 2019）。有人认为，空间思维是由多种技能组合而成的，对于解决日常生活中的问题非常有用，应在教育体系的各个层级加以教授（NRC, 2006; Kerski, 2008; Lee & Bednarz, 2009）。将空间思维能力融入教育环境，学生能够获得诸多益处，比如理解时空概念、提升协作能力、产生新的空间创意、增强问题解决能力，以及掌握空间技术（Balo?lu U?urlu & Alada?, 2015; Goodchild & Janelle, 2004）。尤其是空间思维，是一种核心的问题解决技能（Golledge et al., 2008）。美国国家研究委员会（2006）指出，如果教育机构不重视空间思维能力的重要性，未来一代人将无法在工作和生活中履行职责，因此建议有意识地教授空间思维。然而，目前课程设计中仍忽视了空间思维，这就凸显出建立空间思维教育模式的必要性（Jarv?s, 2011）。Gershmehl和Gershmehl（2007）指出，儿童用于空间推理的大脑结构在很早时期就已具备功能，此阶段的干预可为后续学习奠定基础。关于儿童的空间发展，学术界使用了“先天论”“皮亚杰理论”“维果茨基理论”等术语，还有“互动论”等其他理论。该领域的核心理论之一是皮亚杰的认知发展理论。皮亚杰和Inhelder（1967）认为，儿童的空间感知是通过与环境互动逐步发展的，其发展过程分为三个阶段：从拓扑空间到投影空间，再到欧几里得空间。维果茨基的社会文化理论则强调，空间思维是在社会互动和文化工具的支持下发展的（Vygotsky, 1978）。关于空间思维能力的实验研究日益增多（Carr et al., 2018; Flynn, 2018; Medina-Herrera et al., 2024; Julia & Antoli, 2015; Purwanto et al., 2024; Reid et al., 2022; Slattery et al., 2024）。因此，从传统理论到现代数字教育方法，空间思维一直是一个被不断关注并发展的技能领域。

为了适应21世纪的变化并满足时代需求，学生必须掌握的一项能力就是反思性思维能力（Syamsuddin, 2020）。反思性思维能力属于高阶思维能力之一（King et al., 2013）。这是一种通过质疑和评估来重构经验的技能。从历史角度来看，反思性思维的概念可以追溯到杜威（2022）的《我们如何思考》以及舍恩（1987）的《反思型实践者》。杜威认为，反思性思维是一个对知识和信念进行思考，并有意识地整理相关观点的过程。在这一过程中，个体会对所面临的问题进行分析、讨论和评估。舍恩则将反思性思维定义为一种学生通过自身的思想、态度、知识和能力来塑造某一主题或问题情境的过程。面对问题时，反思性思维会更加明显地显现出来（Shermis, 1992; K?z?lkaya & A?kar, 2009; King et al., 2013）。因为解决问题本身就是一个旨在改变特定状况的认知过程（Mayer & Wittrock, 2006），而反思性思维能力在这一认知过程中发挥着重要作用（Syamsuddin, 2020）。这种能力有助于人们仔细评估不同的解决方案，最终选出最合适、最有效的方案。反思性思维过程始于定义问题，接着是理解问题，最后是解决问题，其中包括聚焦、计划、生成解决方案、做出决策和评估等步骤（Sayg?l? & Atahan, 2014）。在这一学习过程中，重要的是在解决问题或探索不同视角时保持思考和质疑的态度，以逻辑为基础行事，评估现有知识，并批判性地审视整个过程（Dewey, 2022）。Y?ld?r?m和P?nar（2015）的实验研究结果表明，基于反思性思维的教学活动能够提升学生在地理学科中的学业成绩以及学习的持久性。其他关于反思性思维的实验研究也证明了这种能力在某些方面的有效性（Ekinci ?elikpazu & Erdo?an, 2020; ?zayd?nl?k, 2024; Sar?tepeci, 2017; Uygun, 2014; Ye et al., 2022）。

然而，反思性思维对儿童来说是一项极具挑战性的能力。因此，在教育过程中应采用支持性的方法和技术，帮助儿童培养这种高阶思维能力。因此，旨在培养高阶思维技能的教学应当减少不确定性、营造积极态度，包含实际案例，教授有效的学习策略，保持直接指导的时间简短，提出能引发新答案的问题，并提供即时的纠正性反馈（King等人）。为了让学生具备反思性思维能力，应优先选择以发展思维策略为重心的课程体系、教师可示范的反思实践、有助于提升该技能的课程内容以及多元化的评估方法（Sünbül，2010）。良好的学习环境以及在这些环境中开展的高质量教学活动，有助于提升学生用于问题解决的空间思维与反思思维能力。相关文献中提到，“户外教育”“户外环境教育”“校外学习”“户外学习”“课外学习”“校外体验”等都属于此类教育形式。校外学习的哲学基础源于夸美纽斯、洛克、卢梭、裴斯泰洛齐、福禄贝尔和杜威等思想家（Top?u，2017）。裴斯泰洛齐强调，孩子仅靠被动接受理论知识是不够的，还必须通过实践加以巩固，他认为最有效的老师就是大自然（Okur-Berbero?lu & Uygun，2013）。校外学习环境指的是学校边界之外、可用于教育目的的任何场所，如博物馆、科学与艺术中心、工厂、公园、虚拟环境等。在课堂之外开展的教育活动不仅能让学生通过实践与体验实现持续学习（Asmara等人，2018），还有助于个性化学习。校外学习为学生提供了自然环境，让他们能够通过近距离接触、实地观察、独立研究、数据分析及问题解决等方式来应对现实挑战（Seyhan，2020）。众所周知，基于传统课堂教学方法的教学容易让学生感到无聊，很快就会失去注意力。而利用校外学习环境则能丰富学习氛围，积极影响学生对课程的态度与行为，提升他们的学习动力与成绩（Lakin，2006）。此外，研究还表明，校外学习环境对学生的空间智力（Rahmat等人，2019）、空间定向能力（Peng & Sollervall，2014）、空间感知能力（Seyhan，2019，2020）以及空间思维能力（Akta?，2022；Seyhan & Delibalta，2024）都有积极影响。Reiss（2020）指出，校外活动能让学生在时空维度中移动，从而更好地理解地点与空间的概念。这样一来，个体与空间的直接互动与体验，就能通过强化其对空间及空间感知的认识，有效促进空间思维能力的发展。校外学习环境还能帮助学生解决他们所遇到的问题（Worth，2010；Bianchi & Feasey，2011）。Ayayd?n等人（2023）在实验研究中得出结论：学生在校外学习环境中开展的活动，不仅能帮助他们掌握学术知识，还能培养他们解决环境问题的能力。在教学过程中，与儿童日常生活相关的活动能帮助他们将已有知识与新知识联系起来，进而成为能够在生活中独立解决问题的人（Walker & Lofton，2003；Chin & Chia，2004）。研究还发现，学生在这一问题解决过程中也会提升反思性思维能力。因为反思性思维本身就涉及问题解决，它能鼓励学生追求自身兴趣，进而理解环境控制原理（Epstein，2003）。Alada?等人（2021）的研究表明，自然教育有助于提升学生用于问题解决的反思性思维能力。实验研究显示，校外学习环境会对多种变量产生影响（Doldur & Ertas-Kilic，2023；K?lemen & Temel，2025；Kucuk & Yildirim，2020；Yildirim & Dogru，2023；Turkmen等人，2023）。发达国家采用的新教育理念强调从幼儿阶段就开始开展户外学习活动（Rahmat等人，2019）。其中一种户外学习活动就是定向越野。定向越野是近年来日益重要的一项运动，也可被用于教育领域（Cui & Su，2013；Zach等人，2015；Yi?it & Karatekin，2021；Tosun & G?k?e，2021；Bao等人，2022）。定向越野是一种体育活动，参与者需要解读与特定地形相关的地图符号，同时运用空间感知、环境认知、分析思维和批判性理解等多种认知能力来完成任务（Wilson，2017）。有人将定向越野定义为一种兼具身体与认知价值的运动，类似边跑步边下棋（Bao等人，2022）。与其他大多数需要符合特定标准设施的运动不同，定向越野主要只需要一张地图（Midtb?，2014）。此外，相比其他运动，参与定向越野的人在空间认知方面也具有某些优势（Schmidt等人，2016）。其中最重要的优势就是能够提升个体的空间能力（Guzman, Pablos & Pablos，2008；Notarnicola等人，2012）。定向越野是一种功能性的教育工具，它能让学生在不同学科中获得以探索为基础的体验，在此过程中还能培养他们的决策、问题解决和协作学习等高级认知与社会技能（Kelly，2014）。定向越野过程为学生提供了一种整体化的体验，让他们将身体活动与认知策略相结合，在解决问题的同时享受乐趣（Kelly，2014；Schmidt等人，2016；Song等人，2021）。根据皮亚杰的理论，儿童对空间的感知是通过他们在空间中的行动实现的。皮亚杰认为，儿童的动作会与周围环境发生互动，先转化为动作行为，再变成内化行为，最终发展为操作性行为（Akarsu，1984）。总而言之，定向越野将皮亚杰“通过行动进行空间感知”的理论转化为实际应用，把身体活动转变为一种战略性的决策过程。通过建立地图与地形之间的对应关系，可以提升个体的空间思维能力，而路线追踪和目标控制等动态问题情境则能提高问题解决能力。在这个过程中，个体独立找到解决方案并监控自身策略的能力，使得反思性思维在整体体验中发挥核心作用。回顾相关文献，关于空间思维能力的发展（Gersmehl & Gersmehl，2007；Kerski，2008），以及GIS（Lee & Bednarz，2009；Madsen & Rump，2012；Kim & Bednarz，2013；Jo等人，2016）、纸质地图与数字地图（Collins，2018）以及虚拟地球仪（Mer?，2017）对空间思维能力的影响，已有大量研究。此外，也有研究探讨空间思维与STEM学科（Uttal & Cohen，2012；Newcombe，2017）、地理空间思维与空间能力（Ishikawa，2013）、数学（Harris，2021）、科学（Chen等人，2020）和地理学（Jo & Hong，2018）之间的关系，以及教师对空间思维的态度（Shin等人，2016；?anl?，2019）。还有研究针对与空间思维能力相关的量表进行了探讨（Lee & Bednarz，2012；Bednarz & Lee，2019；?anl?，2021）。在关于问题解决中的反思性思维能力的研究中，也有不少成果。在这些研究中，那些旨在确定并发展问题解决中的反思性思维能力的研究（Akdemir，2018；Alada?等人，2021）中，既有关于态度方面的研究（Güne? & Aybek，2018），也有探讨其与各类变量之间关系的研究（Altunta? & Eri?en，2021；Sara?o?lu & Kahyao?lu，2021；Sayg?l? & Atahan，2014；Uygun & Bilgi?，2018），还有开发测量工具的相关研究（K?z?lkaya & A?kar，2009；Can & Y?ld?r?m，2014；Hong & Choi，2015）。然而，文献检索中并未发现任何研究探讨定向越野活动在校外学习环境中对学生空间思维能力及问题解决中的反思性思维能力的影响。因此，研究定向越野在教授空间思维与问题解决中的反思性思维能力方面的作用，被认为是一个重要的空白。本研究旨在填补这一空白，为未来的相关研究提供指引。所以，我们的研究目的是探讨定向越野活动对学生空间思维能力及问题解决中的反思性思维能力的影响。为此，我们试图回答以下问题：•与实验组和对照组相比，四年级小学生空间思维能力测试的预测试与后测试得分是否存在显著差异？•与实验组和对照组相比，四年级小学生问题解决反思性思维能力量表的预测试与后测试得分是否存在显著差异？•四年级小学生对校外学习环境中开展的定向越野活动有何看法？针对这些子问题的假设如下：H1. 通过定向越野活动进行教学的实验组，其空间思维能力测试的预测试与后测试得分，与采用传统程序化教学的对照组相比，存在显著差异，且差异有利于实验组。H2. 接受定向越野活动教学的实验组与接受传统程序化教学的对照组，在问题解决反思性思维能力量表的预测试与后测试得分上，存在显著差异，且差异有利于实验组。研究模型本研究采用了解释性序列混合研究方法，旨在确定校外学习环境中的定向越野活动对学生空间思维能力及问题解决中的反思性思维能力的影响，并结合定性数据深入分析研究结果。解释性序列混合研究方法是指首先收集定量数据以解释定量结果，然后再收集定性数据（Creswell，2014）。在定量部分中，为了解决第一个子问题，即探究四年级小学生空间思维能力测试的预测试与后测试得分在实验组和对照组之间是否存在显著差异，我们采用了独立样本t检验。根据表2所示，实验组在空间思维能力测试中的后测试得分（X?post-test = 21.71）存在统计学上的显著差异。讨论本研究旨在明确校外定向越野实践活动对学生空间思维能力及问题解决中的反思性思维能力的影响。根据对研究第一个子问题的分析结果，实验组学生在干预后的平均空间思维能力得分明显高于对照组。在考察效应大小时发现，这些活动具有非常显著的效果。研究的局限性尽管本研究为相关领域做出了重要贡献，但也存在一些需要考虑的局限性。首先，研究持续时间是一个明显的局限。由于课程时间有限，整个研究只进行了两周，每周三节课。如此短的时间可能影响对长期效果的评估，进而影响研究结果的可靠性。未来的研究若能采用更长期的设计，或许能获得更准确的结论。其次，……结论与启示这项混合方法研究旨在探究基于自然的定向越野实践活动对学生空间思维能力及问题解决中的反思性思维能力的影响。定量研究结果表明，作为一种校外学习方式，定向越野显著提升了学生的空间思维能力以及问题解决中的反思性思维能力。由于定向越野是一项基于自然的活动，学生们因为觉得有趣而主动参与课堂活动，而且……数据获取情况数据可应要求提供。作者贡献说明Kadir Karatekin：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，可视化，验证，监督，方法论，研究实施，正式分析，数据整理，概念构建。Turan Yi?it：写作——初稿撰写，可视化，验证，方法论，研究实施，正式分析，数据整理，概念构建。利益冲突声明作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。