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什么才是高階思維？

文 / 馬淑風, 楊向東

華東師范大學教育學部教育心理學系

近年來，世界上多個國家和機構都將高階思維列為核心素養框架的核心內容 (European Union, 2018; Pellegrino & Hilton, 2013; 楊向東, 2020; 林崇德, 2017) ，在這樣的背景下，對高階思維的概念和內涵進行界定具有重要的理論意義和實踐價值。一方面，探討高階思維的內涵有助于研究者對高階思維所包含的認知成分和思維過程形成相對統一的認識，為進一步研究高階思維的發展規律和培養機制奠定理論基礎；另一方面，揭示高階思維的內涵有助于學校采取有效的教學和學習模式，開發能夠培養學生高階思維的課程，促進學生核心素養的發展。本文從高階思維現有的內涵理解出發，探討當前各種解讀中存在的問題，分析高階思維所包含的認知成分，結合相關的理論研究提出一個能夠解釋高階思維內涵的概念框架。與以往研究不同的是，本文提出的高階思維概念框架突出了“新舊知識關系建立”這一核心認知成分，并闡釋了其在高階思維中的重要作用。基于新的概念框架，本文闡述了真實情境中高階思維的發生機制，審視了該框架對教學模式和學習方式變革的啟示和意義。

對思維進行低階和高階的區分最早由美國認知心理學家布魯姆提出。在布魯姆的教育目標分類中，低階思維指的是知識的簡單記憶和復述，而高階思維則指向為達到某個目標而對知識進行組織或者重組的心理過程(Bloom & Krathwohl, 1956) 。除知識（knowledge）外，布魯姆還提出了五種不同類型的思維模式：領會（comprehension）、應用（application）、分析（analysis）、綜合（synthesis）和評價（evaluation）。處于“知識”這個目標之上的“領會”代表最基礎的認知，即個體能夠理解材料所傳達的信息。在“領會”之上的“應用” 則指向知識不經過重組的直接應用，即個體能夠在特定的、具體的場合運用抽象的概念和原理的能力。在布魯姆的分類中，“分析”“綜合”“評價”屬于高階思維，因為這三種能力是在領會材料內容的基礎上對知識進行分解、整合或是判斷的過程，都包含了知識的重新組織 (Brookhart, 2010) 。

Anderson et al. (2001)在2001年修訂了布魯姆的教育目標分類，將“知識”和“能力”這兩個維度進行了區分，并將原版中描述認知能力的名詞修改為動詞，以突出思維包含著“行動”這一內涵。新的教育目標分類包含了記憶（remember）、理解（understand）、應用（apply）、分析（analyze）、評價（evaluate）和創造（create）六個類別。與原分類相比，新的分類法弱化了六種思維模式具有層級結構的觀點，而是指出高階思維與“分析”“評價”“創造”所代表的認知能力密切相關(Brookhart, 2010)。在我國中小學課堂，這三種認知模式所代表的思維過程是教師們普遍認可并積極培養的高階思維能力。

布魯姆提出教育目標分類是在20世紀五六十年代。在這一時期，行為主義理論逐漸走下神壇，而以信息加工模型為代表的認知主義理論開始產生影響。信息加工理論主要研究人腦如何將外界輸入的信息通過感覺登記、編碼、復述和組織等認知策略存儲到記憶中，并在需要的時候進行提取，用以解決環境中遇到的問題(Atkinson & Shiffrin, 1968; Mayer, 1996)。布魯姆的教育目標分類在一定程度上反映了個體由于信息加工程度不同而產生的六種思維模式。這些思維模式具有累積性的層級結構，高層級思維的發展建立在低層級思維發展的基礎之上。修訂版的教育目標分類將認知過程分為知識（信息）和能力（加工方式）兩個維度，更加體現了信息加工理論的思想。

無論是行為主義理論還是早期的信息加工理論都把高階思維看成了一種靜態的、具體的認知行為，而非動態的、整合的認知過程。這一時期的高階思維研究大多在實驗室情境下進行，研究者給參與者提供一個認知任務，然后觀察其在任務中的表現。比如，在一項關于類比思維的研究當中，研究者提出了一個“輻射問題”，讓參與者找到一種方法使高強度的射線能夠摧毀患者胃中的惡性腫瘤，同時又不會破壞腫瘤附近的健康組織 (Duncker, 1945) 。研究設置了兩個情境：一個情境中參與者獨立解決“輻射問題”；另一個情境中參與者先解決“堡壘問題”，再解決“輻射問題”。這項研究的結果表明，在沒有接觸“堡壘問題”而是獨立解決“輻射問題”的參與者當中，只有8%的參與者提出了合理的解決方案；而在先接觸了“堡壘問題”的參與者中，有76%的人成功地解決了“輻射問題”(Gick & Holyoak, 1980) 。研究結果反映了先驗知識尤其是深層次、結構化背景知識對思維的重要性。

然而，相對于真實情境中的問題，實驗室情境下的認知任務與參與者的關聯度較低，參與者很可能缺乏相關的背景知識，或者即使具有相關領域知識，也無法在實驗規定的時間內進行有效地提取。在這種任務條件下所呈現的個體思維特征，無法真實有效地反映復雜思維的發生和發展過程，因為個體在真實情境中面對新異問題時首先會提取自己熟悉的且容易獲取的知識，而不是嘗試進行遠距離的遷移。與此同時，個體并非被動地接收外界信息進行編碼和存儲，而是主動地、積極地探索環境，在與環境互動的過程中持續地建構知識，拓展自我的認知邊界(Mayer, 1996)。

建構主義理論的代表人物皮亞杰認為，認知發展是個體與環境之間相互作用的結果(Piaget, 1952)。個體在與環境互動的過程中會不斷接收新的信息，這些信息有些會對已有的知識形成補充，有些則可能與先驗知識產生沖突，造成認知的不平衡。為了達到認知與環境刺激之間的平衡狀態，個體或者通過同化將新信息納入已有的認知方式中進行理解，或者通過順應來調整已有的認知方式以適應新的情境(Piaget, 1972)。受建構主義理論啟發，研究者們開始嘗試從觸發高階思維的認知情境來解讀其內涵，即何種認知情境能夠促進個體知識結構的重組和調整。第一種觀點認為高階思維是批判性思維，是一種人們在需要評估信息或做出判斷時經歷或者進行的合乎邏輯的反思性思考(Ennis, 1991) 。杜威在《我們如何思考》一書中就提出過反思性思考的概念，將其描述為“對觀點和被認同的知識所采取的主動的、持續的、仔細的思考；其方式是探究知識具備什么樣的支撐，可以得出什么樣的結論”(Dewey, 1910)。批判性思維包含多種認知策略，如論證、推理、假設、判斷和決策等。這些策略幫助個體從分散的、復雜的信息中構建意義，形成獨特的評價和判斷，契合了高階思維內涵中為達到目標而對知識進行重新組織的特點(Ennis, 1991)。

第二種觀點認為當人們在解決新問題或學習新領域時會進行高階思維(Greeno, 1989) 。美國教育心理學家Resnick (1987)在《教育和學會思考》一書中認為，高階思維是一種非算法的（nonalgarithmatic）、復雜的思維，常常被用來解決不確定的問題。因此，高階思維被定義為由學習者的個人目標所驅動的，為某個特定的問題尋找可能的解決方案的認知模式(Kapur & Kinzer, 2007) 。在解決問題的過程中，個體需要檢索背景知識、生成初始假設、制定檢驗假設的程序，然后從這些過程的結果中得出結論。如果該程序無法有效地解決問題，則需要重新審視初始假設以評估所得出的結果(Hmelo-Silver & DeSimone, 2013) 。這些認知操作都需要個體突破原有的思維框架，對信息進行重新組織，因此具有高階思維的特征。與批判性思維相比，問題解決的過程同樣包含了個人觀點的形成和表達，但是二者指向的目標不同，前者是為了形成一個判斷，后者是為了提出一個可行的方案。

第三種觀點認為高階思維是創造性思維，對應了修訂版的教育目標分類中把“創造”作為最高層級的認知能力。“創造” 指的是“將要素整合為一個內在一致、功能統一的整體或形成一個原創的產品” (Anderson et al., 2001)。創造性思維的核心是打破原有的認知模式（既定的規則和程序），將已有的知識整合到新的情境中，從而在知識領域內跨越多個不同的知識領域形成新的想法，為已經存在的事物開發新的屬性和可能性，或者發現和想象完全新穎的事物(Cropley, 2011; Csikszentmihalyi, 1996)。這種利用環境中的信息更新或者重構認知的思維模式顯然具有高階思維的特點。與批判性思維和問題解決相比，創造性思維同樣包含了知識重組這一高階思維的核心特征，但是不同之處在于創造性思維所指向的目標，即形成一個具有原創性、獨特性的規律或者產品。

將高階思維根據其使用情境進行分類有助于將高階思維具體化、直觀化。但是，在真實的認知情境中，批判性思維、問題解決、創造性思維之間的界限并不十分明晰，這三種能力之間存在著一定的相似性和重疊性。例如，在解決問題的過程中，個體既需要理解問題的含義，也需要分析構成問題的要素，最終通過綜合不同角度的信息而提出一個合適的解決方案，這其中不可避免地需要使用到與批判性思維相關的認知策略，如推理、假設、判斷等；同時，解決問題的過程中也需要提出新的想法、假設和解決方案，而這些認知過程又離不開創造性思維。相應地，在創造性思維的研究當中有學者以現實情境為背景，提出開放性的問題，要求學生結合題目與自身經歷給出盡可能多的解決方案，將個體在現實問題解決任務中的創造性表現作為創造力的測評方法(Okuda et al., 1991)。Osborn (1963)和 Parnes (1967)提出的創造性問題解決模型(Osborn-Parnes Creative Problem Solving Model)指出，創造性問題解決包含了尋找事實、闡述問題、提出想法、產生方案和接收方案五個步驟。其中，提出想法和產生方案都需要用到創造性思維，而尋找事實、闡述問題、接收方案則需要用到批判性思維(Treffinger, 1995)，可見真實情境下這三種能力是很難完全區分開的。

通過認知情境對高階思維進行區分，存在邊界模糊、概念交叉的問題。因此在近幾年的高階思維研究中，有學者試圖區分批判性思維和創造性思維(Wechsler et al., 2018)，將這兩種能力與問題解決能力進行整合(Birgili, 2015)。但是對三種能力進行區分或者整合都無法對高階思維所代表的認知能力進行精確地描述，因此應從三種能力所包含的相似的認知成分出發，來重新解讀高階思維的內涵。

高階思維內涵的演變反映了人對于自身如何思考、如何完成復雜的認知活動的不斷反思過程。從高階思維的傳統解讀來看，分析、綜合、創造是三種個體有知覺且主動進行的高階認知模式，且在具體情境中又有其特定的表現形式，比如通過思辨和反思做出合理判斷和評價的能力（批判性思維），為沒有確定答案的問題提出解決方案的能力（問題解決），或者是形成一個具有原創性的想法或產品的能力（創造性思維）。但是，對高階思維內涵的理解依然存在一些未能解決的問題：高階思維的核心成分是什么？高階思維是一種思維還是多種思維，換言之，它是一種思維在不同情境下的多樣化表現，還是同一情境下不同類型思維的協同作用？

Lewis & Smith (1993)曾經提出過一個高階思維的定義來回應高階思維應當被解讀為批判性思維還是問題解決能力，該定義指出：“高階思維是指一個人將新接受到的信息和存在記憶里的信息相互聯接并且重新整理之后對原來的信息進行延伸，其目的是為了在復雜的環境中找出可以解決問題的方法。”這個定義從新舊知識關系建立的角度對兩種認知能力進行了整合，本質上體現了建構主義理論的觀點。皮亞杰提出了“圖式” 的概念來描述個體在思維過程中所形成的抽象的、高階的認知結構(Piaget & Inhelder, 1966)。圖式包含了先驗知識的心理表征以及個體理解世界的知識框架，這種結構化的知識決定了個體如何加工和組織環境中的信息(Anderson et al., 1978) 。當個體形成對某個事物或情境的圖式時，會傾向于保持這個圖式。然而，當個體面對與先驗知識沖突的新信息時，會在認知沖突的驅動下調整、修正甚至改變原有的圖式，直到新的圖式能夠和環境中的信息保持協調一致(Anderson, 1984; Brewer & Nakamura, 1984; Schank & Abelson, 1977)。

基于這一理論視角，高階思維所包含的認知過程指向信息的轉化以及認知圖式的更新與發展(Baker, 1990; Brookhart, 2010)。鄧巴（Dunbar, 1997)曾經開展過一項頗具影響力的研究，即通過記錄科學家的即時性科學推理（on-line scientific thinking），探索哪些思維模式促成了他們開創性的科學發現和高水平的理論建構。他的團隊采取社會科學和人類學的研究方法，對四個美國大學實驗室的21名科學研究人員進行了長達一年的追蹤觀察研究。在該研究中，科學家面對的是一個真實情境下沒有確定答案的問題解決任務。任務解決過程包含了對信息和證據的分析、判斷和評價（批判性思維），推理的最終目的是形成對問題的創新性認知（creative cognition）。

與實驗室情境下的認知任務不同的是，即時性的科學推理展現了個體真實的高階思維過程(Zimmerman, 2000)。鄧巴的研究發現，科學家的創新性認知有三個主要來源：類比思維的使用(role of analogy)、對非預期結果的處理(treatment of unexpected findings)以及集體推理（distributed reasoning）。類比思維指向的認知過程即是在新舊知識之間建立對應關系。一個完整的類比由兩個部分組成——基礎（base）和目標（target）。目標是個體試圖解釋的概念或解決的問題，基礎是個體用來理解目標或者向他人解釋目標的某種知識(Gentner & Markman, 1997)。在問題解決任務中，需要解決的問題是目標，而由目標喚醒的先驗知識就是基礎，個體通過識別新問題與先驗知識在表面特征或結構特征上的相似性來建立映射關系 (Holyoak, 2012)。通過將基礎的特征映射到目標上，個體可以發現目標的新特征，或者可以重新組織目標的特征，從而形成新的概念，或者向其他人強調目標的特定特征。這些認知操作在合理的范圍內擴展了原有的知識結構，形成了一個構建在原有信息之上的新的知識結構。

鄧巴發現，雖然科學家在思維過程中普遍使用在新舊知識間建立聯系的方式來向他人解釋某個概念或嘗試提出解決問題的方案，卻無法在事后回憶起自己曾經使用過這一思維模式(Dunbar, 1997)。他認為產生這種現象的原因是個體在真實情境下進行高階思維時很少使用遠距離的聯系而是使用近距離的聯系來作出解釋或提出一個假設。相比于依靠主動知覺的分析、綜合、創造等高階認知模式，新舊知識的關系建立具有即時性和動態性，因此個體在事后回憶中往往無法知覺自己使用了這種思維模式。換言之，新舊知識關系的建立，在個體進行高階思維的過程中承擔了“腳手架”的功能。

高階思維并非單一的思維過程，而是多種認知成分協同作用的復雜思維過程。當個體面對真實情境中的復雜問題時，首先需要使用到批判性思維所包含的認知策略，對問題情境進行分析，通過提取和檢索先驗知識對問題做出合理的解讀。通過分析，個體能夠對問題情境形成全面的認知，專注于重要的信息而不受無關信息的干擾，從而在后續思維過程中將不同的信息進行關聯。在對問題情境進行分析之后，個體需要在新舊知識之間建立起對應關系，從而將已知的信息轉化為適用于新情境的知識。新舊知識關系建立的過程包含對先驗知識進行檢索、識別和編碼對應的特征、將先驗知識和新信息進行匹配三個步驟(Holyoak, 2012)。這種在新舊知識間建立對應關系的能力是對知識進行重新組織和創造的基礎，也是高階思維必不可少的認知成分(Lewis & Smith, 1993) 。

在新舊知識之間建立對應關系之后，信息在大腦中還處于分散的狀態，此時需要將不同維度的信息進行綜合，形成結構化、系統化的知識或者一個可遷移的認知結構。遷移指的是“人們利用過去習得的并且已經被表征化的知識結構來理解和解釋在結構上類似的新問題”(Day & Goldstone, 2012)。安德森等人(Anderson et al., 2001)在新版的教育目標分類學中基于學習者是否運用了高階思維對兩種學習模式進行了區分，即學習者是 “為了記憶而學習”還是“為了遷移而學習” 。高階思維體現在學習者能夠在一個新的情境下具備思考和推理的能力，而這種能力是基于學習者能夠將系統性的知識（如抽象的概念和原則）內化到認知當中，供之后調取和使用。先驗知識可以作為解決新問題的基礎，而問題解決過程中形成的結構化知識繼續指導下一步的認知操作，通過在新舊知識間不斷建立聯系，來不斷更新和調整認知結構。思維過程是一種動態性、系統化的運作，個體根據情境的需要對問題情境進行分析、在新舊知識間建立聯系、對不同維度的信息進行綜合，并在此基礎上產生創新性的認知。

不同于批判性思維、問題解決能力、創造性思維所描述的指向具體認知情境的單一進程式思維，高階思維是一種系統性的思維模式。圖1展示了基于建構主義理論視角提出的高階思維概念框架。

圖 1   高階思維概念框架

在真實情境中，高階思維的發生通常指向一個開放性的新問題。這種復雜的、沒有固定答案的問題具有一定程度的模糊性。問題的模糊性導致個體面對環境中的新信息時需要根據已有的圖式去挖掘與新信息相關的先驗知識。先驗知識與新問題重合的部分是解決問題的出發點，有助于激發個體與問題解決相關的專長，即一個人在特定領域知識組織的形式或結構，同時也涉及分析、綜合、創造等認知策略。在這一過程中，個體將使用到兩種類型的專長：常規性專長（routine expertise）和適應性專長（adaptative expertise）(Hatano & Inagaki, 1984) 。常規性專長指的是個體能夠按照既定的程序或一組預先確定的規則來執行任務、解決問題。常規性專長能夠直接應用在問題情境中，可以通過大量的、重復性的練習而實現對程序性知識的自動化提取和使用。適應性專長指的是能夠靈活地調整先驗知識以使其遷移到新的情境，這種專長并不一定會隨著重復性經驗的累積而發展，而是需要個體接觸不同類型的新異問題并且靈活地對新信息進行加工處理才能逐漸形成。在搜索與新信息有聯系的先驗知識時，個體首先能夠輕松地提取那些已經達到自動化水平的執行策略或者既定規則。但是，當個體發現這些策略或者規則無法直接解決問題時，就需要進一步建構能夠隨情境進行靈活調整的認知策略。這個過程并非如提取先驗知識一樣可以自然發生，而是需要經歷對問題情境的分析、新舊知識的關系建立、不同維度信息的綜合等一系列認知操作。

由于新問題呈現了個體所不知道的一些方面，因此很難在初步的思考中得到答案。高階思維的第一個環節是對問題情境進行分析。分析指的是通過仔細地檢查來了解事物的性質以及其內部各個組成部分之間的關系的一種思維方式。對問題情境的分析代表了對先驗知識的分解，它包含了六個方面的能力——澄清、說明、論證、批評、判斷和評估。澄清指的是識別問題，確保自己和他人都清楚地理解了問題所承載的含義。說明指的是抓住要點，解釋關鍵術語的含義，處理模棱兩可的概念，明確沒有公開陳述的假設，推斷問題背后隱藏的信息。論證指的是提供能夠支持立場、主張或陳述的細節和理由，或者提出具有支持性的證據或者說明性的例子。批評指的是查漏補缺，指出任何在陳述、解釋中存在的錯誤認知，通過反思找到信息當中的漏洞。判斷指的是基于觀察和收集的信息來判斷其可信度，識別來源不可靠的信息或證據。評估指的是比較不同信息與問題之間的相關性，明確不同想法或意見的優勢和劣勢，從而在其中選擇出最相關的信息來解決問題。通過對問題情境的分析，個體能夠從不同的角度審視給定的問題，產生假設和立場，提供說明和解釋，發現缺失的信息和可能的錯誤認知(Herrington & Oliver, 1999)。

分解后的先驗知識根據其承擔的角色與新信息進行匹配，所以高階思維的第二個環節是新舊知識間的關系建立。關系推理理論（Theory of Relational Reasoning）描述了個體如何通過關聯表面特征或結構性特征來建立新舊知識之間的對應關系(Holyoak, 2012) 。上文所述的類比思維是關系推理的一種特殊形式——類比思維強調基礎和目標之間有一種明確的特征上的相似性（如“人生就像一場旅行”），但廣義的關系推理包含了各種能夠將不同水平和特征的信息關聯起來的形式（如“新冠病毒與SARS病毒一樣都是冠狀病毒”）。關系推理包含四個步驟：（1）從長時記憶中檢索相關的背景知識；（2）識別背景知識在新問題中承擔的“角色”，這個識別的過程是非常迅速的，通常在工作記憶中完成；（3）將新信息填充到已識別的“角色”中，在這一步里，新信息（填充內容）被看作能夠代替舊知識發揮特定“角色”的一種存在；（4）通過“角色”和“填充內容”之間的綁定（role-filler binding）使先驗知識與新信息發生連接，形成一對一的映射關系，生成適應新問題的推論。隨著新信息與各種不同角色的綁定，這種結構化的關系得到不斷地延展。

高階思維的第三個環節是不同維度信息的綜合，即將相互關聯的新舊知識通過聚集、組織、歸納和整合進一步形成結構化、系統化的知識。在安德森等人修訂的教育目標分類中，“綜合”被“創造”取代，但是“評價”得以保留。然而，兩版分類中“評價”的定義是“對事物本質的價值作出有說服力的判斷，綜合內在與外在的資料、信息，作出符合客觀事實的推斷”，這個定義顯然包含了“綜合”這一認知操作(Bloom & Krathwohl, 1956)。如果說“評價”是一種認知模式，那“綜合”就是使這一認知模式得以實現的手段。在具體的認知情境中，“綜合”是“分析”的反過程，分析是將大問題分解為多個小問題并剖析其中的每個組成部分，而綜合則是將每個小問題所對應的信息聚集在一起，以形成對問題或者情境的系統性看法。通過綜合不同維度的信息，個體能夠形成對問題深刻而透徹的了解，總結主要的觀點并得出結論。

綜合并非將不同維度的信息進行簡單的聚集，而是通過識別各個組成部分之間的關聯使其形成一個有機的整體。例如，當個體在文本信息中構建含義時，會根據加工程度的不同形成三種表征形式：表層表征、局部推論和情境模型（situation model）(Kintsch & van Dijk, 1978)。在個體接觸新信息之初，表征方式為基于語言學關系進行編碼而形成的表層表征（比如對字詞、短語的識別和理解），之后通過對上下文的信息進行關聯和解釋后形成局部的推論。隨著認知的進一步深入，個體會帶入自己的背景和先驗知識以輔助對于新信息所處情境的理解，通過構建全局的推論而形成對情境的系統性理解，此時可以認為個體形成了一個完整的情境模型(Kintsch, 2005; Zwaan & Radvansky, 1998)。對不同維度信息的綜合建立在對新信息由“表層表征”到“局部推論”再到“情境模型”的加工和重組過程，展現了認知的結構化拓展與系統性更新(Zwaan & Radvansky, 1998; 王瑞明 等, 2006) 。

認知結構的更新和拓展代表了創新性認知的產生。個體將接受到的信息（新信息）和存在記憶里的知識（先驗知識）相互聯接并且重新組織，最終得出一個一般性的結論、獲得一個解決不確定問題的方法，或者形成一個原創性的產品(Beghetto & Kaufman, 2007)。近年來關于創造或創新能力的研究逐漸從早期關注學習者思維的發散性轉變到觀察個體在特定情境下所呈現的創造過程，認為“創造力是能力、過程和環境之間的相互作用，通過這種相互作用，一個人或一個群體產生了一種可感知的產品，這種產品在社會環境中既新穎又有用” (Plucker et al., 2004)。因此，創新性認知體現在個人對經驗、行為或事件進行的新穎且有意義的解釋，以及以靈活的方式將學到的知識運用到新的情境中的能力。不管是新的想法、觀點、假設或是方案，都是基于有根據的推理和深入的思考而產生的，而非簡單的思維發散或者頓悟所得出的結果。

與識記、復述等簡單的信息加工任務不同的是，高階思維指向的認知任務通常沒有一個明確的、既定的程序可以遵循。因此，除了上述幾種認知成分之外，高階思維過程需要元認知能力（metacognition）來監督、管理和調節認知過程。當沒有一個明確的答案可供直接使用時，個體就需要與直覺對抗，甄別哪些信息是有用的，哪些信息是沒有用的，尤其是那些表面上看起來更直觀、更容易獲得的信息。個體面臨的問題通常包含多個視角，需要不止一步的推理，有不同的證據支持不同甚至是相反的觀點，而且指向多種解決方案和結果。此類問題有時需要進行多次的分析、關系建立、綜合、創造才能得出一個相對明確的答案。因此，人們不僅需要具備特定領域的知識，還需要元認知能力來管理和調節自己的思維過程，比如遵循一定的問題解決步驟、了解自身的感受和知識水平等。元認知能力使個體的認知過程更加適應環境的需要，從而促進認知圖式的建構(Schraw, 1998)。

綜上所述，高階思維是一個包含了認知以及元認知的過程——在這個過程中個體進行知識的分析、綜合、創造，通過識別知識之間的關聯性在先驗知識和新信息之間建立對應關系，從而處理存在不確定性的情況或者解決沒有特定答案的問題，最終形成對該情況或問題的整合性、創新性的認知。

在核心素養背景下，培養具有高階思維的學習者是未來教育的發展方向。在當前的各大核心素養理論框架中，與高階思維有關的表述大多是根據其使用情境來進行分類的。對比我國與其他國家或組織提出的高階思維素養，可以發現大部分概念具有一致性(褚宏啟, 2016) 。一項基于美國、歐盟、新加坡、俄羅斯、國際經濟合作與發展組織以及中國大陸和中國香港地區等29個核心素養框架的綜述中，研究者總結了三種與高階認知相關的通用素養：“批判性思維”“創造性與問題解決”以及“學會學習與終身學習”(師曼 等, 2016) 。其中，美國特別強調“學習與創新技能”，這些技能包含創造力與創新能力、批判性思維和問題解決(Care et al., 2018)。歐盟將批判性思維、創造力、問題解決作為支持個體“學會學習和終身學習”的關鍵素養(European Union, 2018)。新加坡提出的21世紀核心技能重點指向批判性與創新性思維(師曼 等, 2016)。我國在“文化基礎”素養中提出的“批判質疑、勇于探究”等科學素養對應批判性思維，在“社會參與”素養中提出“問題解決、技術運用”等實踐創新能力對應問題解決和創造性思維(林崇德, 2017) 。

然而，如何培養學生的高階思維是教育領域中的一大難題。在中小學階段，家長和教師經常會發現兒童在低年級明明有不錯的表現，基礎知識掌握得也比較扎實，但是當所學內容對學習者的邏輯推理、問題解決、抽象思維等高階認知提出更高的要求時，相當一部分學生表現出成績大幅下滑的現象（如“四年級現象”“初二現象”等）。為什么會出現這種情況？很多家長、教師甚至教育研究者都把其歸結為是學生對課程材料的適應問題或是因青春期發展變化而導致的心理問題(姚計海 等, 2001)。然而，很少有學者從高階思維的發生機制來進行分析，因此也較少有人意識到早期針對識記、理解、應用等基礎認知技能的訓練無法應對高年級大量且復雜的信息的處理。

高階思維培養之所以成為一個難題，并非因為教育者意識不到它的重要性，而是現行的學習與教學模式仍然受到高階思維早期內涵解讀所帶來的認知上的限制。在科學技術迅猛發展的21世紀，大數據和人工智能技術在各個行業的應用已經隨處可見。大部分的中小學課堂卻依然按照20世紀50年代布魯姆提出的教育目標分類法來設置教學目標、安排教學內容，強調知識點的掌握和最基礎的記憶、理解、應用能力的培養。這無疑是非常值得反思的一個問題。縱觀我國當前的教育體系，課堂依然以知識傳授為導向，教師仍然承擔著知識傳播者的角色，學生安靜地坐在書桌前聽講，有問題和疑惑時依然需要舉手等待教師點名，學生在課上與教師的互動非常有限，而課下又需要花大量時間反復操練有固定答案的練習題(Wu et al., 1999)。這些傳統的教育模式雖然在提高學生的基礎認知能力方面有著令人滿意的效果，但是能否支持學生產生創新性的認知值得深思(褚宏啟, 2016)。

高階思維的概念框架表明，高階思維是一個多種認知成分協同作用的復雜認知過程。高階思維的目標是對某個開放性問題形成一般性的、抽象的、圖式化的理解，而非掌握特定的、具體的、套路化的思維方式。傳統的學習觀忽視了思維過程的動態性和整合性，把思維看成是像知識一樣靜態的、具象的、分散的技能。在真實的學習情境中，高階思維的培養目標應當是激勵個體主動去建構知識，調整和拓展現有的認知圖式，而非按照一定的程序訓練某種單一的認知技能，形成固定的、只能在特定場合使用的思維或策略。

作為一種多個認知成分協同作用的思維模式，高階思維的發展依賴于一個貼近真實生活經驗的學習情境來激活其中的認知成分。在過去的四十年中，大量的教育心理學實證研究發現，以師生互動或同伴互動為基礎的學習模式促進了學生高階思維的發展(Mercer & Dawes, 2008; Murphy et al., 2018; Resnick & Schantz, 2015; Reznitskaya et al., 2009) 。這些學習模式主要有以下兩個特點：一是采用合作式、體驗式、建構式的學習方式，讓學生在與他人互動、合作的過程中進行知識建構，形成對復雜問題的多角度的看法；二是提倡基于問題、基于項目的活動方式，比如由教師創設真實情境下具有挑戰性的學習任務，學生在解決問題或者完成項目的過程中有針對性地獲取信息和知識(楊向東, 2017)。

為什么高階思維的培養需要在學習過程中引入互動與合作？與低階思維相比，高階思維并非知識（包括抽象的原理或規則）的直接應用，而是通過將原有知識進行轉化和調整使其能夠解決新情境中的問題。前文提到的鄧巴對真實情境下高階思維的產生和發展的研究表明，科學家的創新性認知來源于集體推理而非個人推理(Dunbar, 1997)。集體并非隨機形成的一個小組，而是由具有相似的專業背景和價值觀的人組成，這些人有一個共同的目標，即基于自己的背景知識解決一個沒有標準答案的開放性問題。鄧巴認為，集體推理之所以能夠促進個體的創新性認知，是因為該情境為知識的社會性建構提供了場域——參與問題解決任務的個體首先對輸入信息進行認知操作（例如歸納），然后將操作結果傳遞給小組中的其他人；其他人將第一次認知操作的結果作為下一步運算的輸入信息，與上一次認知操作的結果一起被用來構建新的認知表征。信息依照此模式在個人之間不斷傳遞，后者在前者的認知結構上持續建構，直到形成集體共享的認知（例如科學理論）。

在學習情境中引入社會互動的優勢在于個體能夠更容易地在新舊知識之間建立聯系。相比于傳統教學中教師作為支持學生在新舊知識之間建立聯系的單一信息來源，集體中每個參與者的背景知識共同構成了先驗知識庫，使得思維的深度和廣度大大增加。當處于高階思維“橋梁”地位的認知成分更容易被激活時，與之相連接的分析、綜合、創造等認知成分也在其帶動下更容易發生。因此，高階思維的培養不能依靠單一能力的訓練，而是需要激發其概念框架中所示各個部分的整體運轉、協同作用。有效的學習與教學模式應當基于真實情境下沒有確定答案的問題，讓學生有機會進行探索和建構，促進學生識別先驗知識和新信息之間的聯系，幫助學生將新舊知識整合在一起，構建一個與他人協調一致、動態更新的認知模型(Mercer, 2004) 。