初中科學課堂典型任務范式中高階思維能力的培養

摘要：高階思維是指發生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力， 在教學目標分類中表現為分析、評價和創造.布盧姆的認知目標分類思想為教師在教學實踐中促進學生高階思維能力發展提供了一種可操作的圖式.為了實現學生高階思維的發展，需要在教學設計時細化教學目標，設計典型任務，驅動學生主動解決真實情景下的高水平問題，本文以機械能單元教學為例，從目標的確定、資源的整合、任務的設計角度例談初中科學高階思維培養的策略.

關鍵詞：初中科學;典型任務;高階思維

作者簡介：葛元鐘（1975 - ），男，浙江杭州人，碩士，中學高級教師，研究方向：初中課堂典型任務范式的研究.

北師大在中國學生發展核心素養研究成果發布會上對學生發展核心素養的內涵、表現、落實途徑等做了詳細闡釋.中國學生發展核心素養以培養“全面發展的人”為核心，分為文化基礎、自主發展、社會參與三個方面.科學精神是一項重要素養之一，是學生在學習、理解、運用科學知識和技能等方面所形成的價值標準、思維方式和行為表現.可見，思維方式是科學精神的重要組成部分.

1初中科學課堂中思維能力培養現狀

1.1知識的分類

教育學家們曾經從不同的研究視角、及其對知識的不同認識程度，對知識進行的分類.如在2001出版的《面向學習、教學和評價的分類學—布盧姆教育目標分類學的修訂》一書中將知識分為以下四種.

（1） 事實性知識.是學習者在掌握某一學科或解決問題時必須知道的基本要素.具體包括以下兩個方面：術語知識、具體細節和要素的知識.

（2） 概念性知識.指一個整體結構中基本要素之間的關系，表明某一個學科領域的知識是如何加以組織的，如何發生內在聯系的，如何體現出系統一致的方式.

（3） 程序性知識.是“如何做事的知識”.具體包括以下幾個方面：具體學科技能和算法的知識、具體學科技巧和方法的知識、確定何時運用適當程序的知識.

（4） 元認知知識.是關于一般的認知知識和自我認知的知識.

學生學習不同的知識需要用到不同的思維方式.

1.2思維的分類

布盧姆新的教育目標分類學采用了“知識”和“認知過程”二維框架.見表1可得知：知識是指學習時涉及的相關內容，包括了從具體到抽象四個類別：事實、概念、程序和元認知.認知過程涉及學習時的思維能力，包括了六個類別：記憶、理解、應用、分析、評價和創造.

高階思維是指發生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力， 它在教學目標分類中表現為分析、評價和創造，見表 2. 布盧姆的認知目標分類思想為教師在教學實踐中促進學生高階思維能力發展提供了一種可操作的圖式.

1.3制定更合適的教學目標

下面用認知目標分類學來研究“動勢能的轉化”的教育目標并進行細化.

首先要考慮到這一學習任務所包括的知識類型有：

事實性知識：知道動能大小與什么因素有關，勢能大小與什么因素有關;

概念性知識：如“二力平衡”“運動和力之間的關系”;

程序性知識：能操作動能大小與什么因素有關的實驗，會對物體進行受力分析;

元認知知識：確定采用什么樣的分析方式和理解方式.

而后加入行為動詞，制定以下教學目標：

（1）回憶動能大小與什么因素有關，回憶勢能大小與什么因素有關，回憶動能勢能是可以互相轉化的;

（2）區分“二力平衡”與“作用力與反作用力”，分析得出何時動勢能如何轉化時機械能守恒，分析“運動和力之間的關系”;

（3）評判動能大小與什么因素有關的實驗;

（4）討論生成在體育比賽中如何跳得更高，更遠的辦法.

對應布盧姆認知目標修訂二維分類表，我們在相應的空格上打勾，見表3.

分析上表可以得出：這一堂課記憶的內容很少，理解運用的知識相對提高，大部分教學目標是要培養學生進行分析、評價，創造等高階思維能力.

1.4思維能力的培養現狀

在初中升學壓力之下，不管社會家長，還是學校教師，都十分看重考試分數.因此，大部分教師認同考高分必須運用題海戰術，除了教材配套的練習要求學生全做以外，還布置許多額外的練習.但是，從認知目標修訂二維分類表可以看出：在復習課中如果以回憶、記憶為主，以對知識點的理解和運用為主，將不能很好 地達到提高學生核心素養的要求，學生應對中考題目也一樣會為不從心.

因此，我們必須尋找并構建新的復習模式，以提高學生高階思維能力.

2初中科學基于典型任務的課堂范式

2.1任務驅動教學的特點

（1）任務驅動教學應以學生為主體.任務驅動教學法最顯著的特點是以學生為主體， 改變了以往“教師講， 學生聽”， 以“教”定“學”的被動教學局面，學生主動參與、自主協作、探索創新的新型學習方式.

（2）任務驅動教學注重激發興趣.任務驅動教學法把學生的學習活動與任務相結合，以探索問題來激發和維持學習者的學習興趣和動機，讓學生帶著任務去學習，這有利于實現學生對知識的自我構建.

（3）任務驅動教學應著重培養學生自主學習能力.自主學習與任務型教學法有著共同的目標，二者相輔相成.

2.2任務驅動教學的理論依據

任務驅動教學法是建立在建構主義教學理論基礎上的一種教學方法，是建構主義理論在教育教學中的一種具體應用.建構主義學習理論強調學生的學習活動必須與任務或問題相結合，創建真實的教學環境，讓學生帶著真實的任務學習，以探索問題來引導和維持學習者的學習興趣和動機.

梅瑞爾所提出了五項首要教學原理，他認為，“學習只有在學習者從事解決真實世界里發生的問題時，只有當學習者能夠通過論證或應用而激活已知知識、并將其作為理解新知識的基礎時，新知識才會被整合到學習者的世界當中”.

其中，呈現“真實的任務情境”是首要教學原理的核心.因此，在初中課堂教學中，比較有效的做法是：學生通過完成教師為其專門設計的典型任務，解決真實世界里發生的問題，在解決問題的過程中激活已知知識，獲得新知識[4].

3布置典型任務，培養學生高階思維能力

在典型任務的課堂中，利用實驗將學生的自主學習、合作學習、探究學習較好地結合起來.學生在課堂上通過實驗完成教師布置的任務，提升自己的高階思維能力.下面就結合中考復習“動勢能轉化”這一堂課為例進行說明.

動能和勢能的相互轉化有著廣泛的應用.撐桿跳高運動員在起跳前進行一段助跑，獲得大量的動能.起跳后，他的身體不斷上升，撐桿劇烈彎曲，動能轉化為運動員的重力勢能和撐桿的彈性勢能.當上升到一定高度時，動能減小到最小值.此后，彈性勢能不斷釋放，促使運動員不斷上升，同時重力勢能不斷增加，如圖1 所示.當運動員越過橫桿下落的過程中，他的重力勢能又被轉化為動能.

這是浙教版九年級上冊第三章第二節“機械能”中的一段，撐桿跳高運動員在這個運動過程中既有豎直方向上的速度變化，也有水平方向上的速度變化;既有動能和重力勢能之間的轉化，也有動能和彈性勢能之間的變化.學生理解這個過程中的能量轉化有一定的難度.

但是在這個例子里有很好的動勢能轉化素材，我們可以圍繞這個例子進行深度學習.經過研究，筆者認為如果進行知識和能力的充分鋪墊，學生是可以完成這個學習任務的.

在課堂上設計了一系列典型任務：從分析蹦極、蹦床這一類相似但有比較簡單的能量轉化開始分析，復習受力分析，復習二力平衡條件，對復雜動作采用根據特殊點進行分段分析的方法，總結分析研究的策略，而后利用這些策略一起研究撐桿跳高.最后對立定跳遠的能量轉化分析，并討論如何提高運動成績.

3.1營造真實情境，提升對科學現象的分析能力

當人體落到離地面一定距離時，橡皮繩被拉開、繃緊、阻止人體繼續下落，當到達最低點時橡皮再次彈起，人被拉起，隨后，又落下，這樣反復多次直到橡皮繩的彈性消失為止，這就是蹦極的全過程.

典型任務一：分析蹦極運動中人體動能最大點

在蹦極的全過程中，最難判斷的運動員在哪一點的動能最大.關鍵是不容易弄清運動員在哪一點的速度最大.是C點么？顯然不是，因為C點的速度是0;是A點么？也不像，因為A點一開始的時候速度還在增加.為什么物體過了A 點速度還會增加呢？那就要對物體進行受力分析，并根據運動和力之間的關系進行判斷.

分析步驟：

對物體受力分析——判斷物體運動狀態——判斷物體動能

根據步驟對四個特殊點O、A、B、C.進行分析，如圖2所示.

分析完成后，把分析結果匯成表，見表4：

3.2通過比較研究，提升對研究過程的歸納水平

在課堂上還布置了第二個任務，讓學生加深理解，能夠舉一反三.

典型任務二：蹦床運動中物體能量轉化的分析

蹦床是借助彈力床的彈力將人體彈向空中，在空中做各種體操動作和翻筋斗的競技運動.用類比的方法對蹦床過程進行分析，幾個關鍵點分析如圖3：

蹦床過程關鍵點分析見表5：

根據以上表格，我們會帶領學生嘗試歸納物體能量轉化分析的步驟：

（1）確定研究對象;

（2）明確過程的起點、終點，;

（3）對物體受力分析，分析;

（4）結合運動狀態，推斷;

（5）推斷物體能量的變化.

3.3通過比較研究，提升對研究結論的評價水平

通過這二個任務的鋪墊，再去考慮書本中的例子，學生會更容易接受.因此，第三個任務就是根據教師提供的撐桿跳高過程示意圖進行分析.在示意圖中，撐桿用一根細線表示，運動員用一段較粗的半圓形線段表示，如圖4所示：

典型任務三：撐桿跳高時的能量轉化分析，見表6：

在這張表中，A是起跳點，B是撐桿形變最大點，C是最高點.當然，在B和C之間，在豎直方向還可以有一個二力平衡點，對學有余力的同學可以再細化分析.

3.4通過討論研究，提升對理論應用的創新能力

通過對蹦極，蹦床，撐桿跳的分析，著力培養學生在學習受力分析，二力平衡，運動和力等知識過程中所需要的高階思維能力.最后，用提高立定跳遠這項體育運動成績這個情境來激發學生的創造性思維.從而可以比較順利地解決課本后的例題.

典型任務四：立定跳遠時的能量轉化分析，如圖5所示.

最后，要求學生根據分析，討論怎樣提高跳遠成績.學生通過討論，對所學知識，方法，過程進行梳理和應用，以達到鞏固和提高學生創造思維能力的目的.

總之，高階思維能力的培養要有好的素材，在實際教學過程中最好能將核心知識，核心素養，思維能力等培養統一起來，做到一舉多得;在培養高階思維能力時，最好創建一個真實而且有趣的情境，激發學生的思維、討論、研究的興趣;高階思維能力的形成比較慢，但這些能力的培養將提高學生的學習能力，最終建立學生的科學精神，提高學生的科學素養.

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