凸顯高階思維的化學教學： 內涵、必要性和實踐策略

楊季冬 王后雄 童文昭

摘要： 高階思維是一系列復雜思維的集合體，它對于學生高中學習以及后續發展有著重要的作用，因此在化學教學中培養學生的高階思維是必要的。進行情境、活動和問題解決的整體設計是高階思維培養的有效實踐策略，具體包括： 創設真實情境，精心預設問題；營造寬松環境，鼓勵學生交流；小組分工合作，探究解決問題。

關鍵詞： 化學教學； 高階思維； 低階思維； 實踐策略

文章編號： 1005-6629（2018）6-0037-04 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

1 引言

我國的傳統教學注重知識的傳遞，認為教學的主要工作就是傳授和學習人類社會歷史經驗。在知識本位的觀念下，教師在課堂上主要依靠講授，而學生學習主要依靠記誦。“核心素養”的界定意味著學校課程與教學要從“知識本位”轉向“素養本位”。然而多年的知識本位的觀念，讓“講授-傳遞”的課堂依然大量存在。這種教學方式雖然有助于學生掌握一些基本的符號化知識（低階思維），但并不利于學生高階思維的培養與發展。研究表明，在日常生活中解決難題、做出決策、進行比較、給予評價等活動中都需要高階思維能力[1]。

化學是自然科學的重要分支，也是基礎教育中的重要學科，因此在化學教學中不能簡單地以傳遞化學知識為目的，還應承擔培養學生高階思維的任務。本文對高階思維概念進行了闡述，并提出了化學教學中高階思維的培養策略。

2 高階思維的內涵

思維能力究竟是什么，很難給出一個統一的、精準的定義，然而高階思維和低階思維同時出現時，便可分辨出高階思維[2]。因此，對低階思維與高階思維的特征進行描述可以勾勒出高階思維的“形象”。

低階思維的特征是回憶信息或者在熟悉的情境中應用知識[3]。例如，提問學生鎂元素的元素符號是什么，學生只需通過回憶便可以給出答案“Mg”；再比如，一個能夠熟練進行化學方程式配平的學生，遇到一個新的方程式配平的問題，他只需要將已會的知識進行應用即可。實際上在這兩個例子中學生都只使用了低階思維，因為他們只是回憶事實、執行簡單操作、解決熟悉問題。運用低階思維能解決的問題通常有著固定問題解決路徑，沒有推理、解釋、論證等行為，而問題的答案也是唯一的。

相反，高階思維通常被認為是復雜的、不規則的，通常會產生多種解決方案[4]。這種思維通常具有不確定性、應用多重標準、自我調節等特征。比如提問學生“如果你要在實驗室里獲取少量氧氣你會采取哪種方案？為什么？”，由于學生熟悉的實驗室制備氧氣的方案有三種，而側重點（反應速率、操作難易、氧氣純度、氧氣產量等）不同方案也會不同，此時學生面臨方案比較、評價、決策等問題。顯然，在這個任務中進行的思維與前文的低階思維是明顯不同的。面對這樣一個不熟悉的情境，學生難以提前預測，無法事先反復訓練，解決這個問題，也沒有一個固定的路徑，更沒有唯一的答案。通常在不熟悉的情境下、沒有固有方法可用時，要解決問題便需要使用高階思維。

闡述低階思維和高階思維的特征為我們辨識概念提供了方向，而美國教育家布魯姆對教學目標的分類則給關注該問題的廣大教師及研究者提供了便利。60多年來，布魯姆教學目標分類法對世界各地的教學及評價都產生了很大的影響。在布魯姆教育目標分類“知道、理解、應用、分析、評價、創新”中，將“知道、理解”稱為低階思維，“分析、評價、創新”稱為高階思維，而“應用”則常常能夠分屬兩者，詳情見表1。布魯姆在他的研究中強調高階思維需要新的情境，新的情境是指該問題任務包含教學中的內容，但是其中又有對于學生來說新奇或不熟悉的成分。如果學生僅僅通過記住方法，或采用之前課程中練習過的精確方法就能解決的問題就不算是遇到新情境，同樣，他也就沒有使用高階思維。也有學者指出將學習經驗集中在分析、評價、創新，發展解決問題、推理、預測、概括、創造性思維等方面的能力都屬于高階思維[5]。另外，還有例子說明高階思維能力包括提問、決策、批判性和系統性思維。

雖然不同學者對于高階思維的理解不完全相同，但在本研究中我們將其看作一系列復雜、非線性、不規則思維的集合體，比如批判性思維、綜合性思維、創造性思維。因此，可將高階思維視為戰略，而具體的，如創造性思維則是戰術。

3 化學教學中培養高階思維的必要性

培養和發展學生的高階思維已經成為各國教育教學目標之一，而我國最近提出的核心素養也涉及到該問題，可見在化學教學中培養學生的高階思維是十分有必要的。

3.1 落實化學核心素養需要高階思維

為了深化教育改革，推動落實“立德樹人”的根本任務，我國最新修訂的各學科高中課程標準，其中任務之一就是凝練學科核心素養。核心素養是知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀的綜合表現，而基于核心素養的教學能夠幫助學生形成正確的價值觀念、必備品格和關鍵能力[6]。

化學核心素養有五點內容，其中“證據推理與模型認知”便和高階思維有著密切聯系。針對這一素養，《普通高中化學課程標準（2017年版）》明確指出：“具有證據意識，能基于證據對物質組成、結構及其變化提出可能的假設，通過分析推理加以證實或證偽；建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系。知道可以通過分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系，建立認知模型，并能運用模型解釋化學現象，揭示現象的本質和規律。[7]”從這段文字中我們可以看到一些行為短語，比如“提出假設”、“分析推理”、“建立關系”、“建立模型”、“解釋現象”、“揭示本質”，顯然這些都不是低階思維的范疇，在課堂上若只是構建學生的低階思維，那么學生便不會獲取這一核心素養。再比如另一核心素養“科學探究與創新意識”，同樣從“探究”和“創新”便可看出獲取這一核心素養也需高階思維。通過分析，我們可以看到化學核心素養中多處指向高階思維，因此要落實化學核心素養便需要在化學教學中培養學生的高階思維。

3.2 化學化工持續發展需要高階思維

黨的十九大的報告描繪了我國這五年來取得的巨大成就，并指出中國特色社會主義進入了新時期。隨著我國的日益強大，發達國家

對我們科學技術方面的封鎖日益嚴重，在此背景下培養一批具有競爭力的科研后備力量十分重要。

化學化工是科學技術的重要組成部分，不僅與經濟發展、社會文明關系密切，也是材料科學、生命科學、環境科學、能源科學和信息科學等現代科學技術的重要基礎。值得我們注意的是，化學領域突破離不開具有高階思維的人才，尤其是高階思維中的批判性思維和創造性思維。比如，在拉瓦錫建立氧化學說之前，燃素說統治著化學世界，他之所以能取得這么大的成就，絕不是偶然的。當理論與實驗沖突時，他會帶著批判的眼光看待理論，而不是盲從，這是批判性思維的體現。而他獨具慧眼，發現所做實驗的實質，并予以正確解釋，這便是創新。再比如，波爾建立波爾理論，卡諾設計理想熱機等等，實際上這些也都使用了高階思維。傅鷹認為：“科學研究是擴大科學領域的。它的目的是推廣一門學科的理論及實用范圍，它的一個必要不充分條件是有創造性。”可見，在基礎教育階段培養一批具有高階思維的后備人才對我國化學化工事業的發展有深遠意義。

3.3 學生適應現代社會需要高階思維

隨著世界經濟迅速發展、社會競爭的加劇，21世紀對人的要求也越來越高，成為現代社會的公民需要高階思維[8]。也許在孔子那個時代，采取“傳遞——接受”的模式便能獲取在當時看來大量的知識，而如今的社會知識量正以驚人的速度增長，如果一個人只能夠提取所記住的知識或者在熟悉的情境中簡單應用知識，那么便不能適應社會的發展。隨著網絡的普及，信息化社會的到來讓我們足不出戶便可接觸到大量信息，面對復雜多變的環境，我們如果還只是進行傳統的以知識儲存為特征的學習，那在人工智能面前將輸得體無完膚。只有具備更強的搜集和處理信息的能力、分析和解決問題的能力、快速決策的能力以及創新的能力才能發揮人的主體性，換言之，這也就是要求學生在未來具備高階思維能力。實際上從這個角度來看，不僅是化學教學，任何的學科教學都需要關注學生的高階思維培養。

綜上所述，不論是從教師的視角還是從學生的視角，不論學生今后從事化學化工類工作還是其他工作，在化學教學中培養學生的高階思維都有其必要性。

4 化學教學中培養高階思維的實踐策略

高階思維并不是知識本身，由于其不可符號化的特點，使得其不可直接給予學生。試想我們利用一節班會課為學生講述高階思維，學生只能了解高階思維是什么，但學生不會因此成為一個具備高階思維能力的人。對于獲取高階思維，學生需要自身進行相關的能動活動（學生作為主體與環境的相互作用、學生自身的經驗），這便是培養學生高階思維的機制。基于這種考慮，教師在教學中應為學生提供各種幫助，使學生進行相關的能動活動。對此，可以進行情境、活動和問題解決的整體設計，讓學生參與其中，從而改變學生的化學學習方式，獲取高階思維。下面提供具體策略，并以高中化學必修1中第三章第2節“金屬及其化合物”中“氫氧化鋁”作為案例。

4.1 創設真實情境，精心預設問題

并不是解決每一個問題都需要學生的高階思維，如果學生可以通過回憶信息達到目的，或者學生經歷過極其類似的問題情境，那么學生便不需要使用高階思維[9]。因此，教師需要創設真實且有價值的情境，并在此情境下設計不同復雜和陌生程度的問題解決活動。

創設情境，可以讓課堂中的知識與我們所處的真實世界產生聯系。在學習相關知識之前，我們很少會從專業角度思考生活中的常見現象。因此，當課堂中孤立的知識遇到生活中的場景，對于學生來說既有熟悉的部分，也有不熟悉的部分，此時涉及的問題，學生僅僅使用低階思維是難以解決的。通過情境創設，引導學生進入學習。

教師： 昨天周末在家，老師覺得胃有點泛酸，于是到樓下的藥店買藥，藥店的工作人員向我推薦了幾種胃藥，我最后選擇了“胃舒平”（向學生展示）。我需要知道什么才能預測這個藥對我來說是有效的呢？

學生1： 需要知道“胃舒平”的藥物成分，通過說明書可以知道。

教師： 很好，“胃舒平”的通用名為復方氫氧化鋁，其主要成分含氫氧化鋁、三硅酸鎂、顛茄流浸膏等。

學生2： 既然有氫氧根，那應該可以中和胃酸，但是得先確認是否真的含有氫氧化鋁。

教師： 那我們該如何操作呢？結合預習過的內容你們有沒有什么好的建議？

在此教師的策略是給出真實情境，鼓勵學生思考情境中的問題。教師通過這種方式可以將新課的主角——氫氧化鋁，與生活常見的情境關聯起來。

4.2 營造寬松環境，鼓勵學生交流

營造寬松的環境意味著課堂上要民主、鼓勵思考、包容錯誤等，在這樣的課堂上學生才會樂于表達自己的想法，提出自己的疑惑，這些都有利于學生高階思維的培養。而在教師的組織下學生展開開放式的課堂討論，是一種行之有效的方式。不同的想法、不同的疑惑本身就是很好的學習資源，在交流過程中學生既能深入思考問題，也能促進自我反思。

教師： 你能提出關于上述情境的問題嗎？可以嘗試從其主要成分入手。

學生2： 為什么要選用鋁的氫氧化物，鋁的攝入不是對健康不利嗎？

學生1： 除了氫氧化鋁，其他化學成分有沒有用？

學生3： 為什么這個藥是片劑，不做成膠囊或者沖劑？

學生4： 哈哈哈，這有什么好問的？

教師： 其實這是一個有價值的問題，有同學能想到一些原因嗎？

在教師的組織下，課堂環境寬松，學生各抒己見，提出自己的疑問，讓所有學生對自己的推理、提問等能力充滿自信。其實這些問題與氫氧化鋁的性質有著充分聯系，也關系到藥物的實際用途，通過交流討論和查閱資料可以解決相關問題。

4.3 小組分工合作，探究解決問題

實驗探究是一種重要的科學實踐活動，其本身便是化學核心素養之一，

而進行探究教學時不能僅僅關注一般過程和環節方面，將探究教學與創新能力培養通過高階思維能力建立起本質上的聯系，才能將科學探究教學與創新能力培養落到實處[10]。

以小組合作的方式進行實驗探究并解決問題，也是培養學生高階思維的一種重要方式。在探究問題時可以引導學生綜合運用所學的化學知識和技能，進行實驗設計和實驗操作，分析和解決與化學有關的實際問題，而小組的合作方式還涉及比較不同方案的優劣、與人交流改進方案、評價他人方案等過程，這些過程都會用上高階思維。

教師： 胃舒平中的化學成分很多，我們就以其中的氫氧化鋁為例，來定性檢驗其存在，請大家前后四人作為一個小組先討論問題，然后每人在紙上寫下實驗方案、所需儀器等必要內容，然后再小組討論得出一套你們認為最合理的方案，把它展示給其他小組。接著我們再由小組合作完成實驗。

在此案例中，教師除了培養學生的高階思維外，也培養了學生合作探究的能力。

對于上述三條教學策略，它們在教學中有著各自的角色，能發揮各自的作用。而更有效的做法是將它們從“孤立”到“整合”，形成一個“三位一體”的系統。設計基于真實情境的問題解決任務，學生能夠自主建構、實驗探究，轉變化學學習方式，從而在整個解決問題的能動活動中發展高階思維。

綜上所述，我國教育改革持續向前，但是培養學生高階思維的教學仍顯不足，在這個關注知識進階的時代，思維的進階也需要給予關注。本文通過回答何為高階思維，化學教學中為何要培養高階思維以及如何培養高階思維等問題，以期促進有效化學教學以培養學生的高階思維能力。

參考文獻：

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[2]Resnik， L. Education and learning to think [M]. Washington， DC： National Academy Press， 1987： 25.

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[5]Wilks， S.. Critical and creative thinking： Strategies for classroom inquiry [M]. Armidale NSW： Eleanor Curtain， 1995：6.

[6][7]中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 3， 4.

[8]湯小梅. 化學教學中高階思維訓練拓展設計[J]. 化學教學， 2017， （8）： 21～24.

[9]Lewis A.， Smith D.. Defining higher order thinking [J]. THEORY TO PRACTICE， 1993， （3）： 131～137.

[10]王磊. 基于培養學生高級思維和創新能力的化學探究教學發展趨勢[J]. 化學教育， 2014， 35（7）： 5～9.