高中生物學教學中高階思維能力的培養
——以“探討加酶洗衣粉的洗滌效果”為例*

丁 婷 曹燕波

（江蘇省無錫市輔仁高級中學 江蘇無錫 214123）

當今世界，科學技術迅猛發展，科學教育的重要性愈發突顯?！渡镎n程標準（解讀）》中提到，科學教育的基本任務是培養學生必備的、可持續發展的科學素養。其中關于“生物科學素養”的論述是：“科學素養可以增加人們的觀察事物的能力，思考問題的能力，創造性的解決問題的能力，具有批判性思維的能力以及在團隊中的合作能力等。”這些能力都是高階思維能力的體現?？梢妼W生科學素養培養的核心之一在于對學生高階思維能力的培養。

對于高階思維（high-order thinking，HOTS），不同的學者提出了不同的說法。美國著名教育學家布魯姆（B.S.Bloom）發表“認知領域教育目標分類”，依據思維方式的復雜程度，將思維分成從低層次到高層次、從簡單到復雜的6個思維層次，即知道（knowledge）、領會（comprehension）、應用（application）、分析（analysis）、綜合（synthesis）、評價（evaluation）。其中分析、綜合和評價為“高階思維”［1］。國內對于高階思維能力的研究大都以鐘志賢教授的高階學習理論為基礎。鐘志賢教授認為，所謂高階思維，是指發生在較高認知水平層次上的心智活動或較高層次的認知能力，高階思維能力主要由問題求解、決策、批判性思維、創造性思維四大能力構成［2］。

本文以“探討加酶洗衣粉的洗滌效果”的教學實踐為例，探討如何培養學生分析、綜合、評價和創新的高階思維能力。

1 創設思維情境，培養分析能力

最適合思維的教學，是以思維為基礎的問題教學，問題能促進學生高階思維能力的形成。學生在分析問題、解決問題的過程中，既獲得知識和技能，又培養了發現問題的能力。因此第1課時的教學重點是引導學生進行問題分析，掌握探究實驗設計的核心要點。

首先，通過一段加酶洗衣粉的廣告導入新課，教師簡單介紹加酶洗衣粉的主要成分及其作用：表面活性劑具有濕潤、乳化、混懸、起泡的作用，可去除衣物污漬；水軟化劑例如三聚磷酸鈉會優先與鈣離子、鎂離子等結合，防止表面活性劑與水中的鈣、鎂離子結合形成沉淀而失活，提高表面活性劑的利用率；酶制劑可降低表面活性劑和三聚磷酸鈉的用量，其中常用的堿性蛋白酶、堿性脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶能將難溶于水的大分子物質水解為可溶于水的小分子物質，使洗衣粉具有更好的去污能力。然后，教師引導學生聯系生活實際，并回顧已經學過的有關酶的知識，探討影響加酶洗衣粉洗滌效果的因素。學生總結得出影響加酶洗衣粉洗滌效果的主要因素包括：溫度、pH、洗滌時間、洗衣粉的用量、水量、衣物的大小和質地等。教師補充資料：研究表明，含有上述多種酶的復合酶的最適反應溫度為45℃，最適pH為10.0，在溫度20～60℃、pH9～10范圍內均具有良好的穩定性［3］。教師順勢提出“探討加酶洗衣粉的洗滌效果”這一大課題可細化成許多個子課題，然后指導學生4～5人為一組決定一個想要探究的子課題，例如 “探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉對污漬的洗滌效果的不同”“探究不同溫度對加酶洗衣粉洗滌效果的影響”“探究同種加酶洗衣粉對不同種污漬的洗滌效果”等。

實驗設計的過程其實也是將先前實驗經驗遷移的過程。為了訓練學生能科學、系統地設計實驗，教師需為學生的實驗設計提供科學的引導?？商岢鲆韵聨讉€問題：1）小組的探究實驗需要用到哪些材料和用具？2）該實驗的自變量是什么？如何設置？3）該實驗的因變量是什么？選擇怎樣的觀察指標？4）該實驗有哪些無關變量？如何控制？5）該實驗是否需要設置對照？如果需要，怎樣設置？

學生結合本組的課題獨立分析上述問題，教師請幾位學生依次作出回答。期間，教師要注意對以下幾個問題的引導：1）設置溫度梯度時既要考慮酶的最適溫度，也要考慮當地一年中的實際氣溫變化；2）要選擇一個客觀的觀察指標評價洗滌效果；3）要確定合適的用水量、洗衣粉用量和布料大小。

2 整合思維亮點，培養綜合能力

通過第1課時的問題分析，學生對于自選課題的實驗設計已有了大致的思路，幾位學生的發言也讓其他人發現了自己思維上的漏洞。于是教師要求學生小組利用課余時間相互討論，合作撰寫一份自選課題的實驗設計方案，方案中應包括實驗課題、實驗材料、方法步驟、實驗結果記錄表格等，以電子稿或手寫稿的形式提交，同時鼓勵學生利用周末時間按照本組實驗方案開展實驗，用相機拍下實驗過程（圖1），在第2節課上展示實驗方案和實驗照片。

圖1 學生實驗“探究同種加酶洗衣粉對不同污漬（醬油、墨水、紅酒）的洗滌效果”

合作學習提倡“個人爭論+互相合作”，小組成員相互交流自己對于實驗設計的想法，學習和綜合不同組員看待問題、思考問題的不同方法，可以不斷地促進對問題積極的思維，還可以有更多的情感體驗，最終達到一起成長、一起進步的目的。

3 引導思維碰撞，培養評價能力

第2課時的教學重點是各小組展示實驗方案，師生共同探討分析、評價改進。在教學過程中，教師鼓勵學生小組相互評價，提出改進建議，教師可作適當引導，例如可建議學生從無關變量考慮是否全面、實驗步驟的順序是否合理、實驗記錄表格是否完整等方面評價。每個小組在設計方案時都或多或少會有漏洞，在這節課上，學生除了對其他小組的方案作出評價，還可以對自己的學習結果進行自我判斷與分析，及時自我糾正，取長補短，完善本組的實驗方案。

教師要關注學生在課堂上的表現，及時給予鼓勵，調動學生學習的主觀能動性，使學生看到自己的優點和不足。在評價內容上，應該堅持多元化的思想，既要關注結果，又要重視過程，更要鼓勵創新的思想。對于存在明顯問題的實驗方案也要進行鼓勵、肯定，再引導學生找到改進之處［4］。教師要留有充足的時間讓學生展示、討論，若1課時不夠可再延長1節課，讓每個小組都能上臺匯報交流。課后，教師可將部分照片打印后在學習園地中展示，讓學生充分體驗成功感。

4 激發思維靈感，培養創新能力

素質教育是以培養學生創新能力為重點的教育，在探究性學習中教師要鼓勵學生提出除教材所列的3個子課題外自己感興趣的實驗課題，引導學生反復深入地思考問題，不拘泥于教材，不依循于常規，激發學生的求異思維、多向思維，培養學生的創新能力和敢于質疑的精神［5］。在展示課上要大力宣揚實驗設計的獨到之處，讓每位學生的聰明才智得到發揮。

圖2 學生實驗“探究不同溫度下加酶洗衣粉去除醬油污漬效果的區別”

例如有的學生提出在實驗室條件下模擬洗滌過程，可使用可控溫的磁力攪拌器以相同速度攪拌相同時間。有的小組通過設置重復實驗使結論更具有說服力（表1、圖2）。有的學生提出探究加酶洗衣粉使用的最適溫度時，可先設置較大的溫度梯度，然后根據預實驗結果設置更小的溫度梯度。有的方案中提出在同一塊布條的不同位置分別滴加食用油、酸奶、墨水，按同樣的方法處理多塊布條，探究不同牌子的加酶洗衣粉對不同污漬的洗滌效果。有的學生設計了如下的實驗結果記錄表（表2），提出空格中以 x（y）形式填寫，x 表示其在同行中洗滌效果等級，y表示其在同列中洗滌效果等級，用1～4等表示，1等最好，4等最差。

表1 “探究不同溫度下加酶洗衣粉去除醬油污漬效果的區別”實驗結果

表2 學生設計的實驗結果記錄表格

匯報課結束后，教師要求各組修改自己的實驗方案，并鼓勵學生提出與教材不同的新思路、新設計、新方法，引發學生提出新的問題，保持學生的創新熱情。

對學生進行高階思維能力的培養，應貫穿于課堂教學的全過程，要突出學生的主體性，改變學生被動接受的狀態，融合各種教學資源，培養學生發現問題、解決問題、合作交流、反思評價和創新實踐能力。