基于高階思維的科學關鍵能力的培養

“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。培養學生創新精神和實踐能力，則有賴于學生的高階思維。然而，當前教學中對高階思維和關鍵能力的認識仍存在著不少誤區，如知識本位下的課堂教學漠視高階思維的培養、空談高階思維卻忽視關鍵能力的提升、高階思維與關鍵能力無法有機聯系在一起等。因此，本文以浙教版科學九年級上冊第三章《物體的內能》為例，闡述如何促進高階思維發展，提升學科關鍵能力的路徑和方法。

一、對已有教學經驗的反思

內能是初中科學的核心概念之一，又因極富抽象性的特點，故被公認為初中階段較難理解的科學概念之一。通常較為普遍的教學思路是：先是讓學生通過類比機械能建立內能的概念，結合分子運動論的相關知識從微觀角度理解內能的內涵，再通過實驗歸納得出內能可有兩種改變途徑，即做功和熱傳遞，接著再認識做功、熱傳遞的等效性，最后輔以練習、對話、糾錯以達落實。

然而，這種教學思路多半是建立在教師對已有成熟的物理科學體系上理解教材，再將教學內容以半加工的形式呈現給學生，而學生也停留在識記知識、理解知識、簡單應用等低階認知為主，從而忽視了學生的主觀能動性，因此本質上仍屬于知識本位的講授課堂，客觀上也加大了學生學習內能的難度。

基于以上的分析，圍繞科學關鍵能力的培養這一研討主題，筆者在市教研院舉辦的研修班內進行了公開實踐和探索。

二、優化教學目標

根據課程標準，結合教材和學情，把高階思維和關鍵能力的培養放在首要地位，制訂了以下教學目標。

1.通過橡皮筋實驗的觀察學會發現值得探究的問題，提高提煉、表述科學問題的能力。

2.通過與機械能的類比，結合分子運動論的基本觀點，學會從宏觀到微觀構建內能的概念。

3.通過一系列實驗的事實與分析，能根據物體溫度變化來判斷內能的變化，歸納總結出做功和熱傳遞都是改變物體內能的途徑，并能區分功和熱傳遞，理解做功和熱傳遞改變內能的實質和熱功等效。

4.通過運用內能變化原理解釋實驗和生活現象，再次領悟轉換、類比等科學方法，以及運用判斷、區分、舉證、整合、歸因等高階思維提高“科學地解釋現象”“解釋數據和證據”“評價與設計實驗方案”等學科關鍵能力。

三、教學過程描述

1.確立科學問題

任務一：橡皮筋實驗(反復拉伸橡皮筋，瞬間將橡皮筋緊貼額頭)，說出額頭的感受，并提出一個感興趣的科學問題。

歸納，整理，聚焦：

(1)為什么皮膚接觸到橡皮筋時，會感覺到熱？

(2)為什么橡皮筋經過反復拉伸后，溫度會升高？

2.解釋科學現象

任務二：根據生活實例分析熱傳遞中物體溫度的變化，得出熱傳遞的規律。

核心問題一：為什么皮膚接觸到橡皮筋時，會感覺到熱？

學生回答：因為皮膚和橡皮筋之間發生了熱傳遞。

【師】結合上述問題，請思考并回答以下幾個問題：

(1)水和勺子之間有沒有熱傳遞？證據呢？

(2)水和勺子為什么可以發生熱傳遞？

(3)表示勺子溫度變化的曲線是a還是b？

(4)本實驗中還有哪些部位也發生了熱傳遞？

【歸納】：熱傳遞的過程實質上是內能從高溫物體傳遞到低溫物體，或者從同一物體的高溫部分傳遞到低溫部分。

3.歸納科學規律

核心問題二：為什么橡皮筋經過反復拉伸后，溫度會升高？

假設并判斷：

(1)空氣和橡皮筋之間發生了熱傳遞，橡皮筋吸收了空氣的熱量，溫度升高；

(2)手和橡皮筋之間發生了熱傳遞，橡皮筋吸收了手的熱量，溫度升高；

(3)手對橡皮筋做了功，橡皮筋溫度升高。

學生思考并討論，排除了前兩種假設，并初步得出對物體做功，物體內能會增大。為了說明這一結論具有普適性，需要大量實驗驗證。

4.解釋科學證據

任務四：利用已有的實驗器材，設計實驗檢驗物體對外做功，內能減小。

思考并小組討論：

(1)如何能使瓶內氣體對瓶塞做功？

(2)如何能感知氣體做功后內能減小？

5.宏觀微觀，構建完整概念

任務五：閱讀并類比得出分子具有動勢能。核心問題三：為什么溫度會影響物體的內能呢？

【師生歸納】我們把物體內部所有分子熱運動的動能和勢能的總和叫作物體的內能。當一個物體溫度升高時，分子運動速度加快，分子動能增大，構成這個物體的所有分子動能總和增大，最終物體的內能增大。

四、問題與討論

1.高階思維與關鍵能力的聯系

運用高階思維是提升關鍵能力的前提；而如果沒有升華為關鍵能力的提升，空有高階思維也勢必偏離了方向，就像一個人守著金山銀山而不懂得怎樣去花，所以關鍵能力是高階思維發展的歸宿，同時也是試金石。

2.促進學生高階思維發展的基本路徑

在科學教學過程中高階思維的發展路徑大體要經歷從感性上升為理性的過程。由于學生發展的內因是他們與生俱來的好奇心與求知欲，因此引入階段可為學生提供豐富有趣的感性材料，引導學生基于現象進行分析、抽象、概括和建立模型，幫助學生根據實驗現象進行分析歸納，或運用已學知識完成演繹推理，在此基礎上，指導學生合理運用和拓展知識，開展小組合作設計實驗方案和實驗器材等活動，在知識應用和科學實踐中活躍批判性思維和創新思維，逐步實現高階思維的發展。

綜上所述，當前，我們所提倡的科學學科關鍵能力實質是高階思維的外顯形態，隨著課堂變革的深入，人們越來越清醒地意識到這兩者的重要性，而它們從幕后走向前臺最直接的好處在于教育教學質量的提升，在剛過去的九年級期末考試中，恰逢一道說理題，既考查了內能，又考查了諸多學科關鍵能力。