談高階思維視角下科學教學設計策略

馮茹

[摘 要]高階思維能力是指一種認知能力和邏輯能力相對較高的，可以綜合理解、分析、運用思維的能力?？茖W素養包含各個方面，其中一項即是發展學生的思維能力。以蘇教版小學科學四年級《冷熱與溫度》為例，談如何從“優化教學目標”“設計問題串”“抓住錯誤時機”這三個教學策略出發，發展學生的高階思維。

[關鍵詞]高階思維;科學教學;設計策略

[中圖分類號] G623.6[文獻標識碼] A[文章編號] 1007-9068（2021）27-0079-02

高階思維能力是指一種認知能力和邏輯能力相對較高的，可以綜合理解、分析、運用思維的能力。在科學課上，培養學生的高階思維能力，主要有四個載體：研究問題、實踐活動、評價的實施、技能的應用。其中，問題是起點，在問題的研究中，可以使學生保持長期的思考;活動的設計可以使學生的思考過程轉移到實踐探究;評價是指學生對探究過程是否合理、實驗數據是否正確的一種批判;在得到可以實證的結論后，學生可以獲得一種技能，并將其應用到生活中。這四個過程可以培養學生的批判性思維、策略性思維、創新性思維等。

那么，在教學實踐中，如何培養學生的高階思維呢？筆者在執教四年級科學《冷熱與溫度》一課時，嘗試用“優化學生思維發展的教學目標”“探究性問題串的設計策略”“巧用容錯，加強對實驗數據的分析”的方式發展學生的高階思維。

一、優化教學目標，提高思維深度

在制定教學目標時，教師應結合科學學科性質和學生的實際情況對教學目標進行適當的調整，并根據教學目標對教學內容進行科學加工，從而使學生的思維得到有層次地發展。

《冷熱與溫度》一課的原教學目標如下：（1）使學生知道如何正確使用溫度計測水溫。（2）能夠連續測量一杯熱水的溫度變化并分時段記錄數據。（3）根據記錄的數據概括熱水變涼的規律。筆者認為，這樣的教學目標看似合理，實則忽略了對學生高階思維的培養，主要表現在：（1）注重學生對實驗操作技能的掌握，探究活動多，缺少思維加工的過程。（2）學生在連續測量進行探究活動時，局限于知道、理解如何連續測量一杯熱水的溫度，并發現溫度的變化，思維深度不足?？傊?，原教學目標過于簡單，沒有突出思維的重要性，難以有效促進學生高階思維能力的發展。

為此，筆者基于學生思維發展的層次性對本課的教學目標進行了優化：（1）重視數據分析，知道可靠數據是科學實驗成功的基礎。（2）用科學的方法設計實驗來探究熱水變涼的規律，通過分析實驗數據得出結論。通過對數據的分析，學生知道什么樣的數據是可靠的、能利用的;同時，對錯誤數據的分析，可以為學生重新設計實驗做好鋪墊。這樣的目標制定，更能促進學生科學探究意識的培養和高階思維的發展。

二、設計問題串，提供思維支架

問題串就是跟隨情境提出的一連串的問題，每個問題都是學生思維上升的階梯。好的問題串可以引導學生逐步深入地分析和解決問題，有效提升學生的思維發展和科學素養。本課的重點是先讓學生猜測熱水變涼的過程有沒有規律，然后圍繞自己的猜測去設計實驗進行探究。筆者從四年級學生的年齡、認知、思維特點出發，設置積極的、具體的、有層次的問題串，引導學生建立不同概念之間的聯系。

教學片段：

教師讓學生代表1測量一杯熱水的溫度，并觀察紅色液柱的變化。

師：你看到紅色的液柱有什么變化？

生：上升了。

師：回答得很好！那么，能具體描述一下液柱上升時的速度是如何變化的么？

生：先是很快上升，然后變慢了，最后不動了。

師小結：剛才液柱上升的規律很明顯，先快后慢，最后不動了。那它會一直停在這個位置么？

生：不會的，過一會熱水會變涼，液柱就會下降。

師：那你們猜猜看，液柱下降的速度（溫度下降的速度）有沒有規律呢？

生1：可能和液柱上升的規律一樣，先是很快，然后變慢，最后不動。

生2：可能先很慢下降，然后很快下降。

生3：可能一直很快的下降。

生4：可能勻速下降，也可能慢慢地下降。

在這一教學片段中，筆者首先制造條件，讓學生觀察熱水中紅色液柱的變化情況，獲得“測量熱水溫度時液柱上升的規律變化”的前概念，這時，他們對溫度的變化有了一個比較直觀的印象。接著，筆者引導全體學生合理的推斷熱水下降時的規律。筆者設計的問題串是：

（1）用溫度計測量熱水溫度時，液柱有什么變化？

（2）液柱上升時的速度是如何變化的？

（3）液柱會一直穩定在這個位置么？

（4）推測熱水溫度變涼時，液柱下降的速度是如何的？

問題（2）（3）（4）是在問題（1）的基礎上提出，整個問題串呈遞進的關系。其中，問題（1）主要考查學生對一種實驗現象的陳述，屬于低階思維，而問題（4）是學生在問題（2）的基礎上，對另外一種未知實驗現象的推斷，屬于高階思維。由此可見，低階思維和高階思維是互相轉化的，教師可以利用有層次的問題串引發學生深度的、復雜的思考，為學生高階思維的發展提供支架。

三、抓住錯誤時機，激發思維火花

在教學中，教師要把學生出現的錯誤當作難得的資源，并加以運用。例如，當某一學生發表了自己“錯誤”的觀點后，教師并不急于否定，而是給學生足夠時間思考，逐步引導學生識錯、議錯、糾錯。這個過程可以培養學生的批判性思維，使學生學會批判，在批判中培養學生的創新思維能力。

教學片段：初步分析數據，發現問題

教師分別給每組準備一杯熱水。小組成員按照從1號到6號的順序依次測量水溫，并分別做好記錄，活動結束后引導學生分析數據。

案例1：某組的1號同學測量的溫度低，2號同學測量的溫度反而高了。

師：大家覺得這樣的數據合理么？為什么？

生：不合理，因為熱水會變涼的，所以第一個測量的同學記錄的數據是最高的，而后面測量的同學記錄的數據應該會變低的。

師：出現這樣的原因可能是什么？

生1：可能沒有等到液柱穩定就讀數了。

生2：也有可能他們讀數時視線沒有平視刻度線。

案例2：某組1號同學測量的數據和6號同學測量的數據差距不明顯。

師：請同學們相互討論并思考下列問題。

（1）在預測熱水溫度下降的規律時，你打算怎樣分析這6個數據？

（2）為什么會出現數據之間太接近甚至一模一樣的情況？

（3）你打算如何重新設計實驗？

生討論后匯報。

生1：分析這6個數據的規律時，可以前后數據相減。

生2：數據太接近甚至一模一樣是因為間隔時間太短了。

生3：我打算重新設計實驗時要保證有一定的時間間隔，間隔時間要相同，而且長短要合適，比如我們組認為間隔時間可以設置為兩分鐘。

……

高階思維總是從低級思維逐漸發展的，因此，這一教學環節，首先強調了學生的實驗操作技能，并沒有思維的深度加工，屬于低階思維。接著，學生在分析數據之間有沒有規律，并說明自己是如何分析的，這一環節體現了學生的思辨過程，屬于高階思維。

顯然，在第一次測量熱水溫度的活動中，學生記錄的數據是有問題的，通過分析有錯誤的數據，學生可以為接下來重新設計實驗做好鋪墊。在案例1中，1號同學測量的溫度比2號同學測量的溫度低，這一錯誤的數據可以使學生重新審視自己的操作是否規范。在案例2中，出現溫度數值太接近甚至一模一樣的情況。這時，教師可以讓學生分析可能的原因是什么。全班學生都參與了這一探究活動，他們清楚這一測量過程是1號到6號同學輪流進行的，也就是有間隔的測量，所以大多數學生都可以想到是測量時間間隔太短導致數據太接近。這時，教師再順勢追問：“你如何把握時間間隔？”經過學生對數據的討論分析，他們便清楚設計熱水變涼規律的實驗要滿足兩個條件：間隔時間要長短合適、間隔時間要相同。學生也會明白在實驗的過程中要注意哪些細節，如第一次讀數要等到液柱穩定、操作要規范、溫度計要固定、需要計時器等。

通過教師的引導，學生可以找到錯誤的根源，為接下來自主設計實驗探究熱水變涼的過程提供了更為清晰的思路?？梢?，錯誤也是課堂中的一種寶貴資源，只要合理利用，就會得到意想不到的教學效果。在學生初次輪流測量熱水溫度時，教師讓學生分析數據之間是否有規律，大部分學生不會找出規律。接著，教師再引導學生分析原因，學生會逐步認識到初次測量的錯誤操作。在識錯的基礎上，教師再引導學生分析錯誤，最終使得他們糾正錯誤，重新設計實驗。這一環節發展了學生的批判性思維和創新性思維。由此可見，“巧用容錯”可以使學生的思維呈現出螺旋上升趨勢，幫助發展學生的高階思維。

綜上所述，高階思維的課堂并不是盲目地追求知識的數量和難度，而是關注學生在學科能力、推理能力、問題解決能力、在核心素養等方面的發展。每個兒童都具有自己的獨特性，他們對這個世界充滿了好奇心，具有與生俱來的探究學習的天性。在科學課堂上，教師應該保護學生的這種好奇心和探究欲望。這就要求我們每一位科學教師遵循兒童的天性，不斷創造良好的探究情境，使學生真正享受到學習給他們帶來的愉悅和成就感。如此一來，我們就可以打造真正的高階思維課堂。

（責編 韋淑紅）