高中化學教學中高階思維能力的培養

趙小剛

高階思維是較高認知水平層次上的心智活動或認知能力。高階思維能力是指分析、綜合、評價、創造等能力，集中體現了新時期社會對人才培養的新要求。在高中化學教學中培養學生的高階思維，需要從學生的實際情況出發，引導其在較高的認知水平層次上進行思考、分析、質疑、創造，從而提升學生的高階思維能力。思考、創新、情境、實踐是影響高中生化學學習和高階思維發展的重要因素，從以上四方面入手研究培養高階思維能力的策略，能獲得良好的培養效果，有益于高中生今后的學習與發展。

一、 高階思維能力概念

高階思維能力是高階能力的核心，具體包括創新、問題解決、決策、批判能力，集中體現了當前社會發展對高中化學教育提出的人才培養要求，是學生適應社會發展的關鍵能力。哲學領域對高階思維能力的思考是從人文科學角度出發的，強調高階思維是在發現問題至解決問題整個過程中發展而成的。心理學領域認為高階思維是寬泛的含義，而高階思維能力則是在思考過程中形成的一種較高認知層面上的認知能力。在教育學領域中，高階思維能力的研究相對較多，認為該能力主要表現在元認知、決策、批判、質疑、推理、邏輯等方面。

二、 培養高中生高階思維能力的意義

(一)學生發展的必然要求

化學源自生活、生產實踐，隨人類社會進步而不斷完善和發展。在高中化學教學中培養學生的高階思維能力，是促進學生發展的必然要求，對培養學生成為高素質人才具有重要的作用。從教學理念角度入手分析，可以了解到高階思維能力培養凸顯素養文本理念，可以助力學生的學習、實踐、創造力發展，由此幫助學生掌握分析化學問題的技巧，促進學生思維發展。

(二)激發學生的創新意識

高中化學學科具有抽象性、知識繁雜、內在規律性、實驗為基、生活性等特點。教師立足化學教學培養學生的高階思維，可以激發學生的創新意識，有助于為學生的化學學習夯實基礎，讓學生利用現有的工具和知識，解決問題、設計實驗方案、合理質疑，立足新舊知識的聯系，創造性地解決問題，形成良好的創新思維意識，為下一步學習打好基礎，積累豐富的化學創新經驗。

(三)挖掘學生的學習潛能

高中生正處于關鍵的學習時期，身上擁有無限的學習潛能有待激發。高中化學教師在教學中培養學生的高階思維，有助于挖掘學生身上的潛在學習內能，培養學生學習抽象化學知識的自信心，進而提高學生的學習質量，為其日后學習、發展夯實根基。具備高階思維能力的學生，能明晰自身化學學習的優劣之處，選擇科學方法填補自身學習缺陷，進而在努力奮斗中實現自我綜合素質發展。

(四)提升學生的思維水平

學生的思維水平是培養高階思維能力的重要基點，教師按照教學內容設計不同的思維能力培養活動，指導學生通過學習、實踐，建構高中化學知識，掌握實踐技能，可以提升學生的思維水平。高中階段學生的思維特點與其年齡特征密切相關，該階段學生已經具備了一定的邏輯推理能力，此時培養學生的高階思維，能幫助學生將零散知識串聯成嚴密的知識網絡，為下一步學習與實驗提供幫助，進而提升學生的思維水平。

三、 高中化學教學中高階思維能力的培養策略

化學課堂是培養高中生高階思維的重要場所，深入解讀教學目標與學情，可以為教學活動提供參考，能為學生的學習與實驗提供明確指引。教師應當拓展化學教學渠道，利用不同的教學環節來推進高階思維培養，引導學生由淺層次的信息獲取和分析轉為深層次的理解與運用，進而從強迫式的知識技能學習轉為有意義的思維學習，以取得良好的教學效果。以下從思考活動、創客教學、情境創設、小組實踐四個方面入手，深入探討在化學教學中培養學生高階思維能力的策略。

(一)重整思考活動，實現素養為本教學

思考活動是培養學生高階思維的重要途徑，重整思考活動，有助于實現素養為本的教學，能促進學生的高階思維能力發展。思考是化學課堂教學活動的靈魂，教師應當結合學生對基礎知識的掌握情況，向學生傳授科學方法，帶領學生分析重難點化學知識，以發展學生的高階思維。適度重構思考活動流程，讓學生在學習基礎知識的同時，從不同角度思考解決問題的技巧。此外，教師也要細心總結、歸納學習方法，讓學生經歷知識形成的全過程，使之通過主動建構化學知識、學習實踐技能，實現高階思維能力的發展。

(1)標記變價：先標出變價元素的化合價；

(2)畫出箭號：用雙箭號表示(箭號從反應物指向生成物且起止為同一元素)；

(3)注明得失：在箭號上注明電子得、失的總數。

(二)開展創客教育，培養批判質疑精神

創客教育是引領學生夯實基礎和促進高階思維發展的教育理念。開展創客教育，能拓寬高階思維能力培養的渠道，有助于激發學生的創新思維意識，培養學生良好的批判質疑精神。學生高階思維發展過程也是學生創新、質疑、批判的過程，因此，教師應當重視創客教育活動，利用與教學內容相關的創新實踐活動驅動學生學習、思考、動手操作，以培養學生良好的創新思維意識，使之形成優秀的批判質疑精神，在主動探究問題和創新實踐的過程中，發展自己的高階思維能力。

(1)堿液吸收法：工業廢氣NOx常用堿液吸收處理[n(NO2)≥n(NO)]。

(2)催化轉化法：催化劑、加熱條件下，用氨將氮氧化物轉化為無毒氣體(NO2)，或NOx與CO在一定溫度下催化轉化為無毒氣體(汽車三元催化處理原理)。

如此一來，學生通過進行創客活動，在自主探究與實驗設計環節，理解氮及其化合物應用對環境的影響，可以提出自己對環境污染及防治的觀點，增強綠色化學意識與保護生態環境的責任感。

(三)合理利用情境，構建生本化學課堂

情境是由教師創設的一種情感氛圍，能優化學生的學習體驗，可以構建生本化學課堂，讓學生在情境中學習化學知識、進行實驗探究，不斷提升自身的高階思維能力。高中化學教師應當合理利用情境，準確把握高中生的高階思維發展基點，將其置于不同的情境之中，以構建生本化學課堂，突出學生的主體學習地位。與此同時，教師要在創設情境時，有意引導學生思考問題，觀察化學實驗現象，從而為高階思維能力的培養創造契機，以發揮情境優勢，增強教學效果，幫助學生夯實重難點知識學習基礎，促進學生高階思維能力的提高。

(四)組織小組實踐，引發學生思維碰撞

小組學習是常見的教學形態，旨在利用合作探究優勢，開闊學生的學習思路，在小組成員互幫互助中增加對新知識的學習印象，學會獨立分析問題、合作解決問題，提高集體榮譽感，助力高階思維發展。高中化學教師應當結合教學內容組織學生進行小組實踐，因為教學內容是發展高階思維的關鍵載體，合理利用小組實踐活動引發學生之間的思維碰撞，不僅能營造良好的課堂教學氛圍，而且有助于充分調動學生學習化學知識的積極性，從而鍛煉學生的團隊配合能力，促進學生學習進步。

(五)開展探究學習，培養批評質疑能力

結合化學學科的特點，探究學習一般分為實驗探究和推理探究。實驗探究即先提出假設，再對假設進行驗證，最后得出事實性結論；推理探究即結合材料信息層層推論，在此基礎上培養學生的遷移能力和批判思維。在化學課堂中合理設計探究性活動，通過提出探究問題，讓學生的高階思維能力得到充分的發展。探究學習過程中，教師應充當“指導者”和“主持人”的角色，引導學生在分析問題、大膽假設中深入探究和交流。

比如，在人教版高中化學必修第一冊《鈉及其化合物》一課教學中，教師可以借助實驗組織學生展開探究學習，以掌握其物理性質和化學性質。首先，教師在課堂中先進行演示實驗，準備一份脫脂棉，包裹住約0.2g的過氧化鈉粉末，將其置于石棉網上，向脫脂棉上滴水，結果脫脂棉劇烈燃燒起來。教師可以組織學生結合實驗現象探究過氧化鈉與水反應相關的結論，圍繞“氧氣”“放熱反應”引導學生展開猜想。隨后，鼓勵學生利用氣密性良好的實驗裝置進行實驗來驗證猜想，根據氧氣的檢驗、氣密性檢查等化學實驗基本方法的運用來驗證結論。最后，教師借助學生的實驗裝置，向學生展示演示視頻：在實驗裝置的試管中逐滴加水直至固體完全溶解且不再有氣泡生成后，將試管取出向其中滴入酚酞試液，發現溶液變紅，振蕩后，紅色褪去。學生對這一現象感到好奇，認為其中可能出現了新的物質，教師可以借此組織學生探究此現象，并設計簡單的實驗來解釋試管內溶液變化的原因。這一部分具有開放性，考查了學生的實驗探究能力，讓學生在理論知識的支持下完成探究活動，促進高階思維的培養。

(六)設計變式遷移，培養學生創造意識

將所學知識內化為一種能力，是教學的主要目標之一，也是遷移水平的具體體現。教師在充分了解學生認知能力的基礎上，應盡可能為學生創造變式遷移的機會。傳統教學形式下，學生在學習過程中容易出現思維定式，在不同情境之間遷移也存在困難，影響了高階思維的發展。對此，在變式遷移設計中，教師應先摸清學生的最近發展區，結合知識與能力之間的關系，確定遷移內容和遷移順序。在變式遷移的過程中不僅可以助力學生形成良好的遷移能力，也是創造性解決問題的過程，使高階思維能力得到較好的發展。

比如，在人教版高中化學選擇性必修3有機化學基礎《高分子材料》一課教學中，教師可以借助氮化硅陶瓷設計題目，讓學生在解題中完成知識遷移。首先，教師先利用多媒體向學生展示氮化硅陶瓷的創造背景和使用途徑，設計問題：氮化硅是一種高溫陶瓷材料，其具有硬度大、熔點高，化學性質穩定等特點，工業上曾普遍采用高純度硅與純氮在1300攝氏度時反應獲得。(1)根據性質，嘗試推測氮化硅的化學式：；(2)根據性質推測氮化硅陶瓷的用途( ) A. 制汽輪機葉片 B. 制有色玻璃 C. 制永久性模具 D. 制造柴油機；(3)氮化硅陶瓷具有超強的抗腐蝕性，除氫氟酸外，不與其他有機酸反應。嘗試推測陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學方程式：；(4)現用四氯化硅和氮氣加強熱發生反應，可得較高純度的氮化硅，反應的化學方程式為。本題充分體現了“結構決定性質”“性質決定用途”這一化學思維，學生在審題過程中，需要提取題干中的有效信息，結合已掌握的知識，完成知識遷移，在分析中解答具體問題，以加深對化學新材料的認識。隨后，教師設計變式題，變式1：磷酸鈣陶瓷也是一種新型無機非金屬材料。它可以用于制造人造骨骼，這是利用了材料的( ) A. 耐高溫特性 B. 電學特性 C. 光學特性 D. 生物功能；變式2：有人說納米陶瓷是用一種被稱為納米的新物質制成的材料，你認為這句話對嗎？借助問題引導學生思維發散，在分析、探究和創造中逐漸形成高階思維。

(七)建立思維導圖，促進學生知識遷移

思維導圖是可視化教學的主要工具，將思維過程用圖示工具表現出來，突出知識獲得、轉換之間的聯系。傳統化學教學中，教師多是在課堂總結或復習中展示思維導圖，學生缺乏參與性，難以借此深入了解知識。對此，在實際教學中，教師應在探究性活動中，合理運用結構化圖形來展現思維的發展過程，能有效提升學生的信息分析和轉化能力，讓學生想象力和創造力也得到發展。

比如，在人教版高中化學必修第二冊《基本營養物質》一課教學中，教師在講解“糖類”相關知識時，可以在引導學生探究的同時構建思維導圖，以實現知識遷移的目的。首先，教師組織學生分析糖類代表物的化學組成，發現單糖、雙糖、多糖的元素組成相同，均由C、H、O三種元素組成，并利用思維導圖列出它們之間的從屬關系，再組織學生探究分子結構特點，以小組討論的形式總結歸納糖類的結構特點。隨后，教師引入現實生活中的問題：隨著現代工業的發展，能源問題逐漸引起了人們的重視，科學家預言綠色植物將是未來最理想的材料。結合問題背景引導學生思考：綠色植物的秸稈如何轉化為乙醇？方程式是什么？借助流程圖列舉二者之間轉換的順序，秸稈經過淀粉酶處理后可以得到葡萄糖，再經過酵母發酵得到生物乙醇，進而讓學生的思維也跟隨思維導圖變換，以便掌握知識的生成過程。由此，在教學中合理運用思維導圖，學生能對知識點形成更直觀的認識和理解，并通過分析思維導圖的從屬關系，深化對知識點之間關系的掌握，構建完善的知識結構，進而促進高階思維能力的形成。

四、 結語

高階思維能力的培養對高中生的化學學習與未來可持續發展有深遠影響。在化學教學中培養高中生的高階思維能力，是促進學生創新發展的必然要求，可以激發學生的創新意識，深入挖掘其潛能，促進其思維水平提升。高中化學教師重整課堂思維活動，開展創客教學，能實現以素養為本的教學，培養高中生優秀的批判與質疑精神。同時，教師利用教學情境，組織學生進行小組實踐，構建以生為本的化學課堂，合理引發學生的思維碰撞，可以取得良好的高階思維能力培養效果。