初中化學促進學生高階思維發展的教學策略

徐承翔

科學、技術與時代的發展要求教師在認知結構、角色定位、專業發展等方面有與之相適應的變化。未來社會需要的是有高階思維能力的終身學習者，培養學生的高階思維能力成為教師課堂教學的重要任務。教師應把對學生高階思維能力的培養融合在課堂教學過程中，即課堂教學設計應涵蓋知識目標與高階思維能力目標，讓學生在習得知識的同時獲得能力提升，這也是當前基礎教育課堂教學變革的主要方向。

我國學者鐘志賢教授認為，高階思維主要是指發生在高層次認知水平上的心智活動，高階思維能力是綜合運用分析性、評價性和實踐性思維的能力，是問題解決能力、創新能力、決策力和批判思維能力的核心。

筆者發現，由于初中化學教學為學生提供理論聯系實際的機會不足，實驗及探究多是“從文字到文字”之間“靜態”的碰撞（作業、習題或紙筆測試等），而缺乏對“動態”的邏輯思維和批判性思維的訓練，導致以整體性、過程性、生成性、情境性等為重要特征的高階思維能力的培養較為欠缺，學生解決實際問題的能力、創造性思維、原創能力等較弱。筆者在教學實踐中通過對促進高階思維發展的教學活動進行實踐、思考、分析與梳理，提煉出以下相關教學策略，以期有助于提升學生的學科核心素養。

一、設計自主學習任務，強化具身認知，奠基高階思維能力

具身認知理論認為認知是身體的認知，心智是身體的心智，離開了身體，認知和心智根本就不存在。具身認知過程不只是簡單的身體感知過程，還包含感覺過程和知覺過程。該理論認為人的認知過程具有涉身性、體驗性、情境性與生產性等特點，認知結果反饋于認知、促進認知，強調主體參與，重視互動過程，關注切身體驗。因此，具身認知是人認識事物的源頭，是高階思維進階的開端。

化學是以實驗為基礎的學科，在初中化學課堂教學中要設計能引導學生主體參與的自主學習任務，通過學生“具身”的感知，多維度、多層次、全面深入地分析事物，才能引發思考、聯想和批判。

如在教學“酸堿鹽的性質”時，傳統的課堂教學往往是教師演示實驗并講解反應現象、反應規律等，之后就進入記憶鞏固階段。這樣的教學，學生接受的是事實性知識，處于被動、機械、接受的狀態，獲得的僅是低階知識。

在具身認知理論指導下，筆者設計了學生自主動手“探尋稀HCl 有哪些化學性質實驗”的學習任務，并提供相關藥品與器材，要求學生完成探尋稀HCl 能與哪些類別的物質發生反應并說明支持觀點的證據，記錄實驗過程中的疑問，小組討論疑問的解決方案。學生在任務驅動下逐步探索，提出了很多在以往課堂中沒有提過的問題，并始終處在學習、思考中，課堂學習氛圍與以往不同，教師也能從學生的證據表達、質疑交流、疑問的解決方案交流中得到學生學習成果的反饋。

如學生為了舉證稀HCl 能與哪些物質反應，在仔細觀察、區分、判斷的過程中獲取證據并組織語言表達觀點，而語言往往是學生思維的有聲表現。又如學生提出“稀HCl 與NaOH溶液反應無明顯現象，那么兩者到底有無發生化學反應”時，教師順勢引導學生思考“是否有辦法證明稀HCl 與NaOH 溶液的確發生反應，有沒有辦法證明兩者反應時哪個過量”。再如當學生提出“稀HCl 與打磨過的鋁片和未打磨的鋁片反應現象為何差異很大？若鋁片表面有AlO，生銹鐵釘表面有FeO，為何稀HCl 與未打磨的鋁片反應要過一會才能產生氣體，而稀HCl 和生銹鐵釘反應則很快就會出現氣泡”的問題時，教師順勢讓學生比較思考“在日常生活生產中為何鐵制品的銹蝕報廢比鋁制品的銹蝕報廢程度要高很多”等問題。

可見，在化學這門以實驗為基礎的學科教學中，通過強化具身認知，設計自主動手實驗，使學生不僅“身體”參與到了學習過程中，而且在“觀察→分析→尋找證據→作出判斷→發現并提出疑問→與同伴探討如何解決疑問的交流表達”過程中，讓“身體”與“學習情境、他人、自我”相互“作用、互動與結合”，激發了學習興趣，培養了良好的學習習慣和思維習慣；讓學生能自然釋放“身體”和情感，獲得鍛煉高階思維能力的機會，以高階學習帶動低階學習，完成更有意義的學習過程。

二、設計探究學習任務，突出證據推理，導向高階思維能力

“證據推理”指從問題情境及已有知識經驗中通過識別與轉換形成觀點，并多方收集證據，利用證據進行推理，從而獲得結論，解決問題。其表現在化學學習中即“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”。

通過設計適當的探究活動引導學生認識真實的世界，像“科學家”一樣思考問題、解決問題，經歷證據推理的過程，提高學生的化學學科素養；讓學生能在真實情境中發現問題、提出觀點，通過搜集和分析資料獲得證據，提升與他人交流溝通的能力，逐漸形成分析、評價、創造等高階思維能力。

“質量守恒定律”是化學學科的核心概念，也是初中化學學習的重點。而質量守恒定律內容中的“在具體的反應中判斷哪些物質參加反應，有哪些物質生成”是難點。為了在教學中突出重點、突破難點，筆者在教學實踐中設計了如下探究學習任務（見圖1），通過證據推理培養學生的高階思維能力。

圖1 質量守恒定律探究教學框架

作為情境引入的甲、乙兩個實驗，利用“反應前后質量變大或變小”來給學生制造認知沖突，引發學生提出猜想。利用活動1、活動2 中的丙、丁實驗作為“反應前后質量不變”的案例，引導學生從宏觀角度認識和理解質量守恒定律。讓學生分析丙、丁實驗的反應物和生成物；評價丙實驗是否需要放在密封裝置內進行及丁實驗是否可以放在敞口裝置內進行；對比丙、丁實驗，分析甲、乙實驗反應前后天平失去平衡的原因，為“分析在具體反應中的反應物和生成物”這個難點作鋪墊；之后再由學生改進甲、乙實驗，使之能更明顯地反映化學變化前后反應物和生成物的質量變化情況，進行“創造”層次的高階思維培養；學生以搜集到的多個實驗現象為證據，推理化學變化前后反應物和生成物的宏觀質量變化情況。利用活動3 引導學生從微觀角度理解化學變化前后質量守恒的必然性。

學生在驅動性問題——“原先平衡的杠桿或天平后來不平衡了，化學反應前后質量會發生變化嗎？”的引導下進行探究性學習，充分體驗實驗分析、推理論證的過程。通過推理論證過程，讓學生思維活動外顯，完成分析、評價、創造等高階思維訓練。在探究活動中，通過證據推理使學生建構了科學概念，通過師生互動、生生互動使教師獲得了及時的教學反饋。

三、設計真實問題解決任務，強調批判性思維，進階高階思維能力

創造能力和創新精神是人才培養的重要方面，創造力需要創新思維支撐，而創新性思維則是以批判性思維為基礎。從化學學科核心素養看，批判性思維也是科學思維這一學科核心素養的重要方面。課堂是學生學習的主陣地，教師應該充分利用課堂教學的優勢，在真實情境中營造批判性思維氛圍，在問題解決中提升學生的批判性思維能力，發展學生創新能力和創新精神，促進高級思維能力的進階。

初中學生的思維正處在幼稚與成熟的過渡時期，思維水平仍然較低，處于從直覺經驗型思維向邏輯思維的過渡，辯證的批判性思維還只是處在萌芽狀態。但是，這個時期也是培養學生批判性思維的關鍵時期，對學生思維的培養與正確引導尤為重要。因為學生在這個時期個體獨立性增強，發散思維發展較快，接觸與接受新事物較多，教師應該鼓勵他們大膽發問、提出異議、用自己的思維方式來判斷事物，甚至對他們提出的意見要尊重和包容。批判性思維的滲透和培養更有利于學生深入思考所面臨的問題，養成求真、公正、反思、開放的良好品質，激發學生的創新能力，對學生適應未來復雜的、變化的、不確定的世界有積極的促進作用。

批判性思維技能包括解釋、分析、推理、評價、說明及自我調節等。

如學習“酸堿性質”時，針對稀鹽酸和氫氧化鈉溶液反應沒有明顯現象這一情況，給學生提出問題：“你能設計多少種實驗方案證明稀鹽酸和氫氧化鈉溶液發生了反應？”“如果要進行具體操作，你會選擇哪種方案進行，為什么？”學生在解決問題時需要用到分析、推理、評價、說明等批判性思維技能。教師可以結合學生的反饋，從批判性思維技能的角度對他們進行點撥和引導，讓學生在經歷問題解決的過程中，提升分析、評價、創造等高階思維能力。

如學習“物質轉化規律”內容時，給學生呈現真實情境問題：某品牌的鈣片——“碳酸鈣D3 顆粒”的包裝上注明“每袋含鈣500 毫克”。請你設計方案并實驗，測定并分析數據，說明該產品信息的可靠性。學生需要運用物質轉化規律相關知識，設計實驗方案（包括藥品、裝置等），進行實驗，獲得數據，分析數據，依據數據進行誤差分析，根據造成誤差的原因改進實驗裝置，盡可能讓實驗結果更準確。在這樣的真實問題解決過程中，學生對藥品種類、藥品用量、裝置、誤差分析、裝置改進等方面會提出自己的想法，而對不同想法進行的判斷和抉擇就是批判性思維多項技能的訓練和提升。

四、設計新情境遷移任務，指向深層次理解，提升高階思維能力

應用性是知識的重要功能，學習知識的目的是為了理解社會、適應社會，解決日后生活和工作中遇到的問題。從認識論的角度來說，知識就是人們在實踐過程中取得的經驗的概括與總結，知識必須在“實踐—認識”的循環的過程中不斷提升價值，才能成為高價值的知識。學生學習知識也必須建立在充分理解的基礎上，只有理解了知識，才有可能去應用。UbD（Understanding by Design）理論認為，理解乃教育的目的，當教師的教學旨在使學習者理解可遷移的概念和過程，給其提供更多機會，將理解的內容應用到有意義的情境時，才更可能獲得長期的成就。而高階思維的發生可以通過設計真實的情境遷移任務，在完成任務的過程中產生的“難題或疑問”“一些困惑、混淆或懷疑”會引發學生的深層次思考，而這些問題與疑惑也會維持和引發高階思維。

如在“化合物的性質”內容中，物質鑒別及離子的特征反應是核心內容。為了使學生能應用所學知識跟實際生活生產相聯系，實施課標要求的“化學—技術—社會（CTS）”教育，筆者設計了新情境遷移任務——“黑盒探秘”，將用網上購買的皮蛋粉自制的“無鉛皮蛋”作為課堂教學材料，要求學生自己鑒定皮蛋粉里可能含有哪些成分（經測定，該皮蛋粉中除泥粉外，所含的是NaCl、NaCO、CaO 等物質，恰巧是九年級學生需要重點掌握的物質）。

學生對“黑盒探秘”任務非常感興趣，在學習過程中積極投入，思維活躍程度也比以往要高，與同伴的討論熱烈。

在這個應用知識遷移解決新問題的過程中，教師為了能引導學生達成知識的遷移和理解層次的深化，為學生提供了學習支架：①皮蛋粉中所含的物質（除泥粉外）就是本節課需要掌握的常見化合物。②皮蛋粉中所含的陽離子有Na和Ca。③制作皮蛋的注意事項：皮蛋粉倒入陶瓷或塑料的小盆里面（不要用鋁制盆）；用勺子攪拌，禁止用手直接抓拌；避免兒童接觸，不可以吞食；加冷開水攪拌成糊狀，待冷卻后，再將鴨蛋滾上一層皮蛋粉糊，密封，靜置；夏季成熟時間短，秋季成熟時間會略長。④提供的器材：溫度計、滴管、燒杯、點穴板；提供的試劑：酚酞、紫色石蕊試液、BaCl溶液、AgNO溶液、HNO溶液、HCl 溶液、NaCO溶液、澄清石灰水等。

與平時解題的感覺完全不同，“黑盒探密”新情境遷移任務使學生真正感覺到了挑戰，需要積極調動頭腦中所學知識，靈活遷移應用，還需要小組合作，發揮集體智慧，解決面對的復雜問題。在“探密”的過程中，最后能解決問題的小組普遍反映，在實踐過程中能更深刻地理解物質反應規律及離子的特征反應，頭腦中能留下更深刻的印象，而且能夠幫助有困難的小組，幫助他們分析哪個環節出現了紕漏，該如何糾正等。

核心素養背景下育人目標的變化以及未來社會所需人才素養的變化是對教師提出的挑戰。要培養具有高階思維能力的終身學習者，作為培養終身學習者的教師就要在日常的課堂教學中設計能促進學生高階思維發展的、真實情境下的學習任務，來培養學生論證、反駁、篩選、利用信息的能力，培養學生的判斷、決策能力，發展學生的高階思維。