基于“問-想-做-評”模式下的高中生化學(xué)高階思維的實踐研究

張婉芳 孔祥斌

【摘要】文章主要結(jié)合“問-想-做-評”模式的概述，通過分析化學(xué)高階思維，提出基于“問-想-做-評”模式并聯(lián)合運用矩道虛擬實驗室進(jìn)行教學(xué)實踐的策略，以有效培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，旨在為相關(guān)教育者提供一定參考。

【關(guān)鍵詞】“問-想-做-評”模式；高中生；化學(xué)高階思維

高中生化學(xué)高階思維要求學(xué)生在解決復(fù)雜化學(xué)問題過程中要能夠立足能量守恒、化學(xué)平衡、宏微結(jié)合等視角，通過化學(xué)模型、語言及實驗等手段，以評價、推理、抽象、歸納以及分析等方法，深化理解化學(xué)知識原理，逐漸發(fā)展創(chuàng)造性思維、批判性思維等高階思維能力。在高中生化學(xué)高階思維培養(yǎng)過程中，可積極應(yīng)用“問-想-做-評”這一有效的教學(xué)模式，并結(jié)合矩道軟件建立VR/3D虛擬仿真實驗室，和課堂相融合促進(jìn)虛實相補，引導(dǎo)并鼓勵學(xué)生推陳出新，勇于打破常規(guī)，提出不同的意見及想法，有效培養(yǎng)其創(chuàng)新精神及發(fā)散性思維。

一、“問-想-做-評”模式概述

“問-想-做-評”教學(xué)模式當(dāng)中的“問”主要是設(shè)問以及提問，在問題設(shè)置過程中，需要教師充分研究教學(xué)內(nèi)容，基于教材知識以及學(xué)生學(xué)情優(yōu)化設(shè)置問題，并要在教學(xué)期間合理選擇提問時機，所提問題要促進(jìn)學(xué)生深入思考，避免提問過于簡單的記憶類問題，相關(guān)問題要具有一定開放性、啟迪性以及發(fā)散性，可讓學(xué)生在思考過程中發(fā)展高階思維；“想”主要是猜想、聯(lián)想以及思考，此部分要著重凸顯學(xué)生的主體地位，實際教學(xué)中要關(guān)注為學(xué)生提供充足的思考及想象空間與時間，并要在學(xué)生思考期間提供有效指導(dǎo)，幫助學(xué)生把握正確方向，還要鼓勵其突破固化思維，勇于質(zhì)疑與創(chuàng)新，以有效培養(yǎng)其批判性以及創(chuàng)造性思維；“做”主要是讓學(xué)生在各種教學(xué)活動當(dāng)中進(jìn)行實踐，實現(xiàn)做中學(xué)，并體現(xiàn)邊想邊做，通過實踐操作找到解決問題的方法[1]。在“做”過程中，可組織學(xué)生進(jìn)行多樣化的探究活動，像競答以及辯論等，或者進(jìn)行演講、實驗操作、表演以及書寫等，重點是通過各類可用資源找出問題解決路徑，培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力。“評”即為評價，主要是師生協(xié)同制定評價標(biāo)準(zhǔn)，并由師生共同參與評價，經(jīng)過多方交流和討論得出更客觀、全面的評價結(jié)果。在“評”的過程中，學(xué)生間可發(fā)生思維碰撞，促進(jìn)學(xué)生思維不斷成長與完善。

二、化學(xué)高階思維分析

對于高中生來說，其化學(xué)高階思維包括多個組成部分和維度，不同結(jié)構(gòu)之間存在密切關(guān)聯(lián)，并相互發(fā)揮作用，而且不同思維要素有著不同的能力要求，主要包括以下幾種。

1.化學(xué)實驗思維

要求學(xué)生在解決化學(xué)實驗問題過程中要能立足整體層面整理相關(guān)信息，并進(jìn)行信息整合與分析，作出抽象概括，從而對實驗問題有深刻理解。還要在化學(xué)實驗開展過程中，根據(jù)所學(xué)知識以及既有經(jīng)驗優(yōu)化選定試劑、裝置，合理選擇實驗方法，對實驗中的變量予以控制，逐漸建立科學(xué)、全面的實驗方案，而且要考慮實驗過程中可能出現(xiàn)的意外情況，預(yù)先做好準(zhǔn)備工作，保證實驗?zāi)軌蝽樌野踩瓿伞?/p>

2.化學(xué)模型思維

主要要求學(xué)生在面對具有較高復(fù)雜度的化學(xué)問題過程中，要合理選定模型予以解決或作出解釋，同時要能夠?qū)栴}情境當(dāng)中所涉及的重點因素展開深入分析，合理建立問題分析模型，明確模型表現(xiàn)出的局限性，結(jié)合運用所學(xué)知識及經(jīng)驗持續(xù)優(yōu)化模型。

3.化學(xué)微觀思維

要求學(xué)生在解決復(fù)雜化學(xué)問題過程中要能對其中所涉及的物質(zhì)化學(xué)變化以及能量轉(zhuǎn)化進(jìn)行深入分析，并把握微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)相互之間存在的關(guān)聯(lián)，以物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)對物質(zhì)所表現(xiàn)出的性質(zhì)做出合理預(yù)測，分析特定條件之下可能出現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)及變化，還要結(jié)合微觀以及宏觀視角闡釋物質(zhì)和所發(fā)生的變化，適當(dāng)予以分類。

4.化學(xué)創(chuàng)新思維

具體要求學(xué)生可結(jié)合實際情況以及相關(guān)知識、資料提出探究性問題，做出合理假設(shè)，并圍繞假設(shè)制定多元化、合理化的探究方案，通過方案評估以及優(yōu)化有效處理實驗信息，并要通過圖表、數(shù)據(jù)以及符號等方式呈現(xiàn)出來，而且要在化學(xué)實驗過程中根據(jù)既有結(jié)論以及所出現(xiàn)的異常情況作出反思，結(jié)合所學(xué)知識提出自己的疑問，并做出新的設(shè)想，為后續(xù)實驗研究奠定基礎(chǔ)[2]。

三、基于“問-想-做-評”模式的高中生化學(xué)高階思維培養(yǎng)實踐策略

1.巧妙設(shè)置情境與問題，激發(fā)學(xué)生探究意識

在高中化學(xué)教學(xué)過程中，為通過建立“問-想-做-評”模式培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)高階思維，首先要精心設(shè)問，通過創(chuàng)設(shè)合理、生動、多元化的問題情境，為學(xué)生營造濃郁的思考氛圍，使其基于既有經(jīng)驗以及所學(xué)知識進(jìn)行問題探究與解決。教師在創(chuàng)設(shè)問題情境過程中，要對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深入分析和梳理，注重創(chuàng)設(shè)蘊含多樣化元素的問題情境，相關(guān)問題要具有一定啟發(fā)性以及開放性，而且在問題情境創(chuàng)設(shè)過程中可靈活應(yīng)用化學(xué)實驗、化學(xué)史以及化學(xué)相關(guān)故事等，有效培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維。

比如在化學(xué)教學(xué)期間進(jìn)行滴水生火實驗，教師可先利用矩道軟件創(chuàng)設(shè)VR/3D虛擬仿真實驗，在虛擬仿真實驗當(dāng)中融合大量教學(xué)資源，促進(jìn)學(xué)生沉浸在虛擬實驗場景當(dāng)中，基于此展開互動化、探究式以及體驗式學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展高階思維。如通過軟件為學(xué)生營造VR/3D滴水生火實驗場景后，引導(dǎo)學(xué)生在逼真的虛擬實驗場景中認(rèn)真觀察實驗現(xiàn)象，并在觀察結(jié)束后適時拋出問題：怎么會著火？是什么原因?qū)е轮穑窟M(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象以及所學(xué)知識和經(jīng)驗創(chuàng)設(shè)實驗方案，通過實驗驗證自身猜想。矩道軟件集成了VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及多媒體處理技術(shù)，在教學(xué)中可有效創(chuàng)新與優(yōu)化知識呈現(xiàn)方式，學(xué)生在戴上VR裝置之后，將脫離宏觀世界走進(jìn)微觀粒子世界，更細(xì)致、直觀地觀察化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)學(xué)生摘下裝置，可再次回到真實世界，因為VR具有交互性以及沉浸式等特征，可使課堂從二維變?yōu)槿S，使學(xué)生在虛實結(jié)合之間深化理解化學(xué)知識原理，在身臨其境中可視化地感受抽象知識概念，促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成高階化學(xué)思維。

又比如在“氯氣的性質(zhì)”教學(xué)期間，教師可先進(jìn)行情境創(chuàng)設(shè)，如：在新冠疫情暴發(fā)期間，人們常用消毒劑進(jìn)行消毒，而且在相關(guān)通知和文件當(dāng)中都提出人們可用含氯消毒劑進(jìn)行日常消毒，那么為何氯可作為消毒劑呢？人們是怎么發(fā)現(xiàn)氯元素的？通過創(chuàng)設(shè)和學(xué)生親身經(jīng)歷及日常生活息息相關(guān)的教學(xué)情境，可有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并在相關(guān)問題的引導(dǎo)下深入探索知識原理。在相關(guān)問題解決中，教師可適時為學(xué)生介紹氯氣被發(fā)現(xiàn)的化學(xué)史，相關(guān)化學(xué)史中不止包含一位科學(xué)家，而是在多位科學(xué)家協(xié)同努力之下經(jīng)過多年驗證才確認(rèn)氯屬于一種新型化學(xué)元素。通過引入科學(xué)家如何發(fā)現(xiàn)氯氣的化學(xué)史，可啟迪學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)家們堅持不懈、勇于探究的精神。

2.鼓勵學(xué)生創(chuàng)新與質(zhì)疑，促進(jìn)學(xué)生類比想象

“問-想-做-評”教學(xué)模式建立過程中的“想”，主要是讓學(xué)生進(jìn)行聯(lián)想以及思考，此環(huán)節(jié)教學(xué)期間，教師要圍繞教學(xué)目標(biāo)指導(dǎo)學(xué)生堅持一定方向展開創(chuàng)新性思考，既要為學(xué)生保留充足的思考空間與時間，以發(fā)展其發(fā)散性思維，還要合理控制教學(xué)節(jié)奏，在學(xué)生想的過程中適時予以點撥，具體是在教學(xué)期間要鼓勵學(xué)生勇于質(zhì)疑、不斷創(chuàng)新，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行類比想象。其一，教師可通過頭腦風(fēng)暴法讓學(xué)生在合作討論過程中積極提出個人觀點，通過思維碰撞，促進(jìn)思維升華。在學(xué)生討論期間要引導(dǎo)其暢所欲言，可以異想天開，逐步優(yōu)化及改進(jìn)實驗設(shè)計，通過思考和討論促進(jìn)學(xué)生之間思維碰撞，發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新性思維。而且在學(xué)生設(shè)計實驗方案之后，可利用矩道化學(xué)仿真實驗室實施相關(guān)實驗，既可滿足實驗教學(xué)需求，也能解決傳統(tǒng)實驗操作的缺陷，實現(xiàn)以虛補實。其二，可通過聯(lián)想類比法引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和想象，具體可在學(xué)習(xí)事實性知識過程中，著重引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合遞變規(guī)律或者是相似的物質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理性推理，并在此過程中發(fā)展學(xué)生的知識遷移應(yīng)用能力[3]。此方法應(yīng)用中，可讓學(xué)生通過一個事物逐漸聯(lián)想到另外一個同性質(zhì)的事物，以活躍其思維，并通過合理聯(lián)想以及對比，對物質(zhì)發(fā)展規(guī)律以及可能出現(xiàn)的結(jié)果作出推測。通過應(yīng)用此方法，有助于拓展學(xué)生思路，使其展開多維度思考。而在學(xué)生聯(lián)想以及對比過程中，教師要適時作出指導(dǎo)，使學(xué)生通過因果聯(lián)想、自由聯(lián)想、接近聯(lián)想以及對比聯(lián)想等方法掌握物質(zhì)發(fā)展規(guī)律。如在化學(xué)元素學(xué)習(xí)過程中，要引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想到動植物、山川以及海洋等相關(guān)組成元素不同性質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程等，或者在學(xué)習(xí)同類結(jié)構(gòu)物質(zhì)相關(guān)知識時，可根據(jù)相關(guān)物質(zhì)間存在類似的化學(xué)特性引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行聯(lián)想思考，如可讓學(xué)生類比討論和思考濁液、膠體以及溶液相互之間的區(qū)別，并可想象和預(yù)測鹵族元素所表現(xiàn)出的遞變規(guī)律或者對比分析醇酚性質(zhì)等。教師可通過矩道軟件，利用軟件中的3D引擎，在虛擬場景中還原鹵族元素遞變過程，通過鼠標(biāo)、鍵盤及觸屏同步操作試驗過程，適時引導(dǎo)學(xué)生對接下來的發(fā)展規(guī)律作出判斷和預(yù)測，使其通過類比想象培養(yǎng)發(fā)散性思維，并結(jié)合沉浸式場景更直觀、深化地理解知識點。

3.合作探究與實踐操作，幫助學(xué)生積累經(jīng)驗

在高中化學(xué)教學(xué)中，以培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)高階思維為目標(biāo)建立“問-想-做-評”教學(xué)模式，要在“做”環(huán)節(jié)強調(diào)讓學(xué)生進(jìn)行合作探究，通過交流和討論激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，靈活運用所學(xué)知識及技能解決現(xiàn)實問題，并培養(yǎng)其合作探究能力。如在有機物教學(xué)過程中，就可為學(xué)生準(zhǔn)備球棍模型，使其更直觀、立體地理解與掌握有機物結(jié)構(gòu)。在學(xué)生語言表達(dá)過程中，教師要做好指導(dǎo)，鼓勵學(xué)生通過相互交流及語言表達(dá)實現(xiàn)思維碰撞，培養(yǎng)其創(chuàng)新性思維。在學(xué)生寫的過程中，主要引導(dǎo)學(xué)生圍繞實驗方案設(shè)計實驗過程，并通過對比不同的實驗方法推進(jìn)學(xué)生深度思考。

比如在氯氣的性質(zhì)教學(xué)期間，可使“想”“做”兩個環(huán)節(jié)交叉進(jìn)行，具體是讓學(xué)生根據(jù)教師所提出的問題進(jìn)行思考以及討論，經(jīng)過小組總結(jié)，由小組代表發(fā)言回答，在學(xué)生回答之后由教師進(jìn)行總結(jié)和歸納，同步作出點評。另外，可通過矩道軟件還原鈉在氯氣當(dāng)中燃燒的真實實驗過程，讓學(xué)生進(jìn)行沉浸式觀察，隨后讓其結(jié)合觀察討論實驗現(xiàn)象，并思考實驗反應(yīng)過程中會產(chǎn)生什么產(chǎn)物？同時讓學(xué)生利用氧化還原反應(yīng)相關(guān)知識進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫。矩道化學(xué)探究平臺可為學(xué)生提供更豐富的實驗所需藥品與器材，并可通過科學(xué)化的算法引擎精準(zhǔn)、實時地計算實驗操作，既能還原真實的實驗現(xiàn)象，也能精準(zhǔn)呈現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，還可以圖像或者表格等可視化地呈現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)，方便學(xué)生操作實驗并更細(xì)致地展開實驗觀察，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行探究式、啟發(fā)式以及互動式學(xué)習(xí)[4]。在教師發(fā)布探究性任務(wù)之后，學(xué)生通過矩道軟件建立實驗并觀察實驗現(xiàn)象，同步從平臺中獲取實驗反饋信息和數(shù)據(jù)，后續(xù)可通過小組討論總結(jié)歸納實驗中為什么會出現(xiàn)黃光。并運用所學(xué)知識講述白煙具體組成成分，根據(jù)小組合作討論最終寫出化學(xué)方程式。此教學(xué)設(shè)計使“想”“做”結(jié)合起來，既可培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能鞏固所學(xué)知識，有效培養(yǎng)其分析思維以及求解思維等。

4.歸納總結(jié)與評價反思，發(fā)展學(xué)生批判性思維

在“問-想-做-評”教學(xué)模式建立中，“評”主要是對教學(xué)期間存在的問題以及表現(xiàn)出的優(yōu)勢進(jìn)行總結(jié)和評價。在總結(jié)歸納以及評價反思期間，教師要關(guān)注為學(xué)生營造包容性的教學(xué)氛圍，當(dāng)學(xué)生提出不同意見時，不能直接予以反駁和否認(rèn)，鼓勵學(xué)生質(zhì)疑，即便學(xué)生實驗操作失敗也要用善意的眼光看待學(xué)生的問題，讓學(xué)生明白失敗是正常的，著重引導(dǎo)其總結(jié)錯誤的原因，生成經(jīng)典案例，使學(xué)生能夠不斷成長與進(jìn)步。比如在實驗類知識教學(xué)過程中，不能單一以實驗成功與否進(jìn)行評價，還要關(guān)注學(xué)生是否能夠就實驗成敗進(jìn)行原因分析，關(guān)注自我反思，總結(jié)實驗經(jīng)驗，通過綜合性、多元化評價有效激發(fā)與培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維以及創(chuàng)造性思維。

又比如在“氯氣的性質(zhì)”教學(xué)中，學(xué)生在“想”和“做”環(huán)節(jié)進(jìn)行實驗設(shè)計，通過藍(lán)色石蕊試紙對溶液H+進(jìn)行檢驗，并通過硝酸酸化的硝酸銀溶液對Cl-進(jìn)行檢驗。在相關(guān)實驗操作結(jié)束后，教師要對學(xué)生實驗方案作出客觀、合理的點評，指出相關(guān)方案是否具備可行性以及有無不合理之處等，或者教師可通過矩道軟件演示錯誤的實驗方案，使學(xué)生直觀地看到實驗細(xì)節(jié)錯誤可帶來怎樣的后果和影響等，充分認(rèn)可教師的點評，正視自身不足，明確未來改進(jìn)方向[5]。或者可在各小組實驗方案設(shè)計之后，讓學(xué)生進(jìn)行自我評價或者進(jìn)行小組互評。

高中化學(xué)教學(xué)期間建立“問-想-做-評”教學(xué)模式，可通過靈活應(yīng)用以及優(yōu)化組合各個環(huán)節(jié)，有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性、發(fā)散性等思維，促進(jìn)學(xué)生高級思維發(fā)展。結(jié)合學(xué)情，在課前、課中、課后運用矩道虛擬實驗室，能將“問-想-做-評”這一教學(xué)模式落實到化學(xué)教學(xué)活動中，有效促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展。

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[3]高穎端.基于“問題鏈”發(fā)展高中生化學(xué)高階思維策略研究[J].數(shù)理化解題研究，2022（33）.

[4]王齊耀.虛擬實驗室技術(shù)在高中化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].新課程教學(xué)（電子版），2023（03）.

[5]吳燕.NOBOOK虛擬實驗室在高中化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].高考，2021（22）.

【課題項目】本文系2023年度福建省電化教育館教育信息技術(shù)研究課題“基于矩道虛擬實驗室助力區(qū)域化學(xué)課堂教學(xué)的應(yīng)用研究”（課題編號：KT23048）；2023年泉州市教育信息技術(shù)研究課題“基于矩道虛擬實驗室的化學(xué)教與學(xué)應(yīng)用研究”（課題編號：QZDJKT2341）。