基于實驗探究的高階思維教學策略

【摘 要】 文章以“植物光合作用的實質”的實驗教學為例，從情境創設以激發高階思維、任務驅動以培養高階思維、遷移運用以發展高階思維這三個環節，對整節課進行了詳細的評析。文中分析了教學中各種任務及活動的設計意圖，總結了教師如何在不同的教學環節中鍛煉學生的高階思維，并結合2022年版《義務教育生物學課程標準》中的課程目標，以及團隊對高階思維教學策略的相關研究成果，提出了基于實驗探究的高階思維教學策略。

【關鍵詞】 深度學習；高階思維；情境創設；任務驅動；遷移運用

一、探究實驗教學現狀

2022年，教育部頒布了最新一版的《義務教育生物學課程標準》，其中清晰地介紹了生物學核心素養的內涵，包括：生命觀念、科學思維、探究實踐和態度責任。一線生物教師們對探究實踐尤為關注，期望能在探究實驗教學中有效培養學生的高階思維。然而，在當前的探究實驗教學中，許多教師只是披著“科學探究”的外衣，引導學生進行“假探究”，生硬地照搬科學探究的一般過程，導致許多探究實驗實質上變成了驗證性實驗。這樣的教學方式不僅無法有效地培養學生的思維能力，甚至可能禁錮學生本該活躍的思維。

2022年版《義務教育生物學課程標準》指出，學生通過初中生物學課程的學習，應達到如下目標：初步掌握科學思維方法，具備一定的科學思維習慣和能力；初步具備科學探究和跨學科實踐能力，能夠分析解決真實情景中的生物學問題；初步確立嚴謹求實的科學態度，樂于探索生命的奧秘。

本文以南京市中華中學教師開展的“植物光合作用的實質”的實驗教學為例。該實驗課程巧妙地將驗證實驗“綠葉在光下制造淀粉”轉變為探究實驗“綠葉在哪種光源下產生淀粉”，十分精彩。在理論學習結合實踐探究教學的基礎上，本文對高階思維教學策略展開了相關研究。

研究結果顯示，教師應推動日常教學向深度學習發展。深度學習注重知識的批判性理解，強調學習內容的有機整合，關注學習過程的建構與反思，重視學習過程中的知識遷移、高階思維和問題解決。它是一種以高階思維為主導的學習過程，是一種更接近知識本質和智慧內核的學習方式。

二、基于實驗探究的高階思維教學策略

（一）情境創設，激發高階思維

情境導入：“根據課程安排，‘綠葉在光下制造淀粉’的實驗原定于12月初進行，但近期連續陰雨，缺乏充足的陽光。我們該如何應對這種情況呢？”

學生提出：“我們可以使用其他光源來代替太陽光嗎？”學生們聯系生活實際，提出了多種生活中常見的光源，如操場上的照明燈、報告廳中的舞臺燈，家中常見的白熾燈、日光燈、浴霸，校醫務室的遠紅外理療燈、紫外線燈，以及馬路上的紅綠燈等。經過討論，他們確定了選擇標準：光源需像太陽一樣溫暖且亮度高。最終，學生們選定了白熾燈、補光燈、與照明燈同款的金鹵燈、舞臺燈、遠紅外理療燈這幾種光源，并決定分組選擇不同的光源進行探究，以探究“綠葉在哪種光源下能產生淀粉”。

設計意圖：探究實驗的引出環節應激發學生的興趣，而非強行、生硬地引入探究。直接引出“綠葉在光下制造淀粉”的實驗可能難以激發學生的思維，而結合生活中遇到的真實問題進行情境創設，則更能吸引學生參與探究，激發他們的學習興趣，并為下一步鍛煉學生的思維能力提供可能。在教師的引導下，學生綜合運用已有知識，結合生活實際，尋求解決問題的思路，這有助于提高學生的問題求解能力和創造力，進而有效發展他們的高階思維能力。

情境的創設應聯系生產生活實際、自然現象、社會熱點以及科技進展等，以引發認知沖突，激活學生思維，推動學生在新舊知識、概念和經驗之間建立聯系，尋求解決問題的方法，并發展分析性思維等高階思維能力。

（二）任務驅動，培養高階思維

在“綠葉在哪種光源下制造淀粉”這個探究實驗的準備過程中，教師充分發揮學生的主觀能動性，調動學生的活動積極性。在教師的引導下，學生們把整個探究活動視為一次有趣的“挑戰性任務”。結合教學中遇到的實際問題，教師給學生提出了一系列任務：

1. 任務一：請各實驗小組選擇合適的光源，探究除了太陽光，還有哪些光源可以進行光合作用。

各個實驗小組進行商量和討論，自主選擇想要探究的光源，他們分別選擇了白熾燈、補光燈、金鹵燈、舞臺燈和紅外線理療燈進行探究。

設計意圖：此任務旨在充分發揮學生的主觀能動性，學生在選擇光源的過程中展現批判性思維，能夠多角度、辯證地分析問題，提出自己的見解，同時鍛煉決策力和團隊協作能力。

2. 任務二：請各小組針對本組所選光源，提出相應的問題，并作出假設。

為了完成這項任務，學生們主動回憶上學期學過的科學探究的一般過程，從而創造性地針對要研究的不同光源提出相應問題，并作出假設。

設計意圖：此過程注重新舊知識的整合，同時也發展學生的創造力。

3. 任務三：辨析小組的實驗操作是否遵循了實驗探究的原則。

第一組：一盆天竺葵暗處理一晝夜后進行照光，再取一葉片繼續進行實驗。

第二組：兩盆天竺葵暗處理一晝夜后，其中一盆進行照光，另一盆繼續暗處理。再各取一葉片進行后續實驗。

第三組：同一盆天竺葵暗處理后分別選用兩個葉片，一片完全遮光，一片照光，分別進行后續實驗。

第四組：暗處理和遮光這兩個步驟顛倒。

第五組：對葉片進行部分遮光時只遮葉片正面。

學生們聯系以前學過的科學探究相關知識，分析出以下結論：第一組沒有設置對照實驗，第二、三組沒有遵循單一變量原則，第四組步驟顛倒后沒有光照，不能探究綠葉在光下產生淀粉的問題，第五組遮光時應該遮住同一葉片正反面對應位置。他們發現這些操作都沒有遵循實驗探究的原則。

設計意圖：通過一系列設疑，引導學生聯系以前學過的科學探究相關知識回答全新的問題，注重新舊知識的整合。在完成辨析任務的過程中，鍛煉學生的批判性思維，學生通過分析錯誤操作的具體原因能夠獲得隱性知識，對高階思維能力的培養起到了很大的推動作用，這也是一個深度學習的過程。

4. 任務四：對實驗步驟進行排序，討論并理解各個實驗步驟的目的。

學生們通過小組討論，順利進行了實驗步驟的排序，結合任務三的思考，大多數同學也能比較準確地說出各個實驗步驟的目的。其中，酒精脫色的原理，學生一開始不太理解。但是，有的小組主動請教老師，有的小組提前搜集了資料，在了解了一些化學知識后，學生也就掌握了酒精脫色的原理。

設計意圖：在完成任務三的基礎上，學生對實驗步驟進行排序，此時學生已理解實驗的設計原則，積累了完成此任務的知識基礎。小組討論并理解各個實驗步驟的目的，可以讓學生不僅是知其然，而且是知其所以然，促使學生的認知走向深入。討論各個實驗步驟的過程，充分提升了學生的問題求解能力和分析能力。

5. 任務五：搭建“酒精脫色”這個步驟的裝置。

學生在任務四中知道了“酒精脫色”這一步驟的原理，并嘗試把自己的理解運用到裝置的設計中。對“酒精和水分別放在哪個燒杯里”這個問題，他們已基本清晰。每一組都能通過自己的理解、討論和嘗試，搭建出正確的裝置。

設計意圖：本任務可以鍛煉學生的問題求解能力、動手操作能力以及團隊協作的能力，對學生生物科學素養的提升意義重大。

6. 任務六：進行實驗，分享小組實驗結果，分析得出實驗結論。

各小組自己分工合作，動手完成實驗，并根據本組的實驗結果分析得出實驗結論。實驗結果顯示，不是所有的光源都能讓綠葉進行光合作用，綠葉在白熾燈、補光燈、金鹵燈和舞臺燈下可以進行光合作用，而在紅外線理療燈下卻不可以。對于不同光源結果不同的疑問，教師在課堂上為學生連線名師，幫助大家解決疑問。

設計意圖：在本任務的完成過程中，學生鍛煉了動手操作能力和團隊協作能力。實驗中出現了不同的實驗結果，讓學生充滿了疑問與探索的興趣，想要更深入地了解不同光源的根本區別。這時候，引導學會充分發掘身邊的資源了解新知識也非常重要，對學生提升科學素養有很大幫助。

由此可見，設計具有趣味性、探究性、思維進階性的“任務群”，能引導學生走向深度學習，提升高階思維能力。

（三）遷移運用，發展高階思維

遷移運用：在南京天竺葵并不常見，購買也不易，這可怎么辦呢？

學生們對探究產生了興趣，又提出了新的問題：除了天竺葵，其他植物能否也用來做這個實驗呢？在選擇植物這方面，學生再次發揮了他們的聰明才智。最后，各個小組選擇了不同的常見植物來進行探究，包括一串紅、矮牽牛、玫瑰、菊花腦、礬根、荷蘭菊、綠蘿等。

由于課堂時間有限，而酒精脫色步驟耗時過長會影響課堂進度，學生進行了進一步的探究：什么樣的葉片更易脫色呢？在教師的啟發下，學生們針對葉片的四個維度進行了深度探究，分別是：嫩與老、薄與厚、軟與硬、表皮茸毛與光滑。經過大量實驗，學生們得出結論：植物材料應選擇嫩、薄、軟、茸毛的葉片，比如幼嫩的一串紅、矮牽牛，脫色8分鐘后現象明顯，而礬根只需要脫色6分鐘。另外，他們還發現青菜菜秧也可以用來做這個實驗，但脫色困難的綠蘿和荷蘭菊則不符合要求。

設計意圖：由課堂探究實驗遷移到實際材料準備中遇到的問題，這樣的遷移過程可以激發一些學生在課后繼續探究的興趣，這又是一次思維的碰撞。這樣的過程可以進一步培養學生的創造力和分析能力。這就給師生在選擇植物材料做這個實驗時提供了很多新的思路，這些植物比天竺葵要常見得多。通過知識的遷移運用，學生可以分析和解決更多有趣且有意義的問題，還可以創造出一些新的研究機會，從而使學生思維能力的培養得到延續，而不局限于這一節課。另外，這里的選材也可能會觸及教師的知識盲區，因此教師應該提前進行充分的知識準備。教師應該是終身學習者，唯有終身學習，才能扎下教學的生命根須，才能不斷發展自我、發展學生。

可見，教師需要讓學生回到實際生活場景中，合理利用所學知識和方法，嘗試分析和解決生活中的實際問題。這樣不僅能促進學生在遷移運用所學知識的同時深化、內化知識，還能發展他們的分析、評價、創造等高階思維能力。

三、結語

在實驗探究教學過程中，教師可以通過設置進階任務的方式，引導學生逐步進行探究，這樣既降低了學生進行整體實驗設計的難度，又讓學生在完成一個個細化任務的同時不斷思考，從而更好地發展思維能力。此外，不應拘泥于課本，探究活動的材料也可以用其他材料來代替。教師應該鼓勵學生通過思考重新設計更簡單但效果相同的實驗，要解放思想，鍛煉批判性思維，發揮創造力。這樣，探究才會更有意義，學生的思維才能得到更好的鍛煉和提升。

另外，在平時的教學中，教師還可以鼓勵學生把學到的知識運用到實際生活中，積極參與實踐，發現問題，提出問題，再通過自己的嘗試逐一去解決，充分提升學生的分析能力、創造力、決策力，并鍛煉、發展批判性思維，注重知、情、意、行的統一。這也與2022年頒布的《義務教育生物學課程標準》中核心素養的內涵不謀而合。教師在課堂中運用合適的教學策略，可以有效地幫助學生掌握生物學基礎知識、掌握科學思維方法、培養科學探究和跨學科實踐能力、確立嚴謹求實的科學態度、樹立健康意識和社會責任感，也可以助力生物學課程的育人導向真正從“三維”走向“素養”。

參考文獻：

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