指向高階思維的初中科學探究性問題設計

【摘" 要】 在當今快速多變的社會中，高階思維能力已成為人們處理復雜問題的必備素養。初中階段是學生認知能力迅速發展的關鍵時期，也是發展學生批判性思維、系統性思維、反思能力、創造性思維的最佳時期。在這一階段，科學教育扮演著非常重要的角色，尤其是探究實踐的過程對商階思維培養尤為重要。然而，傳統教學往往過于側重知識灌輸，而忽略了培養學生的高階思維能力，特別是深入思考問題的能力，綜合分析能力，以及創新解決問題的能力等。基于此，文章結合初中教學的具體案例，探討如何通過設計探究性問題來發展學生的高階思維。

【關鍵詞】 高階思維；初中科學；探究性問題

一、高階思維的內涵與價值

高階思維是指發生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力。美國教育家布魯姆將思維分為六個層次：記憶、理解、應用、分析、評價、創造。其中，分析、評價和創造在解決問題中的表現被稱為高階思維，它們區別于記憶、理解和應用等低階思維。具體而言，高階思維主要包括分析、綜合、評價、判斷、推理、解決問題等多種認知過程，是學生發展全面素養、提升創新能力的重要基礎，也是科學思維的核心組成部分。隨著科技的飛速發展和知識的爆炸式增長，高階思維能力能有效提升學生分析和解決問題的能力，為學生未來的學術和職場生涯打下堅實基礎，也已經成為人們在面對復雜問題時的必備科學素養。

初中科學教學應加強高階思維的培養，它能有效提升學生分析和解決問題的能力，實現真正的科學素養目標，為學生未來的學習和生活打下堅實的思維基礎。初中科學教學不應僅僅是簡單傳授知識，讓學生停留在記憶、理解和應用等低階思維層次，而是應該注重培養學生的高階思維能力。為了培養學生的高階思維能力，科學教學應合理設計涉及課程內容的探究性問題，通過設計項目化學習，引導學生提出疑問、進行探究并發現規律，以此來激發學生的好奇心和探索欲望，讓學生主動學習，積極思考。此外，在探究性學習的過程中，學生往往是主動探究者和問題解決者，這意味著學生不僅需要主動尋找解決問題的方法，還需要在解決問題的過程中運用策略進行分析。教師要根據特定的內容有針對性地設計項目化學習。通過項目化學習，加強探究式學習，不僅可以拓展學生的思維寬度和深度，還可以實現思維進階或發展其創造性思維，最終達到提升學生高階思維的目的。

二、探究性問題設計策略

（一）設置開放性問題，拓展學生思維寬度

開放性問題是指那些不能僅用一個簡單的“是”或“不是”，或者其他簡單的詞或數字來回答的問題。這類問題通常比較概括、廣泛，給學生留下了充分的自由發揮空間。在教學設計時，教師在分析學生學情后，應當留意學生可能存在的刻板印象，并努力打破這些思維禁錮。教師可以以項目化學習為載體，通過設置開放性探究問題來引發學生的認知挑戰，幫助他們跳出固定答案的思維模式，從而拓展思維的寬度。

例如，在學習“指南針為什么能指方向”這一章節內容時，教師可以首先設置一個開放性探究問題：“指南針為什么能指方向”，然后組織學生以小組形式展開合作探究。在探究過程中，學生可以聯系磁性材料的相關知識，提出指南針中可能存在磁鐵的猜想；也可以聯系地球磁場的知識，猜想指南針的指向是否受地球磁場的影響；還可以從物理原理的角度出發，探究指南針的工作原理和指向規律。總之，教師應當為學生配備充足的實驗材料，并隨時準備為學生提供相關方向的指導，同時引導他們根據猜想設計科學實驗來進行驗證。通過具體可操作的實驗，學生可以驗證指南針中是否含有磁鐵，探究地球磁場對指南針指向的影響，以及指南針在不同位置的指向規律。最后，學生分析實驗數據并得出結論。在新的知識背景下，這又將激發學生提出新的猜想和問題，進一步深入探究指南針的工作原理，從而完成多輪探究學習活動。這種開放性探究教學方法為學生在探索指南針工作原理的過程中留下了廣闊的思維空間，促使學生從多個角度探究問題，擴展科學認知。

設置開放性問題有助于打破學生的思維定式，激發他們的求知欲和探究欲，培養其在解決問題時勇于探索、勇于創新的意識和能力。同時，通過向學生提出開放性問題，教師也能更好地了解學生的思維模式和認知狀況，有針對性地進行指導和輔導，從而拓展學生的思維寬度，幫助他們更好地發展高階思維能力。

（二）設置思辨性問題，激發學生思維深度

思辨性問題是指那些基于對問題或現象進行深入思考和分析而設置的問題，它們不僅關注表面現象，還要求從多角度和深層次進行思考，進而得出更深入、更全面的結論。思辨性問題具有矛盾性、批判性、多向性等特點。思辨性思維能夠一分為二地看問題，既看到問題的正面，也看到問題的反面，從而做出更全面和合理的判斷。巧設思辨性問題有利于激發學生的思維深度。

例如，在“進化與遺傳”這一章節的學習中，教師可以先帶領學生回顧“生物進化”和“遺傳”的相關知識，激活學生對生物進化的已有認知。接下來，教師可展示不同的理論或模型，如達爾文的自然選擇理論、拉馬克的遺傳模型、孟德爾的遺傳規律等，來解釋進化與遺傳的過程。然后，教師引導學生根據個人理解選擇模型，并參與辯論小組討論。盡管學生的知識可能有限，想法可能有片面性，但通過這種思辨性辯論活動，學生可以表達自己的想法，有效鍛煉高階思維能力。最后，教師分析總結各方觀點，講解正確的模型，引導學生確立正確的科學認知。在這個過程中，學生可以從不同的角度去思考問題，提出自己的論據和觀點，并與他人進行辯論和交流。通過辯論，學生不僅可以鍛煉自己的邏輯思維能力，發展批判性思維，還可以聆聽并感悟其他學生的觀點和思考方式。

通過設置思辨性探究問題，學生將不再局限于尋找正確答案，而是積極探索事物的多重可能性。同時，教師在教學過程中應引導學生在探究和討論中尊重多元化的觀點，促進學生們之間的交流與合作，從而激發學生的創新思維。教學過程中，教師還應促進學生之間的交流與合作，尊重多元化觀點，激發思辨性思維，深化學生對進化與遺傳概念的理解，培養批判性思維和創新意識，為未來科學學習奠定基礎。思辨性思維的核心在于通過分析、推理和評估來形成解決問題的決策和結論。這種思維方式要求個體能夠清晰表達自己的觀點，并從多角度看問題，同時保持一種既不盲目接受也不盲目拒絕的態度。這種教學模式不僅有助于學生全面理解進化與遺傳的概念，還能培養他們的批判性思維和創新能力。教師的引導使學生在探究和討論中學會尊重不同觀點，促進彼此之間的交流與合作。通過這樣的教學活動，學生將樹立積極思考和創新的精神，為將來更深入的科學學習打下堅實基礎。

（三）設置階梯性問題，實現學生思維進階

階梯性問題是指那些層層遞進，逐級攀升的問題。這類問題的設置需要具有逐步推理的特點，每一步都應基于前一步的推理結果，從已知的事實和信息中推導出新的理論和結論。設問要有邏輯性，問題階梯應體現基本的邏輯推理；同時，設問也應具有完整性，問題之間要環環相扣，循序漸進，由淺入深。教師需要根據學生的實際情況設置階段性的探究問題，并引導學生逐步提升科學認知和探究能力。在教學中，教師應根據學科特點和學生實際情況精心設計問題，幫助他們順利構建科學知識體系，并引導他們將已有的認知經驗積極地遷移到新的學習知識的理解中。

例如，在初中科學“電功率”的教學中，教師可以設計當下流行的項目化學習“自制手電筒”。其第一步是選擇合適的小燈泡，此時，學生已經初步了解了電壓、電流、電阻、串聯電路、并聯電路等基本知識。通過設置階段性探究問題，例如用“燈泡的亮度取決于什么”來引發學生思考，讓學生提出猜想：一是燈泡的亮度可能與電流有關；二是燈泡的亮度可能與電壓有關。接著，引導學生畫電路圖，用串聯電路來質疑“燈泡亮度只與電流有關”的猜想，用并聯電路來質疑“燈泡亮度只與電壓有關”的猜想，進而引導學生提出“電功率”的概念，并指出：小燈泡的亮度與電功率有關。緊接著又提出新的問題：“小燈泡的亮度是取決于額定功率還是實際功率”學生通過實驗得出：同一小燈泡的亮度取決于它的實際功率。這時又提出新的問題：“當實際功率相等時，白熾燈和節能燈的亮度一樣嗎”通過進一步拓展，教師引導學生發現燈泡的亮度還與光電轉化率有關。問題層層遞進，不斷激發學生對電學知識的興趣。項目的第二步是構造手電筒，教師可以讓學生畫電路圖、連接實物圖等。通過階梯型問題，項目化學習順利開展，實現了學生思維進階。

通過設立階梯性問題，教師可以更好地了解學生的學習狀況，引導學生深入思考，培養他們的思維能力，促進學生的學習。教師可以從簡單的事實性問題開始，逐步引導學生思考問題的原因、影響以及可能的解決方案。教師還可以引導學生聯系自然現象提出對其他形式的猜想，結合猜想設計相應的實驗，寫出驗證方案，準備具體的實驗材料并通過實驗進行驗證。這樣，學生在積極的思維狀態下與科學新知接軌，并將已有的認知經驗積極地遷移到新的學習領域。這種教學方法不僅貼合初中科學學科的教學需要，還能激發學生的學習興趣，培養其觀察、實驗設計和邏輯推理能力。它符合學生的認知規律和學科認知發展趨勢，在學生探究認知發展的不同階段都能起到積極的促進作用，有助于學生實現思維的進階。

（四）設置探索性問題，發展學生的創造性思維

探索性問題，又稱開放性問題，是指那些追尋事物發展規律、揭示事物本質或其產生因果關系的問題。這類問題常常需要依據給定的題設條件去探索相應的結論，或者由問題的結論去追溯相應的條件。通過設置探索性問題，特別是在一些重要的章節中設計探索性項目，可以有效地激發學生的好奇心和求知欲，引領他們積極探究問題的根本。探索性問題通常具有開放性和多樣性的特點，不僅可以引導學生從不同角度思考問題，還能促使他們深入探討科學概念的內涵和應用。

例如，在“生態系統的穩定性”章節的學習中，教師可以搜集濕地和森林這兩個不同的生態系統的圖片，展示其內部結構及生物多樣性，引導學生自主思考并提出課堂探究問題。通過對濕地和森林生態系統的對比展示，引導學生思考兩者的相同點和差異，教師向學生提問“濕地和森林生態系統的穩定性有何不同”，并引導學生以“生物多樣性和自然資源的利用”為假設進行探究。教師在這個過程中只是將不同生態系統的特點呈現給學生，鼓勵學生自主發現問題并提出假設，從而培養學生對探索性問題的思考能力和科學態度。通過研究探索性問題，學生將養成大膽質疑、積極探索的科學態度，增強對生態系統穩定性和生物多樣性的認知和理解，提高學科素養。

設定探索性問題，可以打破傳統的教學模式，讓學生在學習過程中更加積極主動，參與度更高。通過自主探究和合作探討，學生能夠從實踐中獲得更深刻的理解和體驗，而不僅僅是簡單地記憶知識點。這種學習方式不僅培養了學生的發散思維和創造性思維，還提高了他們的信息獲取能力和問題解決能力，為他們未來的學習和工作打下堅實的基礎。探索性問題可以引導學生進行實驗、觀察和調查，從而培養他們的實踐能力和科學精神。通過親身實踐，學生可以更深入地理解科學知識，并培養解決實際問題的能力。這種教學方式有助于培養學生主動發現問題和探索的科學精神，使他們更加積極、主動地參與課堂學習。同時，這種活動還能激發學生對生態系統的濃厚興趣，培養他們的觀察、思考和問題解決能力，有助于發展學生的高階思維。

三、結語

培養學生的高階思維是科學教育的核心目標和追求。教師應以探究問題為抓手，根據不同的教學內容和學生認知水平，精心設計具有挑戰性和啟發性的教學活動，為學生提供更豐富、更深入的學習體驗。教師通過設置優質的問題，引導學生深入思考、實踐和探索，從基礎認知的記憶、理解、應用到高級認知的分析、評價、創造，讓每一位學生都追求進步和創新，進而有效地提升學生的思維水平和層次。通過多維度的訓練，逐步提高學生分析問題和解決問題的能力，培養他們的創新思維和科學精神，使他們更好地適應社會變革和挑戰，實現個人的可持續發展。希望本文能為初中科學教學實踐提供一定的借鑒和參考，促進學生高階思維能力的培養，推動科學教育的發展，激勵學生不斷拓展思維邊界，實現全面而深刻的發展。

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