基于科學論證開展高階認知能力培養的實踐研究

【摘" 要】 隨著新課程改革的深入推進，學科素養的培養日益受到重視。教師在實踐中不斷探索更為有效的課堂教學模式，其中，論證式教學模式在自然科學領域中備受矚目。文章以“海水的鹽度”教學為例，在高中地理課堂中實施了從現象到本質的科學論證式教學模式。通過“問題提出—概念構建—運用提升—人地協調”的教學流程，層層深入推理，有效培養了學生的高階認知能力，顯著提升了學生的地理核心素養和關鍵能力。

【關鍵詞】 科學論證；高階認知；高中地理；海水鹽度

一、科學論證和高階認知能力

科學論證是自然科學研究的核心方法，它依據真實論據構建邏輯鏈條，推導出科學結論。在高中地理教學中，科學論證教學法被廣泛應用，旨在引領學生圍繞地理問題探尋合理依據，進行從現象到本質的推理分析。此過程不僅加深了學生對地理原理的理解，還促進了其認知能力的提升，與《普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）》中強調的科學論證原則及真實情境創設要求相契合，有力推動了學生的全面發展。認知能力，作為智力構成的關鍵部分，涉及對信息的處理、存儲與提取。隨著認知理論的發展，人的認知過程被細分為不同階段。布魯姆教育目標分類法更是將其明確劃分為記憶、理解、運用、分析、評價和創造六個層次，其中后三者代表了高階認知能力。

“海水的鹽度”作為高中地理必修課程中的關鍵知識點，屬于自然科學學習領域。該課程通過運用科學論證教學法，旨在幫助學生深入理解海水鹽度的影響因素、掌握世界大洋表層海水鹽度的空間分布特征，并分析其對人類活動的影響。在教學實踐中，教師通過創設貼近學生生活的真實情境，引導學生進行觀察、實驗與討論，自主探索海水鹽度的相關知識。同時，鼓勵學生將所學知識應用于解決實際問題，從而培養其分析、評價與創造能力，實現高階認知能力的提升。因此，科學論證教學法在“海水鹽度”課程中的應用，不僅有助于學生掌握地理知識，還促進了其認知能力，尤其是高階認知能力的發展，為學生的綜合素養提升與全面發展奠定了堅實基礎。

二、基于科學論證的教學實施過程

（一）問題提出

科學論證往往從問題開始，而基于現實生活情境提出的探究問題更能激發學生的學習興趣。在“海水的鹽度”一課中，教師首先展示兩杯水，并提問“如何判斷哪杯是海水，哪杯是純凈水”，學生積極思考并從不同角度回答后，教師及時總結，并進一步追問“這兩杯水最大的差別是什么”，從而引出海水鹽度的概念。

（二）概念構建

海水鹽度，通常指的是一千克海水中所含鹽類物質的質量分數。在理解海水鹽度概念時，可以將海洋想象成一個大容器，其中盛滿了含有鹽類物質的水。這些鹽類物質主要來源于長期的內外力作用。相對鹽類物質而言，海洋的水量是巨大的，因此海洋中鹽類物質的變化量相對穩定。由此可見，影響海水鹽度的主要因素是水量的變化。若海水鹽度的主要影響因素為水量的變化，依據水量平衡原理，分析可從水量的收入與支出兩個方面展開。以下通過案例分析進行科學論證。

【案例探究】 紅海，位于非洲東北部與阿拉伯半島之間，是全球鹽度最高的海域，鹽度超過40‰；波羅的海則位于北歐，其鹽度極低，平均僅為7‰～8‰。結合兩地的地理特征，探究紅海鹽度高與波羅的海鹽度低的原因。

鑒于海水鹽度與水量直接相關，且現有資料未顯示兩地鹽類物質總量的顯著差異，因此從水量變化的角度進行分析。學生首先根據圖示信息和所學知識進行小組討論，隨后兩組分別進行匯報，其他組進行補充。最終得出結論，紅海和波羅的海的鹽度主要受陸地徑流、降水、蒸發以及海域間水體交換程度等因素的影響。在此過程中，引導學生繪制思維導圖，以清晰展現各因素間的關系，并對海水鹽度的概念進行了構建（見圖1）。

【實踐探究】基于紅海與波羅的海海鹽度的差異分析，科學論證了海水鹽度的主要影響因素是淡水量的變化。在此基礎上，提供了世界大洋8月表層海水鹽度分布圖，并要求學生繪制太平洋150°W經線上的鹽度變化曲線。

首先，給學生提供一個沒有刻度的坐標圖（圖2），引導他們自主標注坐標刻度。隨后，按照“取點—取值—連線”的步驟（圖3），指導學生完成鹽度變化曲線的繪制。在整個過程中，根據學生實際情況，適時滲透作圖方法指導。通過這一實踐活動，學生不僅深入了解了太平洋不同緯度的鹽度分布情況，而且有效提升了動手能力。

在此基礎上，總結得出世界大洋表層海水鹽度的分布規律：副熱帶海域鹽度達最高值，且自副熱帶向赤道及兩極方向，鹽度逐漸遞減。依據先前的概念框架，對副熱帶海區高鹽度、熱帶海域低鹽度以及太平洋同緯度東西岸鹽度差異等現象進行了原因剖析，進一步印證了影響海水鹽度的諸因素。同時，考慮到最初展示的兩杯水處于液態形態，探討海水鹽度是否會隨其物理狀態改變而發生變化。在學生認識到鹽度會受形態影響后，深入分析結冰與融冰過程對海水鹽度的具體影響，這一分析不僅再次驗證了海水鹽度的相關影響因素，也促進了對海水鹽度影響因素概念構建的完善（如圖4）。

（三）運用提升

在對海水鹽度的影響因素進行概念構建，并學習了世界大洋表層海水鹽度的分布規律后，為了使學生能夠更好地將海水鹽度的概念與時空因素相結合，提升學生的高級認知能力，教師可以提出以下問題“請根據長江口7月份表層平均鹽度分布圖，在圖中繪制出1月份表層平均鹽度為5‰的等鹽度線，并闡述繪制理由”。

相較于之前在實踐探究中難度較小的作圖題，此題難度有了顯著提升。關于作圖，首先要明確圖示類型。之前的作圖題是坐標圖，而本題則是等值線圖。不同類型的作圖題有不同的作圖方法：坐標圖需要明確坐標、描點、連線等步驟；而等值線圖的作圖，則需關注數值變化、延伸與彎曲方向、疏密程度以及閉合情況五個方面。

結合圖示中長江入海口的地理位置，并考慮季節差異及海水鹽度的影響因素，7月份長江口表層平均鹽度的等值線分布圖呈現出由入海口向外海方向凸出的特點，且數值由入海口向外海逐漸增加。這表明，影響長江入海口表層平均鹽度分布的主要因素是入海徑流。長江入海口處的入海徑流對海水表層鹽度的影響由入海口向外海逐漸減弱，因此表層平均鹽度等值線圖呈現出這樣的分布特征。

在繪制1月份表層平均鹽度為5‰的等鹽度線時，同樣需要明確其主要影響因素。結合長江口的地理位置及7月份表層平均鹽度分布，可以推斷出1月與7月表層鹽度的差異主要在于入海徑流的不同。同樣受入海徑流差異的影響，1月份表層平均鹽度為5‰的等鹽度線也應呈現出由入海口向外海方向凸出的特點。

此外，一個容易被忽視的關鍵點是長江入海口有南北兩條河道，它們在入海徑流上存在差異。因此，教師在闡述繪制理由時，應強調以下幾點：一是長江口鹽度等值線的彎曲主要受入海徑流影響，向海洋方向凸出；二是由于1月和7月入海徑流的差異，1月份入海徑流較少，等鹽度線應更靠近陸地；三是考慮入海口南北河道的差異，根據地轉偏向力原理，南河道水量較多，北河道水量較少，因此北河道的等鹽度線向陸地方向的移動幅度應更大。在作圖時，還需注意補充圖例以完善圖表信息。推理思維過程可參考圖5。

（四）人地協調

本節課的重點在于深入探討海水鹽度與人類活動的緊密聯系。海水鹽度不僅影響著曬鹽、海水養殖、海水淡化、制堿、提鎂等多個方面，還是培養學生辯證思維和正確人地協調觀的重要途徑。

盡管這部分內容難度適中，但其重要性不容忽視。因此在教學過程中，教師首先引導學生結合生活實際及所學知識，自主思考海水鹽度與人類活動的關系。隨后，通過詳細解析我國主要鹽場的曬鹽實踐、海水養殖的實際情況以及海水淡化的技術應用等案例，幫助學生樹立正確的人地協調觀，并進一步提升其高階思維能力。

以渤海海冰為例，其作為潛在淡水資源的價值日益受到關注。渤海的海水鹽度在四大海域中相對較低，為28‰～31‰。受氣溫和鹽度等多重因素的影響，每年11月末至次年3月初，渤海近岸區域都會出現不同程度的結冰現象，海冰資源儲量豐富。據估算，當氣溫低于或等于零下4℃時，渤海每天可形成1.86厘米厚的海冰。值得注意的是，海水在結冰過程中會析出鹽分，使得海冰融水的鹽度顯著降低，平均在4‰～13‰之間，這為將其轉化為淡水資源提供了可能。通過淡化技術的處理，海冰融水中的高濃度鹽分可以被有效分離，從而得到接近淡水的融水，實現直接利用。

針對渤海海冰能否緩解環渤海地區水資源短缺的問題，教師可組織學生進行小組討論。討論中，學生觀點紛呈，贊成者認為海冰資源豐富且技術可行，有望成為新的淡水源；反對者則擔憂技術成本、環境影響及資源的穩定性。學生代表在發言時，充分展示了基于事實依據的深入思考和辯證分析，體現了較高的思維水平。

在總結環節，教師強調，針對這類行為決策類問題，應從可行性和必要性兩個維度進行綜合考慮。可行性方面，要重點關注海冰資源的豐富程度、淡化技術的成熟度以及實施的經濟性；必要性方面，則須審視環渤海地區淡水資源的緊迫需求以及現有水資源的可持續利用狀況。同時，無論持何種觀點，都應全面認識海冰淡化技術的利弊，既要看到其帶來的潛在利益，也要警惕可能帶來的風險和挑戰。

三、結語

本節課利用沿海優勢，以海水與淡水對比為起點，逐步構建海水鹽度概念。通過由簡入繁的問題設計，形成了“提問—構建—應用—協調”的教學范式，有效培養學生地理核心素養。教學過程中教師須注重兩點：一是提供充分條件，引導學生有序思考；二是在作圖指導中保持耐心，重視過程引導，避免僅關注結果，確保學生真正掌握作圖技能。通過這樣的教學設計，學生實現了認知水平的跨越，從低階邁向高階，為后續的地理學習奠定了堅實基礎。

參考文獻：

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