基于学生高阶思维培养的化学实验探究教学

沈伟云

摘要：高阶思维包括分析、评价、创新，科学探究是一项重要的化学核心素养。以混合气体中CO、H2、C02成分的探究为例，通过点评探究方案、培养学生批判性思维，改进实验装置、培养学生创造性思维，分析实验现象、培养学生推理性思维，进而通过化学实验探究达到培养学生高阶思维的目的。

关键词：高阶思维;科学探究;CO;H2;CO2;成分探究

文章编号：1008-0546（2019）09-0076-02

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.09.023

高阶思维，是指发生在较高认知水平层次上的心智活动和综合性能力[1]。布卢姆指出，低阶思维是知识、理解、应用，高阶思维是分析、评价、创新。化学探究是一种进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动，但在实际探究教学中，许多教师往往只注重实验操作规范与步骤的有序、实验现象与结论的识记，很少去主动有意识地培养学生的高阶思维。而事实上，高阶思维是当代社会人才需求的一个导向，是学习者得以生存的必备技能[2]。教学实践表明，作为思维的高级形式“高阶思维”，是可以通过探究教学获得提升的。现以混合气体中探究H2、CO、C02成分为例，阐述在化学探究教学中如何培养学生的高阶思维。

一、点评探究方案，培养学生批判性思维

思维的批判性是指思维过程中善于严格地估计思维材料和精细检查思维过程的良好品质[3]。设计探究方案，是科学探究的主要环节。教师可在学生设计探究方案的基础上，通过展示探究方案，鼓励学生评价，引导学生提出质疑，不断完善探究方案，培养学生批判性思维品质。

如教师提出一个问题：假如某种混合气体中含有C02、CO、H2中的一种或几种成分，你如何设计实验去探究？要求学生以小组为单位，以图形的形式设计探究方案。结束后让每一组派代表上讲台展示他们的设计图，讲解如何通过该装置来探讨气体的成分。在此基础上鼓励其他学生点评，提出问题。某组学生设计的装置图如图l所示。该组学生认为通过A装置可判定C02，通过C装置和D装置可判定混合气体中是否含有H2，通过C装置和E装置可判定混合气体中是否含有CO。但有学生提出质疑，如若C装置黑色的氧化铜变红，D装置无水硫酸铜变蓝，并不能说明混合气体中含有H2，因为混合气体中含有CO可以使黑色氧化铜变红，而通过B装置NaOH溶液的气体也会混有少量水蒸气，而使无水硫酸铜变蓝。有的同学也指出，由于混合气体中含有CO，会造成空气污染，故需要进行尾气处理，设计尾气处理装置等等。

探究混合物气体成分的方案包括试剂的选择、气体检验的先后顺序、气体的吸收、尾气的处理等装置的设计。教师可引导学生运用已有的化学知识，对探究方案开展分析评价，指出存在的问题，以此来培养学生分析问题的能力和批判性思维。

二、改进实验装置，培养学生创造性思维

创造性是指个体思维活动的创新精神或创造性特征。在实践中，除善于发现问题、思考问题外，更重要的是要创造性地解决问题[4]。教师可通过引导学生分析实验装置中存在的问题，组织学生交流讨论，提出改进措施，以此来培养学生的创造性思维。如对于探究混合气体中CO、H2、CO2成分的实验装置，经学生小组交流讨论，提出改进建议。以图1装置的改进为例，对于通过B装置后由于NaOH溶液吸收不彻底，有可能混合气体中仍有C02存在，为此，须在B装置后连接一个检验是否有C02存在的装置，也即连接澄清石灰水装置（图2C装置）。而经过该装置的气体中混有水蒸气，为了避免对后续检验的干扰，故須接着连接浓硫酸装置（图2D装置），吸收水蒸气，为了确保通过浓硫酸装置后混合气体中不存在水蒸气，故需使经过浓硫酸的混合气体通入盛有无水硫酸铜的U型管（图2E装置），另外由于混合气体中可能含有CO，会污染空气，故须进行尾气处理，采取点燃或收集处理（图2H装置）。改进后的装置图如图2所示。

改进探究混合气体成分装置，是一个不断分析、不断综合的思维过程，它要求学生综合运用化学知识解决新问题，使实验探究方案更为完善。通过实验改进，有利于培养学生实验设计能力，也有助于学生创造性思维的发展。

三、分析实验现象，培养学生推理性思维

推理是指依据事实，进行合理推理、判断，从而得出结论的一种思维。在化学探究教学中一般根据化学实验现象，迁移运用化学知识来分析推导得出实验结论。

如按图2装置开展探究实验，要求学生认真记录实验现象，并针对实验现象进行分析。如针对“F装置黑色的氧化铜粉末变红，G装置无水硫酸铜变蓝，H装置无现象”，可引导学生分析推理如下：由于F装置黑色氧化铜变红，说明混合气体中有还原性气体，也即可能含有H2、CO，G装置无水硫酸铜变蓝，说明有水生成，可推导出H2与氧化铜发生了反应，故混合气体中含有H2，由于H装置中澄清石灰水没变浑浊，说明没有C02生成，可推导出混合气体中没有CO。

新课程理念倡导通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系。在该探究实验中还存在其它一些现象，教师可引导学生通过自主分析、推导得出实验结论，从而培养学生分析能力，促进学生推理性思维的发展。

哈佛大学心理学教授戴维认为，高阶思维是可以通过培养和训练来完成的[5]。科学探究既是化学学习的一种重要方式，也是核心素养的一项重要内容。通过“提出问题、建立假设、设计方案、实施实验、获取证据、分析解释、形成结论及交流评价”等探究环节，有机渗透融入“分析、评价、创新”等高阶思维，进而提升学生的核心素养。

参考文献

[1]汤小梅，化学教学中高阶思维训练拓展设计[J].化学教学，2017（8）：21-24

[2]孙天山.基于“问题”高阶思维课堂教学架构研究[J].中学化学教学参考，2016（5）：1-5

[3]相佃国，中学化学教学中批判性思维研究[J].化学教学，2015（7）：32-33，36

[4]钱翠青，综合实践活动在初中生物教学中的应用研究[D].烟台：鲁东大学，2013（4）：34-36

[5]孙天山，化学教师高阶思维教学现状探析[J].化学教学，2017（7）：21-25