提升学生化学高阶思维能力发展的教学研究

[摘 要]

在学科核心素养的背景下，为了能有效落实学科核心素养，使学生的高阶思维得到培养，教师可以通过整合教材内容、创设问题情境、激发认知冲突及方案的设计等活动来发展学生的高阶思维。教师应更新观念，深度备课，以问题为主线，系统建构化学高阶思维教学模式，从而使学生的高阶思维活动在化学课堂得到训练。

[关键词]

高中化学;核心素养;高阶思维

化学学科核心素养的培养是为了更深层次地训练学生的思维，促进高阶思维的发展。高阶思维包含对复杂问题的分析、评价、创造，它具有灵活性、批判性、创新性等特征。《普通高中化学课程标准（2017年版）》指出，化学学科核心素养包括宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任等。化学学科核心素养既是对三维目标的有机整合，又是对三维目标的传承和发展。笔者认为，高中化学学科核心素养的公共因子是思维，思维是帮助学生解决实际问题的必备利器，靈活、新颖、深刻的思维是学科核心素养的关键。

一、化学高阶思维的内涵及培养现状

（一）化学高阶思维的内涵

教育家布鲁姆在对教育目标进行分类时发现，思维发展有记忆、理解、应用、分析、评价和创造六个层次[1]。“记忆、理解、应用”是在知识层面的消化和吸收，是低阶思维，而“分析、评价、创造”是对深层次知识的加工，是对解决实际问题能力的训练，是高阶思维。

化学高阶思维作为一种学科思维，应具有鲜明的化学学科特征。“化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化及其运用的一门基础学科”，化学反应所观察到的现象是宏观世界，原子、分子是微观世界，而化学式、方程式、电子式等是化学学科独有的符号。“宏观—微观—符号”的三重表征是化学学科独有的思维呈现方式，“结构、性质、用途”三者的关系是化学学科独有的思维模式。有些思维活动虽然只停留在浅层，却是形成高阶思维的基础。

（二）化学高阶思维的培养现状

我国对高阶思维的研究较少，对如何在课堂中培养学生的高阶思维的研究仍有待深入。国内对高阶思维发展研究比较深入的钟志贤教授认为，要想发展学生的高阶思维，并不是通过开设专门的课程，而是将思维训练与教学活动相融合[2]。孙天山教师在“高阶思维教学调查与分析”中发现，65%的教师在课堂中会通过问题来组织教学，而在课堂教学中，属于高阶问题所占的比例很少[3]23。笔者在对化学教师进行访谈中发现，由于受到家长和社会对孩子升学的期待及单一的评价方式的影响，教师组织的教学活动大多是低阶思维活动，能促进学生高阶思维发展的教学活动则少之又少。笔者认为，在化学学科核心素养的导向下，高中化学的课堂教学设计应指向创设促进高阶思维发展的学习任务与活动，这也应该成为高中化学课堂教学的首要任务之一。

二、促进学生高阶思维发展的教学实践

（一）整合教材内容：构建符合化学学科思维逻辑的教学过程

化学学科思维逻辑要着眼于化学学科的核心素养，教师应在化学课堂中渗透学科思想，促进学生对知识的深度理解，发展学生的高阶思维。学生无法通过记忆大量化学知识的方式达成高阶思维的训练目的，因此，教师在实际的课堂教学过程中，对教学内容的设计应符合化学学科知识发展的逻辑顺序，使学生能够顺利地对知识进行加工处理，建立新的知识体系。

以“镁与海水提镁”为例，从本节的教材编写来看，重点突出从海水中提取镁的流程和原理，镁的性质居后。可见，本节课对知识的要求并不高，主要目的是在于培养学生的证据推理，建立绿色化学观和价值观，形成一定的化学工业思想。本节课的价值在于加深基本工业知识的理念，建立从自然界中获得化学物质需要经历“原料的富集、产品的制备、提纯”三个基本环节的学科思维。若要培养学生的高阶思维，教师首先应对教材进行整合，对比“海洋中溴、碘的提取过程”，分析流程的异同之处，让学生更加深刻地理解从自然界中获得化学物质的一般思路。随后可以让学生以“海水提镁”的流程为例，设计从菱镁矿中提取镁的工业流程或从海水中提取金属钠的工业流程图[4]。教师创设了这样的教学过程，并在课堂教学中渗透化学学科的核心素养，就能有效地促进学生的高阶思维的发展。

（二）创设问题情境：激发思维

从问题解决的角度来描述化学学科的核心素养，是指学生能运用已获得的知识和技能去解决真实且有意义的，甚至是不可预测的复杂情境问题。有效的教学策略往往是从问题开始，将化学知识融于问题情境中，创设真实、能刺激学生探究欲望的情境，引发学生学习的兴趣，激发学生的思维活动。化学学科情境的主要载体包括实验、科学史故事、生活事件与现象、社会热点、科学史上的重大成就、自然现象和工农业生产等7类[5]。值得注意的是，教师所提供的情境素材不宜过多，否则学生容易产生“信息疲劳”;教师所创设的问题情境也应贯穿课堂始终，使得化学知识与情境充分融合。教师要充分挖掘情境素材，将教学内容融合成一个整体，形成一个主线。如在学习“镁与海水提镁”时，可以创设如下的情境（如图1和图2）。

值得提醒的是，教师应把解决问题的主动权交给学生，给学生充分的时间去思考，去大胆猜测，去大胆探索，鼓励学生彼此间互相交流和质疑，要善于等待学生的问题解决过程和思维形成过程，留足时间和空间，不急于结论的展示。这样，学生们不仅收获了知识与技能，更重要的是潜在思维能力得到了激发。

（三）诱发认知冲突：激活思维

经过长久的学习，学生已经积累了一定的知识和解决问题的方法。在课堂教学中，绝大多数新知识的学习是建立在原有知识的基础上。学生的学习过程也是一个认知冲突不断产生并得以解决的过程。教师可以设置一系列的认知冲突来引发学生的思考，激活学生思维活动，增强学习动力，从而提高思考力，落实化学核心素养。

有效的问题才能引发学生的认知冲突。因此，在本节课教学中教师可以设置如下的认知冲突：问题1，镁着火时可以用二氧化碳灭火器灭火吗？问题2，工业上为何选用熟石灰做沉淀剂？问题3，工业上使用的氢氧化钙真的来源于贝壳吗？对于问题1，学生已经清楚二氧化碳可以用于灭火是因为二氧化碳可以隔绝空气中的氧气，但是镁着火时若用二氧化碳却燃烧得更加剧烈，这就诱发了学生的认知冲突，激发了学习热情，使学生的思维更加活跃;对于问题2，工业上选用熟石灰做沉淀剂的原因一般从经济效益去考虑，而容易忽略产物的综合效益——生成的氯化钙可作为干燥剂、冬天的融雪剂、马路洒水后的保湿剂等[6];对于问题3，教材指明熟石灰的来源是通过煅烧海边的贝壳，而在实际工业生产中，已经很少采用煅烧贝壳了。不使用贝壳的原因一是贝壳有限;二是贝壳还有更有价值的方面，如可制成饰品、工艺品;三是随着物流的发展，直接购买熟石灰成本更低。需要注意的是，在启发学生思维活动的过程中，教师不需要给定太多的明示，应引导学生跳出课堂，充分联系实际生活，提出多种可能，这样才能诱发新思想，思维能力才可以被激活。

（四）提炼工业流程图：升华思维

思维的深度是指引导学生抛开表面现象，抓住问题的核心，从部分到整体的思考。本节课让学生依照的课本彩图——初次提炼工业流程图，看似简单，实则学生可能无从下手或者花样百出。因此，教师需要先提供流程图的基本框架和要求，再让学生设计从海水中提取钠的工业流程图。这样的设计既能引导学生完成微粒观和物质观的转化，也能兼顾绿色化学和原料的再利用，既渗透了化学学科的核心素养，也提升了学生思维的整体性。

既然评价和反思可以创造更有价值的成果，那么高阶思维课堂教学的最后一个环节应是学生对学习结果的互评和自评[7]。一个学生一个思维，不同层次的学生也存在不同的思维方式。因此，教师在课堂中设置学生之间相互评价各自提炼的工业流程图，并反思自己的成果，能够使高阶思维得以充分地训练。

三、促进学生高级思维发展的教学建议

（一）更新教師观念，提升教育思想

在孙天山教师的调查研究中表明，目前相当一部分教师对“高阶思维”这一名词是模糊的，而对“高阶思维”这一前沿观念的缺失，使得高阶思维的训练很难在课堂中落实。教师的教育观念会支配整个教学行为，是教师进行教学设计的主旨。因此，教师只有提升自己的教育观念，才能更好地在课堂中创设有利于学生高级思维发展的教学过程[3]22。教师可以通过阅读期刊和参加专业的培训来获取新观念，吸收新思想，掌握新的方法，提升自己的业务能力，从而改变教学方式。然而，教师观念的改变并不是一蹴而就，是一个长期的过程。只有教学的实施者重视这一观念，才能将教育理念落实到教学行为中。

（二）进行深度备课，重构知识体系

教材所具备的科学性、逻辑性，是教师备课的立足点。要达到落实学生的化学学科核心素养和学科思维培养的目的，教师应重视课前的教学策划。陈新华教师提到，深度备课的关键点是制定可行性目标、深入了解学生的基本学情、设计学习活动、预设反馈评价[8]。教师在深度备课中要注重化学学科思维的渗透，有意识地培养学生的微粒观、转化观、分类观、元素观等思想。这就需要教师对教学内容进行重新整合，重新构建符合化学学科思维逻辑的教学过程。学生是学习的主体，教师要结合学生的认知过程、学习的盲点和思维障碍，寻找学生学习的痛点，将基础知识进行综合，使知识结构化。课堂是训练高阶思维的主阵地，如何在课堂教学中有效落实高阶思维训练是一门艺术。教师应将教学形式从“以教师为中心”转变到“以学生为中心”，从“以讲代教”到“追问和引导”。教师应时刻记住自己的角色是教学的引导者、合作者，学生是主体。教师要不断吸引学生，影响学生。只有学生能够经常参与进来，才能有效落实高阶思维的培养。

（三）以问题为主线，建构高阶思维

教育学家杜威在“问题教学法”的阐述中表明，教师应重视通过问题来组织课堂教学，用问题来激活学生的思维活动。康永军等教师提出，核心问题的设计应该直指教学内容并贯穿于整个教学过程，核心问题应该由若干个子问题组成，问题应该是开放的[9]。因此，教师应积极创设一系列包含核心知识的高质量问题，使化学知识与情境充分融合，让学生在解决实际问题中外显思维。教师对问题要做“减法”，精选问题，切中要害。问题应具有真实性、探究性、批判性，要能引发学生思考。学生能够通过思考而获得知识，通过思维训练而获得解决问题的方式，才是随着时间推移而抹不去的潜在能力。

[参 考 文 献]

[1]皮连生.学与教的心理学[J].教师，2014（29）：2.

[2]钟志贤.教学设计的宗旨：促进学习者高阶能力发展[J].电化教育研究，2004（11）：16.

[3]孙天山.化学教师高阶思维教学现状探析[J].化学教学，2017（7）：22-23.

[4]黄金鑫.基于深度学习理念下的高中化学课堂教学策略的研究[J].化学教与学，2018（7）：23.

[5]沈洁莹.对中学化学教材情境现状的调查与研究：以人教版普通高中教科书为例[D].长沙：湖南师范大学，2014.

[6]陈献忠.“镁的提取及运用”备课中若干问题探索[J].中学化学教学参考，2012（5）：41.

[7]郭金花.高阶思维：提升化学学科核心素养水平的关键[J].中学化学教学参考，2018（23）：13.

[8]陈新华.指向深度学习的高三化学深度备课：以氯、溴、碘及其化合物的单元复习为例[J].化学教育（中英文），2019（1）：21.

[9]康永军，王荣华.以核心问题促学生化学思维和素养发展：以“酸和碱的中和反应”为例[J].基础教育课程，2018（12）：23.

（责任编辑：赵晓梅）

作者简介：张丽华（1985-），女，福建大田人，中学一级教师，大学本科，研究方向：高中化学教育教学。