巧借实验探究 推动化学高阶思维培养

福建省福清第一中学 魏 凤

一、化学高阶思维内涵的探讨

无论是高阶思维还是低阶思维都是思维方式的代表说法，无论是哪一种思维方法都很难明确给出一个统一的标准答案。但是，在实际教学过程中或实际生活中，如果高阶思维和低阶思维一同出现，通过对比来说我们很容易得出哪一个是高阶思维，哪一个是低阶思维。例如，当一道题目中问及氢元素的表示符号是什么，学生只需要调取大脑中的记忆便可以得出答案“H”，或者请写出核外电子总数为10的粒子三个，学生通过回忆知道有阳离子、阴离子和分子，只要写出任意三个即可——Na、N3-、Ne等。类似于这种只需要学生进行回忆，进行简单操作问题的单纯回答和解决就是低阶思维的运用。对于此思维而言，解决问题时通常是对固定的问题与解决方法的使用，不需要学生过多地进行推理和论证，或者是创新，只要能够对号入座回答问题即可，这就是低阶思维的存在。

与低阶思维不同，高阶思维一般是比较复杂、不规则的思维方法，对单一的问题可以生成不同的解决方案，这种思维方法具有不固定性、标准多样性以及自主调节性等特征。例如，当学生遇到“请根据以下实验物品，获取最佳的氧气制取方案，你会怎么做？说明原因。”，对于制氧方法而言，高中生非常熟悉的方法有三种，但这道题目的侧重点在于让学生自主进行实验设计，完成最佳方案的选择。为了完成这一题目，学生需要考虑反应速率、操作的简便性、制氧浓度等多重问题，这需要学生在大脑中进行比较、评价和决定的思维活动。由此可见，想要完成这一题目，学生单纯依靠低阶思维进行回忆是不可能解决问题的，而是需要学生发挥自主能动性。在没有统一标准答案的情况下，自行运用高阶思维分析问题、判断问题并解决问题，这就是高阶思维存在的表现。

二、培养高中生高阶化学思维能力的必要性

化学高阶思维是一种能力的代表，它是学生较高认知水平的心理活动和智力活动的体现，通常包括学生的创新能力、自主解决实际问题的能力、判断以及决策的能力，等等。在高阶思维的引导下，学生可以对自己所学习的知识进行总结、整合和分析，让知识成为活学活用的技能，而不是单纯记忆的死知识。通过化学实验教学以及动手操作化学实验过程，可以更好地实现对学生自主学习，主动理解问题、消化问题和解决问题能力的培养。此外，高阶思维所需要或必备的提出假设思想、推理分析能力、关系连接、模型建立、现象解释以及本质揭露等等，这些高阶思维能力的形成都有助于学生个人未来长远的发展与成长，所以利用化学实验来不断培养学生的高阶思维能力十分必要。

三、借助实验培养高中生高阶思维的途径

（一）改变演示实验方法，培养自主学习能力

高中化学实验课大多是验证性的实验，学生进行机械性的动手操作，缺乏对实验过程、实验结果和实验原理等相关内容的思考。对于这样的实验过程，学生能够得到培养的还是低阶思维，而不是高阶思维。因此，教师想要巧借实验教学来提升高中生的高阶思维，必须改变以往单纯的实验演示方法，而是在引导学生进行实验操作的过程中，不断启发学生进行相关问题的思考，从而充分激发学生的自主学习能力，让学生学会主动探究和思考，分析相关的化学问题。这就要求教师不仅要注重对学生实验总结能力的培养，更要注重对学生实验过程的思考能力、分析能力和探究能力的培养。

例如，“H2SO4和Ba（OH）2实验”被用来验证电解质电离出的离子在水溶液中的反应情况，学生可以通过白色沉淀直接观测到Ba2+与SO42-发生了反应，但无法肉眼观测H+与OH-是否发生反应。教师可以引导学生设计实验思路证明是否发生反应，学生通过辅助试剂酚酞，通过酚酞颜色的变化说明H+和OH-反应。但以上实验还不能说明离子参与反应的程度，教师可以进一步引导学生借助手持技术实验测该反应的电导率来进行离子反应程度的表征，并引导学生对曲线进行解读与分析。同时还可以改进实验，通过对比向滴有酚酞的低浓度Ba（OH）2溶液中滴入高浓度Na2SO4溶液，通过电导率和pH的实验测定，说明离子之间可能全部反应，也可能没有参加反应，用手持实验解决学生在旁观离子没有参加反应的认知困惑。通过这样的讲解和引导思考的过程，学生会对实验的过程得到更加充分的理解，有助于学生在进行实验时主动发挥自己的高阶思维，进行自主性学习研究和探究。

（二）丰富实验问题设计，培养高阶思考能力

对于高中化学高阶思维的教学来说，培养学生掌握一定的思考能力和主动意识是高阶思维建立的第一步，而巧借实验教学培养学生对化学知识的实践应用能力，才是高阶思维的主要体现。所以在实验课堂上，化学教师应始终坚持问题导向的方法，努力培养学生利用化学实验对相关实际问题进行解决过程的方法与能力，从而引导学生运用高阶思维参与课堂问题的解决，同时也要给学生创建轻松愉悦的学习氛围。所以，在实验问题的设计方面，教师要多动脑筋，引导学生一步一步地对相关问题进行解决，不能直接给出问题答案，引导学生在互相帮助的基础上找到解决问题的办法。

例如，请利用如下图所示装置，它是实验室中某些气体的制取、收集以及尾气处理装置，如果仅用此装置和表格中提供的物质来完成相应的实验，那么最为合理的是哪一项？

?

这道问题的形式在高考当中也是比较常见的题型，它综合性地考查学生对化学知识以及化学实验的高阶思维能力。学生无法通过回忆知识直接完成解答，而是需要注意对发生装置、收集装置、尾气处理装置等内容以及各个物质之间的化学反应关系进行综合性分析，才能够得出最终的正确答案。本题正确答案是第二个，但以A选项为例，浓氨水与CaO反应是不需要加热的，氨气非常容易溶于水，所以需要防止倒吸，但氨气的密度要小于空气，因此不能使用向上排空气的收集方法，所以不合理，选项排除。通过这样类型问题方式的设计，学生需要对每一个选项进行高阶思维的练习，所以对他们的高阶思维能力的形成有着重要的推动作用。

（三）借助多种化学实验方式，激发学生学习热情

在对学生进行高阶思维培养时，无论是学生还是教师都应该意识到高阶思维的形成并不能一蹴而就，而是需要长期的知识和经验的积累，才能够逐渐形成高阶思维能力。因此，在借助化学实验对学生进行高阶思维的培养过程中，教师需要通过多种化学实验的演示、讲解与提问等方式来实现对教学内容的突破。

例如，对一些原子、分子、离子等内容相关的实验教学时，大部分学校无法在实验室中完成对物质结构的实验分析。但是，如果教师能够借助课堂多媒体技术、网络信息技术、云存储技术等新兴技术向学生展示微观世界的实验教学课件、视频以及其他形式的实验过程等，既可以让学生更加真实、真切地感受和观看到微观世界的神妙之处，又可以让学生对微观世界的化学知识产生直观的联想和理解，从而更加有助于为学生高阶思维能力奠定坚实基础。除了借助网络信息技术来进行演示实验外，教师也可以利用思维导图的方式来实现对高中生高阶思维能力的培养。这种方式可以更容易地帮助学生对化学知识进行系统化的梳理，掌握好每一个知识点之间的关联性。这种关联性的记忆形成，可以帮助学生在面对不同的问题时进行有效联想和思考，通过抽丝剥茧的方式与精细化的对比分析，得出不同问题所需要的不同答案，这就是高阶思维能力的运用。

总而言之，高中化学是一门实践性、应用性、系统性很强的学科。化学高阶思维不是某一种或某一类具体的知识和方法，而是一种具有主观性的思维方法。想要培养学生的高阶思维，借助必要的实验手段和实验方法必不可少，而且在未来社会发展中，学生想要求得长远发展，立足社会，也必须形成高阶思维。高阶思维的培养不是一蹴而就，教师无法运用一堂课时间去提高学生的思维能力，而是要将这种教学思想贯穿整个高中学习阶段，让学生在日积月累中实现高阶思维的培养。