基于发展学生高阶思维的高中化学探究教学设计思考——以“氧化还原反应”为例

许晓婷，李舒，许俊翠

（合肥师范学院化学与化学工程学院，安徽合肥 230601）

高阶思维，是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或较高层次的认知能力[1]。它起源于布鲁姆的教育目标分类学中以认知为主导的六类学习目标，后这六类学习目标经安德森等人修订为“记忆、理解、应用、分析、评价和创造”六个方面“认知过程”维度的目标。其中，“记忆、理解和应用”称为低阶思维，而“分析、评价和创造”称为高阶思维[1]。高阶思维包括问题求解能力、创新思维能力、决策力和批判性思维能力这四种思维能力[1]。从化学高阶思维的能力表现来看，它包括概括关联类、解释说明类、推断预测类、设计验证类和分析评价类的能力表现[2]。

1 发展学生高阶思维的必要性

培养学生高阶思维是社会发展、学生发展和新课程改革的必然要求，对培养全面发展具有创造力的人才具有重要作用。从教学理念上看，新课程标准明确提出了“素养为本”的教学理念，着重培养以高阶思维为基础的学习能力、实践能力和创新能力；从学生发展的角度来看，在科技日新月异的今天，人类的主要任务不再是记忆知识，而是能利用现有的工具和知识，分析新问题与已有信息之间的联系，创造性地解决问题[3]。这就迫切需要发展学生高阶思维以适应未来学习工作的需要；从社会发展的角度看，只有培养大量具有高阶思维的创新型人才才能更好地适应将来社会技术的竞争。又由于高中理科教学的一个重要目标就是提升学生的思维能力，因此，高中化学作为理科的重要组成部分之一，对于培养学生高阶思维有着不可推卸的责任。

2 基于发展学生高阶思维的高中化学探究教学设计思考

2.1 探究教学与高阶思维的关系

探究教学是指在教师指导下学生运用探究的方法进行学习，主动获取知识、发展能力的实践活动，学生知识与能力的获得是在教师的指导下由学生主动探索、主动思考、亲身体验出来的[4]。学生高阶思维的发展是在其原有认知和思维能力的基础上，通过主动吸收与构建知识来获得思维能力提高的过程。因此可以说，学生高阶思维获得的过程也是学生探究的过程。探究教学是培养学生高阶思维的重要途径，而高阶思维是学生探究学习的结果。具体体现在，学生在探究学习的过程中，需要对呈现给他们的信息或情境进行概括加工，并结合自己已有的知识进行理解，培养其概括关联类思维能力。当教师提出一个任务时，学生对问题做出基于一定事实依据的合理假设，可用于发展推断预测类思维能力。学生在解决问题的过程中，还需要设计特定的方案或途径去收集证据，然后通过推理或分析，寻找支持观点的论据，发展设计验证类能力。学生在寻得证据后，基于证据对问题进行解释或说明，发展解释说明类能力。最后学生通过多方的对比分析，对自己以及他人的结果和解释进行评价，发展分析评价类能力。可见，学生探究的过程是一个主动探索与解决问题的过程，同时学生的高阶思维也在这个过程中得到了充分的发展。

2.2 高一学生学情是发展高阶思维的基点

高一学生的高阶思维是以学情为基点进行发展的。因此，想要发展高一学生的高阶思维，就要分析其学情，包括他们的思维特点以及化学基础。从思维特点上看，高一学生的思维特点与其年龄特征密切相关，高一学生的年龄大概为15或16岁，根据皮亚杰的认知发展阶段理论，这个年龄的学生思维正处于形式运算阶段后期，是逻辑推理思维的发展阶段[5]，具备一定的逻辑推理能力。

从化学基础来看，高一的学生在初中阶段已经通过理解和记忆学习了一些简单的元素符号、化学式、化学方程式等内容，为高中阶段的学习打下了一定的知识基础。但由于在初中阶段，零散知识点的学习使得他们对化学学科难以有系统的把握，因此刚上高一的学生思维仍处于孤立状态，在运用思维进行信息加工时，难以综合地进行分析，从而使思维处于“知道、领会、运用”阶段，即低阶思维阶段。而当学生进入高一之后，学生开始学习离子反应、氧化还原反应两个核心概念，并指导元素化合物和元素周期表的学习，慢慢地从物质的宏观现象深入到微观结构的学习，从无机化合物的学习过渡到有机化合物的学习。随着学生知识系统的逐渐丰富和完善，他们更容易充分调动“分析、评价、创造”思维综合分析和解决问题，即思维慢慢过渡到高阶思维。

例如，高一学生在学习新教材第一章第三节“氧化还原反应”时，由于学生在初中时已经从“得失氧”的角度理解了氧化反应和还原反应，清楚化合价的概念，能判断简单物质的化合价，再加上此时学生具备一定的逻辑推理思维，因此，可引导高一学生从“化合价变化”的角度分析氧化还原反应，并通过归纳推理的方式说明氧化还原反应的特征，再进一步引导他们分析解释化合价变化与得失电子的关系，并评价从三种角度判断氧化还原反应的优势与局限。这样，就引导学生从初中时“知道、领会”的低阶思维过渡到“分析、关联、评价”的高阶思维，发展了学生“概括关联类”“解释说明类”和“分析评价类”的化学高阶思维能力。

2.3 教学目标是发展学生高阶思维的导向

教学目标是教学的起点和终点，贯穿于教学的始终，对学生高阶思维的发展起导向作用。发展学生高阶思维的教学目标的设计与传统教学目标相同之处在于二者皆是以掌握知识为基础，但传统教学目标的制定倾向于事实性知识的陈述[6]，而高阶思维的教学目标更侧重于学生思维能力的培养。因此，教师在制定发展学生高阶思维的教学目标时，应认真研读新课标，依据教学所需达到的学业要求，并结合具体的教学内容，设计能体现“概括关联”“解释说明”“推断预测”“设计验证”和“分析评价”等化学高阶思维能力的教学目标。

例如，在“氧化还原反应”这一节中，2017年版《普通高中化学课程标准》中对氧化还原反应的学业要求明确提出“能利用氧化还原反应的概念对常见的反应进行分类和分析说明[7]”。再结合这一节的教学内容，确定其具体教学目标如下：

（1）能从“化合价变化”的角度分析氧化还原反应，并利用氧化还原反应的概念对常见的反应进行分类和分析说明（分析评价类、解释说明类）。

（2）理解氧化还原反应的本质是电子转移，能分析并解释化合价变化与得失电子的关系（概括关联类、解释说明类）。

（3）能评价从三种角度判断氧化还原反应的优势与局限（分析评价类）。

2.4 教学内容是发展高阶思维的载体

在强调“素养为本”的今天，教学的目的不仅仅只是教给学生事实性知识，更重要的是要发展学生的思维能力。但知识的获得与思维的提升是密不可分的，而知识又蕴含于教学内容之中，因此，教学内容是教师用于发展学生高阶思维的工具和载体，教学内容的选取和组织服务于教学目标的达成。

教师在准备教学内容时，首先应该结合课程标准以及教材内容确定教学的知识内容，其中，课程标准中的内容要求明确了每个主题需要掌握的知识内容，而情境素材建议中也为教学提供了合适的素材内容，教师应当仔细研读。然后教师应该分析教学内容的逻辑结构，包括确定教学重点、难点以及分析知识之间的层级关系。之后将知识内容与高阶思维建立联系，分析这些知识内容可以发展学生的哪些高阶思维。最后，根据知识内容加上合适的素材组织成教学内容。通常，学生的思维层次随着知识层级的深入而渐渐提高。对于知识层级较低的教学内容，学生通过简单的“理解、记忆”即可获取知识，而对于知识层级较高的教学内容，则可充分调动学生的“分析、评价、创造”思维，训练其化学高阶思维能力。

例如，结合教材内容与2017年版《普通高中化学课程标准》中对“氧化还原反应”的内容要求，确定“氧化还原反应”的教学重点、难点为：

（1）重点：氧化还原反应的概念，氧化还原反应的本质。

（2）难点：氧化还原反应的本质，化合价变化与电子转移的关系。

分析知识之间的层级关系、学生高阶思维的发展及教学内容之间的对应关系如图1。

图1 知识之间的层级关系、学生高阶思维的发展及教学内容之间的对应关系

通过图1可以看出，知识内容由浅入深进行组织，对应的教学内容作为载体则由低到高地发展学生思维。

2.5 多样化的教学活动是发展学生高阶思维的重要途径

在选好合适的教学内容之后，下一步是设计教学活动，将静态的文本转化为动态的课堂。教学活动是教学实施的重要环节，也是发展学生高阶思维的重要途径。由于传统的学生只听讲和理解的教学已经难以满足学生发展的要求，因此，教师应当设计更加多样化的教学活动任务，引导学生积极探究，以达到培养学生高阶思维的目的。

教师在进行基于发展学生高阶思维的设计教学活动时，应该结合已经确定的本课题的教学内容进行设计，采取合适的教学活动将教学内容表现出来。那么教师设计活动时，就要考虑到教学内容本身的难易程度和学生课堂的积极性，将学生的可接受性与活动的趣味性结合起来。通常，对于较为简单知识点如简单的概念、现象、物质微观结构及其物理性质、用途等，教师就可将其设计为学生自主阅读材料、观察及观看图片、视频、flash动画等的教学活动，充分发展学生独立分析的思维能力。而对于较为复杂的教学内容，则可设计成组内合作共同完成活动任务，如对于实验类可以设计成小组合作进行实验探究的活动。另外，对于一些概念判断类的教学任务，教师还可以将其设计成组间比赛进行判断的活动，以调动学生课堂参与的积极性。

例如，对于以上确定的“氧化还原反应”教学内容，设计教学活动如图2。

图2 氧化还原反应教学活动的设计

以上教学活动的设计中，通过设计组间比赛、讨论交流、实验探究、观看视频、自主评价等多样化的教学活动，充分调动学生自主探究的热情，学生在探究过程中思维得到发展和进阶。

2.6 “教、学、评”一体化是发展学生高阶思维效果的保证

为保证教学目标的顺利达成，需要对教学效果及时展开评价，评价的第一步则是制定合适的评价目标。评价目标应与教学目标相匹配、相一致,才能保证评价的方向和有效性,使教学与评价有机融合,形成合力,发挥“教、学、评”一体化的现实意义[8]。例如，在“氧化还原反应”这一节中，对于前面所设计的三条教学目标，设计其评价目标如下：

（1）通过对C+O2CO2↑，Fe2O3+3CO2Fe+3CO2、H2+CuOCu+H2O，Fe+CuSO4=Cu+FeSO4等反应进行分类和分析，诊断并发展学生对氧化还原反应的认识进阶（物质水平、元素水平、微粒水平）。

（2）通过探究氧化还原反应的本质及归纳氧化还原反应与电子转移之间的关系，诊断并发展学生思路结构化水平（孤立水平、系统水平）。

（3）通过对不同角度判断氧化还原反应的评价与交流，诊断并发展学生问题解决能力水平（简单化学问题、简单实际问题）。

以上三个氧化还原反应的评价目标贯穿于课堂活动之中，并与教学目标相一致，能较好地发挥课堂评价的反馈调节功能，保证学生高阶思维的发展。同时，课堂评价方式应当更加多样化，除教师对学生的表现进行评价之外，还可以充分发挥学生的主体意识，让学生自评、小组互评等。例如，学生在抢答判断氧化还原反应类型及分析化合价升降与电子转移的关系时，就可以采用小组互评的方式，让其他同学评价正确与否并给出合理的解释，并且当课堂结束之后，学生可以通过反思这节课学到的内容进行自我评价。当然，除以上课堂中的评价以外，还可以针对教学目标为学生布置一些课后习题，巩固所学知识并检测学生高阶思维是否达成。例如，针对以上教学目标1、2，布置习题如下：

（1）请从“化合价变化”的角度对四大反应类型的反应进行分类和分析说明。

（2）2K+S=K2S，N2+3H22NH3，请分析以上两个反应方程式中各元素化合价变化情况与得失电子情况，并分析它们之间的关系。

案例中采用课中评价与课后评价相结合、多主体并用的评价方式，将评价与教学相统一，保证学生高阶思维发展的效果。

3 反思与感悟

3.1 更新教学观念，营造民主课堂氛围

教学观念是教师进行教学活动的指南。因此，想要培养学生的高阶思维，教师应该不断更新教学观念，认同高阶思维教学的价值，才会在教学过程中主动创设高阶思维的环境，引导学生形成高阶思维[9]。同时，教师应该形成新型民主的师生关系，营造民主和谐的课堂氛围，才能在学生进行自主探究时，充分调动学生的思维活动，让学生敢于表达自己的想法，在头脑风暴中促进思维的提升和发展。

3.2 加强自身学习，提升高阶思维能力

教师是学生在教学活动中最直接的影响者。因此，教师具备高阶思维的能力是促进学生高阶思维发展的重要前提。当教师具有较强的高阶思维能力时，才有可能在探究式教学中，面对学生提出的问题或想法，快速地进行分析，及时做出解答和评价。因此，教师应具有终身学习的理念，通过参加教师培训、观摩优秀教师的课堂、仔细研读课程标准、积极参加各种教育教研活动等多种途径不断提升自身的专业素养，在学习中提升自身的高阶思维能力。

3.3 重视教学反思，逐步提升学生思维

发展学生高阶思维，并不意味着可以忽视低阶思维能力的培养，高阶思维的发展需要建立在低阶思维的基础上[10]。因此，在一节课中，教师需要设计问题的进阶，先通过基础性问题激发学生的低阶思维，再在此基础上逐步深入，以发展学生的高阶思维能力。从另一个方面看，学生高阶思维的发展是个循序渐进的过程，所以对于刚上高中的学生，发展学生高阶思维的问题不宜过难，且应在学生思考分析有困难时及时地给予启发，让学生能体验到学习的乐趣。教师还应该重视教学反思，不断积累经验，让探究教学成为学生思维进步的阶梯。