初中化学促进学生高阶思维发展的教学策略

徐承翔

科学、技术与时代的发展要求教师在认知结构、角色定位、专业发展等方面有与之相适应的变化。未来社会需要的是有高阶思维能力的终身学习者，培养学生的高阶思维能力成为教师课堂教学的重要任务。教师应把对学生高阶思维能力的培养融合在课堂教学过程中，即课堂教学设计应涵盖知识目标与高阶思维能力目标，让学生在习得知识的同时获得能力提升，这也是当前基础教育课堂教学变革的主要方向。

我国学者钟志贤教授认为，高阶思维主要是指发生在高层次认知水平上的心智活动，高阶思维能力是综合运用分析性、评价性和实践性思维的能力，是问题解决能力、创新能力、决策力和批判思维能力的核心。

笔者发现，由于初中化学教学为学生提供理论联系实际的机会不足，实验及探究多是“从文字到文字”之间“静态”的碰撞（作业、习题或纸笔测试等），而缺乏对“动态”的逻辑思维和批判性思维的训练，导致以整体性、过程性、生成性、情境性等为重要特征的高阶思维能力的培养较为欠缺，学生解决实际问题的能力、创造性思维、原创能力等较弱。笔者在教学实践中通过对促进高阶思维发展的教学活动进行实践、思考、分析与梳理，提炼出以下相关教学策略，以期有助于提升学生的学科核心素养。

一、设计自主学习任务，强化具身认知，奠基高阶思维能力

具身认知理论认为认知是身体的认知，心智是身体的心智，离开了身体，认知和心智根本就不存在。具身认知过程不只是简单的身体感知过程，还包含感觉过程和知觉过程。该理论认为人的认知过程具有涉身性、体验性、情境性与生产性等特点，认知结果反馈于认知、促进认知，强调主体参与，重视互动过程，关注切身体验。因此，具身认知是人认识事物的源头，是高阶思维进阶的开端。

化学是以实验为基础的学科，在初中化学课堂教学中要设计能引导学生主体参与的自主学习任务，通过学生“具身”的感知，多维度、多层次、全面深入地分析事物，才能引发思考、联想和批判。

如在教学“酸碱盐的性质”时，传统的课堂教学往往是教师演示实验并讲解反应现象、反应规律等，之后就进入记忆巩固阶段。这样的教学，学生接受的是事实性知识，处于被动、机械、接受的状态，获得的仅是低阶知识。

在具身认知理论指导下，笔者设计了学生自主动手“探寻稀HCl 有哪些化学性质实验”的学习任务，并提供相关药品与器材，要求学生完成探寻稀HCl 能与哪些类别的物质发生反应并说明支持观点的证据，记录实验过程中的疑问，小组讨论疑问的解决方案。学生在任务驱动下逐步探索，提出了很多在以往课堂中没有提过的问题，并始终处在学习、思考中，课堂学习氛围与以往不同，教师也能从学生的证据表达、质疑交流、疑问的解决方案交流中得到学生学习成果的反馈。

如学生为了举证稀HCl 能与哪些物质反应，在仔细观察、区分、判断的过程中获取证据并组织语言表达观点，而语言往往是学生思维的有声表现。又如学生提出“稀HCl 与NaOH溶液反应无明显现象，那么两者到底有无发生化学反应”时，教师顺势引导学生思考“是否有办法证明稀HCl 与NaOH 溶液的确发生反应，有没有办法证明两者反应时哪个过量”。再如当学生提出“稀HCl 与打磨过的铝片和未打磨的铝片反应现象为何差异很大？若铝片表面有AlO，生锈铁钉表面有FeO，为何稀HCl 与未打磨的铝片反应要过一会才能产生气体，而稀HCl 和生锈铁钉反应则很快就会出现气泡”的问题时，教师顺势让学生比较思考“在日常生活生产中为何铁制品的锈蚀报废比铝制品的锈蚀报废程度要高很多”等问题。

可见，在化学这门以实验为基础的学科教学中，通过强化具身认知，设计自主动手实验，使学生不仅“身体”参与到了学习过程中，而且在“观察→分析→寻找证据→作出判断→发现并提出疑问→与同伴探讨如何解决疑问的交流表达”过程中，让“身体”与“学习情境、他人、自我”相互“作用、互动与结合”，激发了学习兴趣，培养了良好的学习习惯和思维习惯；让学生能自然释放“身体”和情感，获得锻炼高阶思维能力的机会，以高阶学习带动低阶学习，完成更有意义的学习过程。

二、设计探究学习任务，突出证据推理，导向高阶思维能力

“证据推理”指从问题情境及已有知识经验中通过识别与转换形成观点，并多方收集证据，利用证据进行推理，从而获得结论，解决问题。其表现在化学学习中即“具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设；通过分析推理加以证实或证伪；建立观点、结论和证据之间的逻辑关系”。

通过设计适当的探究活动引导学生认识真实的世界，像“科学家”一样思考问题、解决问题，经历证据推理的过程，提高学生的化学学科素养；让学生能在真实情境中发现问题、提出观点，通过搜集和分析资料获得证据，提升与他人交流沟通的能力，逐渐形成分析、评价、创造等高阶思维能力。

“质量守恒定律”是化学学科的核心概念，也是初中化学学习的重点。而质量守恒定律内容中的“在具体的反应中判断哪些物质参加反应，有哪些物质生成”是难点。为了在教学中突出重点、突破难点，笔者在教学实践中设计了如下探究学习任务（见图1），通过证据推理培养学生的高阶思维能力。

图1 质量守恒定律探究教学框架

作为情境引入的甲、乙两个实验，利用“反应前后质量变大或变小”来给学生制造认知冲突，引发学生提出猜想。利用活动1、活动2 中的丙、丁实验作为“反应前后质量不变”的案例，引导学生从宏观角度认识和理解质量守恒定律。让学生分析丙、丁实验的反应物和生成物；评价丙实验是否需要放在密封装置内进行及丁实验是否可以放在敞口装置内进行；对比丙、丁实验，分析甲、乙实验反应前后天平失去平衡的原因，为“分析在具体反应中的反应物和生成物”这个难点作铺垫；之后再由学生改进甲、乙实验，使之能更明显地反映化学变化前后反应物和生成物的质量变化情况，进行“创造”层次的高阶思维培养；学生以搜集到的多个实验现象为证据，推理化学变化前后反应物和生成物的宏观质量变化情况。利用活动3 引导学生从微观角度理解化学变化前后质量守恒的必然性。

学生在驱动性问题——“原先平衡的杠杆或天平后来不平衡了，化学反应前后质量会发生变化吗？”的引导下进行探究性学习，充分体验实验分析、推理论证的过程。通过推理论证过程，让学生思维活动外显，完成分析、评价、创造等高阶思维训练。在探究活动中，通过证据推理使学生建构了科学概念，通过师生互动、生生互动使教师获得了及时的教学反馈。

三、设计真实问题解决任务，强调批判性思维，进阶高阶思维能力

创造能力和创新精神是人才培养的重要方面，创造力需要创新思维支撑，而创新性思维则是以批判性思维为基础。从化学学科核心素养看，批判性思维也是科学思维这一学科核心素养的重要方面。课堂是学生学习的主阵地，教师应该充分利用课堂教学的优势，在真实情境中营造批判性思维氛围，在问题解决中提升学生的批判性思维能力，发展学生创新能力和创新精神，促进高级思维能力的进阶。

初中学生的思维正处在幼稚与成熟的过渡时期，思维水平仍然较低，处于从直觉经验型思维向逻辑思维的过渡，辩证的批判性思维还只是处在萌芽状态。但是，这个时期也是培养学生批判性思维的关键时期，对学生思维的培养与正确引导尤为重要。因为学生在这个时期个体独立性增强，发散思维发展较快，接触与接受新事物较多，教师应该鼓励他们大胆发问、提出异议、用自己的思维方式来判断事物，甚至对他们提出的意见要尊重和包容。批判性思维的渗透和培养更有利于学生深入思考所面临的问题，养成求真、公正、反思、开放的良好品质，激发学生的创新能力，对学生适应未来复杂的、变化的、不确定的世界有积极的促进作用。

批判性思维技能包括解释、分析、推理、评价、说明及自我调节等。

如学习“酸碱性质”时，针对稀盐酸和氢氧化钠溶液反应没有明显现象这一情况，给学生提出问题：“你能设计多少种实验方案证明稀盐酸和氢氧化钠溶液发生了反应？”“如果要进行具体操作，你会选择哪种方案进行，为什么？”学生在解决问题时需要用到分析、推理、评价、说明等批判性思维技能。教师可以结合学生的反馈，从批判性思维技能的角度对他们进行点拨和引导，让学生在经历问题解决的过程中，提升分析、评价、创造等高阶思维能力。

如学习“物质转化规律”内容时，给学生呈现真实情境问题：某品牌的钙片——“碳酸钙D3 颗粒”的包装上注明“每袋含钙500 毫克”。请你设计方案并实验，测定并分析数据，说明该产品信息的可靠性。学生需要运用物质转化规律相关知识，设计实验方案（包括药品、装置等），进行实验，获得数据，分析数据，依据数据进行误差分析，根据造成误差的原因改进实验装置，尽可能让实验结果更准确。在这样的真实问题解决过程中，学生对药品种类、药品用量、装置、误差分析、装置改进等方面会提出自己的想法，而对不同想法进行的判断和抉择就是批判性思维多项技能的训练和提升。

四、设计新情境迁移任务，指向深层次理解，提升高阶思维能力

应用性是知识的重要功能，学习知识的目的是为了理解社会、适应社会，解决日后生活和工作中遇到的问题。从认识论的角度来说，知识就是人们在实践过程中取得的经验的概括与总结，知识必须在“实践—认识”的循环的过程中不断提升价值，才能成为高价值的知识。学生学习知识也必须建立在充分理解的基础上，只有理解了知识，才有可能去应用。UbD（Understanding by Design）理论认为，理解乃教育的目的，当教师的教学旨在使学习者理解可迁移的概念和过程，给其提供更多机会，将理解的内容应用到有意义的情境时，才更可能获得长期的成就。而高阶思维的发生可以通过设计真实的情境迁移任务，在完成任务的过程中产生的“难题或疑问”“一些困惑、混淆或怀疑”会引发学生的深层次思考，而这些问题与疑惑也会维持和引发高阶思维。

如在“化合物的性质”内容中，物质鉴别及离子的特征反应是核心内容。为了使学生能应用所学知识跟实际生活生产相联系，实施课标要求的“化学—技术—社会（CTS）”教育，笔者设计了新情境迁移任务——“黑盒探秘”，将用网上购买的皮蛋粉自制的“无铅皮蛋”作为课堂教学材料，要求学生自己鉴定皮蛋粉里可能含有哪些成分（经测定，该皮蛋粉中除泥粉外，所含的是NaCl、NaCO、CaO 等物质，恰巧是九年级学生需要重点掌握的物质）。

学生对“黑盒探秘”任务非常感兴趣，在学习过程中积极投入，思维活跃程度也比以往要高，与同伴的讨论热烈。

在这个应用知识迁移解决新问题的过程中，教师为了能引导学生达成知识的迁移和理解层次的深化，为学生提供了学习支架：①皮蛋粉中所含的物质（除泥粉外）就是本节课需要掌握的常见化合物。②皮蛋粉中所含的阳离子有Na和Ca。③制作皮蛋的注意事项：皮蛋粉倒入陶瓷或塑料的小盆里面（不要用铝制盆）；用勺子搅拌，禁止用手直接抓拌；避免儿童接触，不可以吞食；加冷开水搅拌成糊状，待冷却后，再将鸭蛋滚上一层皮蛋粉糊，密封，静置；夏季成熟时间短，秋季成熟时间会略长。④提供的器材：温度计、滴管、烧杯、点穴板；提供的试剂：酚酞、紫色石蕊试液、BaCl溶液、AgNO溶液、HNO溶液、HCl 溶液、NaCO溶液、澄清石灰水等。

与平时解题的感觉完全不同，“黑盒探密”新情境迁移任务使学生真正感觉到了挑战，需要积极调动头脑中所学知识，灵活迁移应用，还需要小组合作，发挥集体智慧，解决面对的复杂问题。在“探密”的过程中，最后能解决问题的小组普遍反映，在实践过程中能更深刻地理解物质反应规律及离子的特征反应，头脑中能留下更深刻的印象，而且能够帮助有困难的小组，帮助他们分析哪个环节出现了纰漏，该如何纠正等。

核心素养背景下育人目标的变化以及未来社会所需人才素养的变化是对教师提出的挑战。要培养具有高阶思维能力的终身学习者，作为培养终身学习者的教师就要在日常的课堂教学中设计能促进学生高阶思维发展的、真实情境下的学习任务，来培养学生论证、反驳、筛选、利用信息的能力，培养学生的判断、决策能力，发展学生的高阶思维。