凸顯高階思維的化學(xué)教學(xué)： 內(nèi)涵、必要性和實(shí)踐策略

楊季冬 王后雄 童文昭

摘要： 高階思維是一系列復(fù)雜思維的集合體，它對(duì)于學(xué)生高中學(xué)習(xí)以及后續(xù)發(fā)展有著重要的作用，因此在化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的高階思維是必要的。進(jìn)行情境、活動(dòng)和問題解決的整體設(shè)計(jì)是高階思維培養(yǎng)的有效實(shí)踐策略，具體包括： 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，精心預(yù)設(shè)問題；營(yíng)造寬松環(huán)境，鼓勵(lì)學(xué)生交流；小組分工合作，探究解決問題。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)教學(xué)； 高階思維； 低階思維； 實(shí)踐策略

文章編號(hào)： 1005-6629（2018）6-0037-04 中圖分類號(hào)： G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1 引言

我國(guó)的傳統(tǒng)教學(xué)注重知識(shí)的傳遞，認(rèn)為教學(xué)的主要工作就是傳授和學(xué)習(xí)人類社會(huì)歷史經(jīng)驗(yàn)。在知識(shí)本位的觀念下，教師在課堂上主要依靠講授，而學(xué)生學(xué)習(xí)主要依靠記誦?！昂诵乃仞B(yǎng)”的界定意味著學(xué)校課程與教學(xué)要從“知識(shí)本位”轉(zhuǎn)向“素養(yǎng)本位”。然而多年的知識(shí)本位的觀念，讓“講授-傳遞”的課堂依然大量存在。這種教學(xué)方式雖然有助于學(xué)生掌握一些基本的符號(hào)化知識(shí)（低階思維），但并不利于學(xué)生高階思維的培養(yǎng)與發(fā)展。研究表明，在日常生活中解決難題、做出決策、進(jìn)行比較、給予評(píng)價(jià)等活動(dòng)中都需要高階思維能力[1]。

化學(xué)是自然科學(xué)的重要分支，也是基礎(chǔ)教育中的重要學(xué)科，因此在化學(xué)教學(xué)中不能簡(jiǎn)單地以傳遞化學(xué)知識(shí)為目的，還應(yīng)承擔(dān)培養(yǎng)學(xué)生高階思維的任務(wù)。本文對(duì)高階思維概念進(jìn)行了闡述，并提出了化學(xué)教學(xué)中高階思維的培養(yǎng)策略。

2 高階思維的內(nèi)涵

思維能力究竟是什么，很難給出一個(gè)統(tǒng)一的、精準(zhǔn)的定義，然而高階思維和低階思維同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，便可分辨出高階思維[2]。因此，對(duì)低階思維與高階思維的特征進(jìn)行描述可以勾勒出高階思維的“形象”。

低階思維的特征是回憶信息或者在熟悉的情境中應(yīng)用知識(shí)[3]。例如，提問學(xué)生鎂元素的元素符號(hào)是什么，學(xué)生只需通過回憶便可以給出答案“Mg”；再比如，一個(gè)能夠熟練進(jìn)行化學(xué)方程式配平的學(xué)生，遇到一個(gè)新的方程式配平的問題，他只需要將已會(huì)的知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用即可。實(shí)際上在這兩個(gè)例子中學(xué)生都只使用了低階思維，因?yàn)樗麄冎皇腔貞浭聦?shí)、執(zhí)行簡(jiǎn)單操作、解決熟悉問題。運(yùn)用低階思維能解決的問題通常有著固定問題解決路徑，沒有推理、解釋、論證等行為，而問題的答案也是唯一的。

相反，高階思維通常被認(rèn)為是復(fù)雜的、不規(guī)則的，通常會(huì)產(chǎn)生多種解決方案[4]。這種思維通常具有不確定性、應(yīng)用多重標(biāo)準(zhǔn)、自我調(diào)節(jié)等特征。比如提問學(xué)生“如果你要在實(shí)驗(yàn)室里獲取少量氧氣你會(huì)采取哪種方案？為什么？”，由于學(xué)生熟悉的實(shí)驗(yàn)室制備氧氣的方案有三種，而側(cè)重點(diǎn)（反應(yīng)速率、操作難易、氧氣純度、氧氣產(chǎn)量等）不同方案也會(huì)不同，此時(shí)學(xué)生面臨方案比較、評(píng)價(jià)、決策等問題。顯然，在這個(gè)任務(wù)中進(jìn)行的思維與前文的低階思維是明顯不同的。面對(duì)這樣一個(gè)不熟悉的情境，學(xué)生難以提前預(yù)測(cè)，無法事先反復(fù)訓(xùn)練，解決這個(gè)問題，也沒有一個(gè)固定的路徑，更沒有唯一的答案。通常在不熟悉的情境下、沒有固有方法可用時(shí)，要解決問題便需要使用高階思維。

闡述低階思維和高階思維的特征為我們辨識(shí)概念提供了方向，而美國(guó)教育家布魯姆對(duì)教學(xué)目標(biāo)的分類則給關(guān)注該問題的廣大教師及研究者提供了便利。60多年來，布魯姆教學(xué)目標(biāo)分類法對(duì)世界各地的教學(xué)及評(píng)價(jià)都產(chǎn)生了很大的影響。在布魯姆教育目標(biāo)分類“知道、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)新”中，將“知道、理解”稱為低階思維，“分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)新”稱為高階思維，而“應(yīng)用”則常常能夠分屬兩者，詳情見表1。布魯姆在他的研究中強(qiáng)調(diào)高階思維需要新的情境，新的情境是指該問題任務(wù)包含教學(xué)中的內(nèi)容，但是其中又有對(duì)于學(xué)生來說新奇或不熟悉的成分。如果學(xué)生僅僅通過記住方法，或采用之前課程中練習(xí)過的精確方法就能解決的問題就不算是遇到新情境，同樣，他也就沒有使用高階思維。也有學(xué)者指出將學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)集中在分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)新，發(fā)展解決問題、推理、預(yù)測(cè)、概括、創(chuàng)造性思維等方面的能力都屬于高階思維[5]。另外，還有例子說明高階思維能力包括提問、決策、批判性和系統(tǒng)性思維。

雖然不同學(xué)者對(duì)于高階思維的理解不完全相同，但在本研究中我們將其看作一系列復(fù)雜、非線性、不規(guī)則思維的集合體，比如批判性思維、綜合性思維、創(chuàng)造性思維。因此，可將高階思維視為戰(zhàn)略，而具體的，如創(chuàng)造性思維則是戰(zhàn)術(shù)。

3 化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)高階思維的必要性

培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的高階思維已經(jīng)成為各國(guó)教育教學(xué)目標(biāo)之一，而我國(guó)最近提出的核心素養(yǎng)也涉及到該問題，可見在化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的高階思維是十分有必要的。

3.1 落實(shí)化學(xué)核心素養(yǎng)需要高階思維

為了深化教育改革，推動(dòng)落實(shí)“立德樹人”的根本任務(wù)，我國(guó)最新修訂的各學(xué)科高中課程標(biāo)準(zhǔn)，其中任務(wù)之一就是凝練學(xué)科核心素養(yǎng)。核心素養(yǎng)是知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀的綜合表現(xiàn)，而基于核心素養(yǎng)的教學(xué)能夠幫助學(xué)生形成正確的價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力[6]。

化學(xué)核心素養(yǎng)有五點(diǎn)內(nèi)容，其中“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”便和高階思維有著密切聯(lián)系。針對(duì)這一素養(yǎng)，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確指出：“具有證據(jù)意識(shí)，能基于證據(jù)對(duì)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過分析推理加以證實(shí)或證偽；建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系。知道可以通過分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立認(rèn)知模型，并能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。[7]”從這段文字中我們可以看到一些行為短語，比如“提出假設(shè)”、“分析推理”、“建立關(guān)系”、“建立模型”、“解釋現(xiàn)象”、“揭示本質(zhì)”，顯然這些都不是低階思維的范疇，在課堂上若只是構(gòu)建學(xué)生的低階思維，那么學(xué)生便不會(huì)獲取這一核心素養(yǎng)。再比如另一核心素養(yǎng)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”，同樣從“探究”和“創(chuàng)新”便可看出獲取這一核心素養(yǎng)也需高階思維。通過分析，我們可以看到化學(xué)核心素養(yǎng)中多處指向高階思維，因此要落實(shí)化學(xué)核心素養(yǎng)便需要在化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。

3.2 化學(xué)化工持續(xù)發(fā)展需要高階思維

黨的十九大的報(bào)告描繪了我國(guó)這五年來取得的巨大成就，并指出中國(guó)特色社會(huì)主義進(jìn)入了新時(shí)期。隨著我國(guó)的日益強(qiáng)大，發(fā)達(dá)國(guó)家

對(duì)我們科學(xué)技術(shù)方面的封鎖日益嚴(yán)重，在此背景下培養(yǎng)一批具有競(jìng)爭(zhēng)力的科研后備力量十分重要。

化學(xué)化工是科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，不僅與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)文明關(guān)系密切，也是材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、能源科學(xué)和信息科學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要基礎(chǔ)。值得我們注意的是，化學(xué)領(lǐng)域突破離不開具有高階思維的人才，尤其是高階思維中的批判性思維和創(chuàng)造性思維。比如，在拉瓦錫建立氧化學(xué)說之前，燃素說統(tǒng)治著化學(xué)世界，他之所以能取得這么大的成就，絕不是偶然的。當(dāng)理論與實(shí)驗(yàn)沖突時(shí)，他會(huì)帶著批判的眼光看待理論，而不是盲從，這是批判性思維的體現(xiàn)。而他獨(dú)具慧眼，發(fā)現(xiàn)所做實(shí)驗(yàn)的實(shí)質(zhì)，并予以正確解釋，這便是創(chuàng)新。再比如，波爾建立波爾理論，卡諾設(shè)計(jì)理想熱機(jī)等等，實(shí)際上這些也都使用了高階思維。傅鷹認(rèn)為：“科學(xué)研究是擴(kuò)大科學(xué)領(lǐng)域的。它的目的是推廣一門學(xué)科的理論及實(shí)用范圍，它的一個(gè)必要不充分條件是有創(chuàng)造性。”可見，在基礎(chǔ)教育階段培養(yǎng)一批具有高階思維的后備人才對(duì)我國(guó)化學(xué)化工事業(yè)的發(fā)展有深遠(yuǎn)意義。

3.3 學(xué)生適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)需要高階思維

隨著世界經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展、社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，21世紀(jì)對(duì)人的要求也越來越高，成為現(xiàn)代社會(huì)的公民需要高階思維[8]。也許在孔子那個(gè)時(shí)代，采取“傳遞——接受”的模式便能獲取在當(dāng)時(shí)看來大量的知識(shí)，而如今的社會(huì)知識(shí)量正以驚人的速度增長(zhǎng)，如果一個(gè)人只能夠提取所記住的知識(shí)或者在熟悉的情境中簡(jiǎn)單應(yīng)用知識(shí)，那么便不能適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展。隨著網(wǎng)絡(luò)的普及，信息化社會(huì)的到來讓我們足不出戶便可接觸到大量信息，面對(duì)復(fù)雜多變的環(huán)境，我們?nèi)绻€只是進(jìn)行傳統(tǒng)的以知識(shí)儲(chǔ)存為特征的學(xué)習(xí)，那在人工智能面前將輸?shù)皿w無完膚。只有具備更強(qiáng)的搜集和處理信息的能力、分析和解決問題的能力、快速?zèng)Q策的能力以及創(chuàng)新的能力才能發(fā)揮人的主體性，換言之，這也就是要求學(xué)生在未來具備高階思維能力。實(shí)際上從這個(gè)角度來看，不僅是化學(xué)教學(xué)，任何的學(xué)科教學(xué)都需要關(guān)注學(xué)生的高階思維培養(yǎng)。

綜上所述，不論是從教師的視角還是從學(xué)生的視角，不論學(xué)生今后從事化學(xué)化工類工作還是其他工作，在化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的高階思維都有其必要性。

4 化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)高階思維的實(shí)踐策略

高階思維并不是知識(shí)本身，由于其不可符號(hào)化的特點(diǎn)，使得其不可直接給予學(xué)生。試想我們利用一節(jié)班會(huì)課為學(xué)生講述高階思維，學(xué)生只能了解高階思維是什么，但學(xué)生不會(huì)因此成為一個(gè)具備高階思維能力的人。對(duì)于獲取高階思維，學(xué)生需要自身進(jìn)行相關(guān)的能動(dòng)活動(dòng)（學(xué)生作為主體與環(huán)境的相互作用、學(xué)生自身的經(jīng)驗(yàn)），這便是培養(yǎng)學(xué)生高階思維的機(jī)制。基于這種考慮，教師在教學(xué)中應(yīng)為學(xué)生提供各種幫助，使學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的能動(dòng)活動(dòng)。對(duì)此，可以進(jìn)行情境、活動(dòng)和問題解決的整體設(shè)計(jì)，讓學(xué)生參與其中，從而改變學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)方式，獲取高階思維。下面提供具體策略，并以高中化學(xué)必修1中第三章第2節(jié)“金屬及其化合物”中“氫氧化鋁”作為案例。

4.1 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，精心預(yù)設(shè)問題

并不是解決每一個(gè)問題都需要學(xué)生的高階思維，如果學(xué)生可以通過回憶信息達(dá)到目的，或者學(xué)生經(jīng)歷過極其類似的問題情境，那么學(xué)生便不需要使用高階思維[9]。因此，教師需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)且有價(jià)值的情境，并在此情境下設(shè)計(jì)不同復(fù)雜和陌生程度的問題解決活動(dòng)。

創(chuàng)設(shè)情境，可以讓課堂中的知識(shí)與我們所處的真實(shí)世界產(chǎn)生聯(lián)系。在學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)之前，我們很少會(huì)從專業(yè)角度思考生活中的常見現(xiàn)象。因此，當(dāng)課堂中孤立的知識(shí)遇到生活中的場(chǎng)景，對(duì)于學(xué)生來說既有熟悉的部分，也有不熟悉的部分，此時(shí)涉及的問題，學(xué)生僅僅使用低階思維是難以解決的。通過情境創(chuàng)設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入學(xué)習(xí)。

教師： 昨天周末在家，老師覺得胃有點(diǎn)泛酸，于是到樓下的藥店買藥，藥店的工作人員向我推薦了幾種胃藥，我最后選擇了“胃舒平”（向?qū)W生展示）。我需要知道什么才能預(yù)測(cè)這個(gè)藥對(duì)我來說是有效的呢？

學(xué)生1： 需要知道“胃舒平”的藥物成分，通過說明書可以知道。

教師： 很好，“胃舒平”的通用名為復(fù)方氫氧化鋁，其主要成分含氫氧化鋁、三硅酸鎂、顛茄流浸膏等。

學(xué)生2： 既然有氫氧根，那應(yīng)該可以中和胃酸，但是得先確認(rèn)是否真的含有氫氧化鋁。

教師： 那我們?cè)撊绾尾僮髂?？結(jié)合預(yù)習(xí)過的內(nèi)容你們有沒有什么好的建議？

在此教師的策略是給出真實(shí)情境，鼓勵(lì)學(xué)生思考情境中的問題。教師通過這種方式可以將新課的主角——?dú)溲趸X，與生活常見的情境關(guān)聯(lián)起來。

4.2 營(yíng)造寬松環(huán)境，鼓勵(lì)學(xué)生交流

營(yíng)造寬松的環(huán)境意味著課堂上要民主、鼓勵(lì)思考、包容錯(cuò)誤等，在這樣的課堂上學(xué)生才會(huì)樂于表達(dá)自己的想法，提出自己的疑惑，這些都有利于學(xué)生高階思維的培養(yǎng)。而在教師的組織下學(xué)生展開開放式的課堂討論，是一種行之有效的方式。不同的想法、不同的疑惑本身就是很好的學(xué)習(xí)資源，在交流過程中學(xué)生既能深入思考問題，也能促進(jìn)自我反思。

教師： 你能提出關(guān)于上述情境的問題嗎？可以嘗試從其主要成分入手。

學(xué)生2： 為什么要選用鋁的氫氧化物，鋁的攝入不是對(duì)健康不利嗎？

學(xué)生1： 除了氫氧化鋁，其他化學(xué)成分有沒有用？

學(xué)生3： 為什么這個(gè)藥是片劑，不做成膠囊或者沖劑？

學(xué)生4： 哈哈哈，這有什么好問的？

教師： 其實(shí)這是一個(gè)有價(jià)值的問題，有同學(xué)能想到一些原因嗎？

在教師的組織下，課堂環(huán)境寬松，學(xué)生各抒己見，提出自己的疑問，讓所有學(xué)生對(duì)自己的推理、提問等能力充滿自信。其實(shí)這些問題與氫氧化鋁的性質(zhì)有著充分聯(lián)系，也關(guān)系到藥物的實(shí)際用途，通過交流討論和查閱資料可以解決相關(guān)問題。

4.3 小組分工合作，探究解決問題

實(shí)驗(yàn)探究是一種重要的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，其本身便是化學(xué)核心素養(yǎng)之一，

而進(jìn)行探究教學(xué)時(shí)不能僅僅關(guān)注一般過程和環(huán)節(jié)方面，將探究教學(xué)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)通過高階思維能力建立起本質(zhì)上的聯(lián)系，才能將科學(xué)探究教學(xué)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)落到實(shí)處[10]。

以小組合作的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究并解決問題，也是培養(yǎng)學(xué)生高階思維的一種重要方式。在探究問題時(shí)可以引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)知識(shí)和技能，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作，分析和解決與化學(xué)有關(guān)的實(shí)際問題，而小組的合作方式還涉及比較不同方案的優(yōu)劣、與人交流改進(jìn)方案、評(píng)價(jià)他人方案等過程，這些過程都會(huì)用上高階思維。

教師： 胃舒平中的化學(xué)成分很多，我們就以其中的氫氧化鋁為例，來定性檢驗(yàn)其存在，請(qǐng)大家前后四人作為一個(gè)小組先討論問題，然后每人在紙上寫下實(shí)驗(yàn)方案、所需儀器等必要內(nèi)容，然后再小組討論得出一套你們認(rèn)為最合理的方案，把它展示給其他小組。接著我們?cè)儆尚〗M合作完成實(shí)驗(yàn)。

在此案例中，教師除了培養(yǎng)學(xué)生的高階思維外，也培養(yǎng)了學(xué)生合作探究的能力。

對(duì)于上述三條教學(xué)策略，它們?cè)诮虒W(xué)中有著各自的角色，能發(fā)揮各自的作用。而更有效的做法是將它們從“孤立”到“整合”，形成一個(gè)“三位一體”的系統(tǒng)。設(shè)計(jì)基于真實(shí)情境的問題解決任務(wù)，學(xué)生能夠自主建構(gòu)、實(shí)驗(yàn)探究，轉(zhuǎn)變化學(xué)學(xué)習(xí)方式，從而在整個(gè)解決問題的能動(dòng)活動(dòng)中發(fā)展高階思維。

綜上所述，我國(guó)教育改革持續(xù)向前，但是培養(yǎng)學(xué)生高階思維的教學(xué)仍顯不足，在這個(gè)關(guān)注知識(shí)進(jìn)階的時(shí)代，思維的進(jìn)階也需要給予關(guān)注。本文通過回答何為高階思維，化學(xué)教學(xué)中為何要培養(yǎng)高階思維以及如何培養(yǎng)高階思維等問題，以期促進(jìn)有效化學(xué)教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力。

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