高中生物學(xué)教學(xué)中高階思維能力的培養(yǎng)
——以“探討加酶洗衣粉的洗滌效果”為例*

丁 婷 曹燕波

（江蘇省無錫市輔仁高級中學(xué) 江蘇無錫 214123）

當(dāng)今世界，科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，科學(xué)教育的重要性愈發(fā)突顯?！渡镎n程標(biāo)準(zhǔn)（解讀）》中提到，科學(xué)教育的基本任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生必備的、可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)素養(yǎng)。其中關(guān)于“生物科學(xué)素養(yǎng)”的論述是：“科學(xué)素養(yǎng)可以增加人們的觀察事物的能力，思考問題的能力，創(chuàng)造性的解決問題的能力，具有批判性思維的能力以及在團(tuán)隊中的合作能力等。”這些能力都是高階思維能力的體現(xiàn)。可見對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的核心之一在于對學(xué)生高階思維能力的培養(yǎng)。

對于高階思維（high-order thinking，HOTS），不同的學(xué)者提出了不同的說法。美國著名教育學(xué)家布魯姆（B.S.Bloom）發(fā)表“認(rèn)知領(lǐng)域教育目標(biāo)分類”，依據(jù)思維方式的復(fù)雜程度，將思維分成從低層次到高層次、從簡單到復(fù)雜的6個思維層次，即知道（knowledge）、領(lǐng)會（comprehension）、應(yīng)用（application）、分析（analysis）、綜合（synthesis）、評價（evaluation）。其中分析、綜合和評價為“高階思維”［1］。國內(nèi)對于高階思維能力的研究大都以鐘志賢教授的高階學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)。鐘志賢教授認(rèn)為，所謂高階思維，是指發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動或較高層次的認(rèn)知能力，高階思維能力主要由問題求解、決策、批判性思維、創(chuàng)造性思維四大能力構(gòu)成［2］。

本文以“探討加酶洗衣粉的洗滌效果”的教學(xué)實踐為例，探討如何培養(yǎng)學(xué)生分析、綜合、評價和創(chuàng)新的高階思維能力。

1 創(chuàng)設(shè)思維情境，培養(yǎng)分析能力

最適合思維的教學(xué)，是以思維為基礎(chǔ)的問題教學(xué)，問題能促進(jìn)學(xué)生高階思維能力的形成。學(xué)生在分析問題、解決問題的過程中，既獲得知識和技能，又培養(yǎng)了發(fā)現(xiàn)問題的能力。因此第1課時的教學(xué)重點是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問題分析，掌握探究實驗設(shè)計的核心要點。

首先，通過一段加酶洗衣粉的廣告導(dǎo)入新課，教師簡單介紹加酶洗衣粉的主要成分及其作用：表面活性劑具有濕潤、乳化、混懸、起泡的作用，可去除衣物污漬；水軟化劑例如三聚磷酸鈉會優(yōu)先與鈣離子、鎂離子等結(jié)合，防止表面活性劑與水中的鈣、鎂離子結(jié)合形成沉淀而失活，提高表面活性劑的利用率；酶制劑可降低表面活性劑和三聚磷酸鈉的用量，其中常用的堿性蛋白酶、堿性脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶能將難溶于水的大分子物質(zhì)水解為可溶于水的小分子物質(zhì)，使洗衣粉具有更好的去污能力。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活實際，并回顧已經(jīng)學(xué)過的有關(guān)酶的知識，探討影響加酶洗衣粉洗滌效果的因素。學(xué)生總結(jié)得出影響加酶洗衣粉洗滌效果的主要因素包括：溫度、pH、洗滌時間、洗衣粉的用量、水量、衣物的大小和質(zhì)地等。教師補充資料：研究表明，含有上述多種酶的復(fù)合酶的最適反應(yīng)溫度為45℃，最適pH為10.0，在溫度20～60℃、pH9～10范圍內(nèi)均具有良好的穩(wěn)定性［3］。教師順勢提出“探討加酶洗衣粉的洗滌效果”這一大課題可細(xì)化成許多個子課題，然后指導(dǎo)學(xué)生4～5人為一組決定一個想要探究的子課題，例如 “探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉對污漬的洗滌效果的不同”“探究不同溫度對加酶洗衣粉洗滌效果的影響”“探究同種加酶洗衣粉對不同種污漬的洗滌效果”等。

實驗設(shè)計的過程其實也是將先前實驗經(jīng)驗遷移的過程。為了訓(xùn)練學(xué)生能科學(xué)、系統(tǒng)地設(shè)計實驗，教師需為學(xué)生的實驗設(shè)計提供科學(xué)的引導(dǎo)?？商岢鲆韵聨讉€問題：1）小組的探究實驗需要用到哪些材料和用具？2）該實驗的自變量是什么？如何設(shè)置？3）該實驗的因變量是什么？選擇怎樣的觀察指標(biāo)？4）該實驗有哪些無關(guān)變量？如何控制？5）該實驗是否需要設(shè)置對照？如果需要，怎樣設(shè)置？

學(xué)生結(jié)合本組的課題獨立分析上述問題，教師請幾位學(xué)生依次作出回答。期間，教師要注意對以下幾個問題的引導(dǎo)：1）設(shè)置溫度梯度時既要考慮酶的最適溫度，也要考慮當(dāng)?shù)匾荒曛械膶嶋H氣溫變化；2）要選擇一個客觀的觀察指標(biāo)評價洗滌效果；3）要確定合適的用水量、洗衣粉用量和布料大小。

2 整合思維亮點，培養(yǎng)綜合能力

通過第1課時的問題分析，學(xué)生對于自選課題的實驗設(shè)計已有了大致的思路，幾位學(xué)生的發(fā)言也讓其他人發(fā)現(xiàn)了自己思維上的漏洞。于是教師要求學(xué)生小組利用課余時間相互討論，合作撰寫一份自選課題的實驗設(shè)計方案，方案中應(yīng)包括實驗課題、實驗材料、方法步驟、實驗結(jié)果記錄表格等，以電子稿或手寫稿的形式提交，同時鼓勵學(xué)生利用周末時間按照本組實驗方案開展實驗，用相機(jī)拍下實驗過程（圖1），在第2節(jié)課上展示實驗方案和實驗照片。

圖1 學(xué)生實驗“探究同種加酶洗衣粉對不同污漬（醬油、墨水、紅酒）的洗滌效果”

合作學(xué)習(xí)提倡“個人爭論+互相合作”，小組成員相互交流自己對于實驗設(shè)計的想法，學(xué)習(xí)和綜合不同組員看待問題、思考問題的不同方法，可以不斷地促進(jìn)對問題積極的思維，還可以有更多的情感體驗，最終達(dá)到一起成長、一起進(jìn)步的目的。

3 引導(dǎo)思維碰撞，培養(yǎng)評價能力

第2課時的教學(xué)重點是各小組展示實驗方案，師生共同探討分析、評價改進(jìn)。在教學(xué)過程中，教師鼓勵學(xué)生小組相互評價，提出改進(jìn)建議，教師可作適當(dāng)引導(dǎo)，例如可建議學(xué)生從無關(guān)變量考慮是否全面、實驗步驟的順序是否合理、實驗記錄表格是否完整等方面評價。每個小組在設(shè)計方案時都或多或少會有漏洞，在這節(jié)課上，學(xué)生除了對其他小組的方案作出評價，還可以對自己的學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行自我判斷與分析，及時自我糾正，取長補短，完善本組的實驗方案。

教師要關(guān)注學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)，及時給予鼓勵，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，使學(xué)生看到自己的優(yōu)點和不足。在評價內(nèi)容上，應(yīng)該堅持多元化的思想，既要關(guān)注結(jié)果，又要重視過程，更要鼓勵創(chuàng)新的思想。對于存在明顯問題的實驗方案也要進(jìn)行鼓勵、肯定，再引導(dǎo)學(xué)生找到改進(jìn)之處［4］。教師要留有充足的時間讓學(xué)生展示、討論，若1課時不夠可再延長1節(jié)課，讓每個小組都能上臺匯報交流。課后，教師可將部分照片打印后在學(xué)習(xí)園地中展示，讓學(xué)生充分體驗成功感。

4 激發(fā)思維靈感，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

素質(zhì)教育是以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為重點的教育，在探究性學(xué)習(xí)中教師要鼓勵學(xué)生提出除教材所列的3個子課題外自己感興趣的實驗課題，引導(dǎo)學(xué)生反復(fù)深入地思考問題，不拘泥于教材，不依循于常規(guī)，激發(fā)學(xué)生的求異思維、多向思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和敢于質(zhì)疑的精神［5］。在展示課上要大力宣揚實驗設(shè)計的獨到之處，讓每位學(xué)生的聰明才智得到發(fā)揮。

圖2 學(xué)生實驗“探究不同溫度下加酶洗衣粉去除醬油污漬效果的區(qū)別”

例如有的學(xué)生提出在實驗室條件下模擬洗滌過程，可使用可控溫的磁力攪拌器以相同速度攪拌相同時間。有的小組通過設(shè)置重復(fù)實驗使結(jié)論更具有說服力（表1、圖2）。有的學(xué)生提出探究加酶洗衣粉使用的最適溫度時，可先設(shè)置較大的溫度梯度，然后根據(jù)預(yù)實驗結(jié)果設(shè)置更小的溫度梯度。有的方案中提出在同一塊布條的不同位置分別滴加食用油、酸奶、墨水，按同樣的方法處理多塊布條，探究不同牌子的加酶洗衣粉對不同污漬的洗滌效果。有的學(xué)生設(shè)計了如下的實驗結(jié)果記錄表（表2），提出空格中以 x（y）形式填寫，x 表示其在同行中洗滌效果等級，y表示其在同列中洗滌效果等級，用1～4等表示，1等最好，4等最差。

表1 “探究不同溫度下加酶洗衣粉去除醬油污漬效果的區(qū)別”實驗結(jié)果

表2 學(xué)生設(shè)計的實驗結(jié)果記錄表格

匯報課結(jié)束后，教師要求各組修改自己的實驗方案，并鼓勵學(xué)生提出與教材不同的新思路、新設(shè)計、新方法，引發(fā)學(xué)生提出新的問題，保持學(xué)生的創(chuàng)新熱情。

對學(xué)生進(jìn)行高階思維能力的培養(yǎng)，應(yīng)貫穿于課堂教學(xué)的全過程，要突出學(xué)生的主體性，改變學(xué)生被動接受的狀態(tài)，融合各種教學(xué)資源，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、合作交流、反思評價和創(chuàng)新實踐能力。