基于學(xué)生高階思維培養(yǎng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)

沈偉云

摘要：高階思維包括分析、評價(jià)、創(chuàng)新，科學(xué)探究是一項(xiàng)重要的化學(xué)核心素養(yǎng)。以混合氣體中CO、H2、C02成分的探究為例，通過點(diǎn)評探究方案、培養(yǎng)學(xué)生批判性思維，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、培養(yǎng)學(xué)生推理性思維，進(jìn)而通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生高階思維的目的。

關(guān)鍵詞：高階思維;科學(xué)探究;CO;H2;CO2;成分探究

文章編號(hào)：1008-0546（2019）09-0076-02

中圖分類號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.09.023

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(dòng)和綜合性能力[1]。布盧姆指出，低階思維是知識(shí)、理解、應(yīng)用，高階思維是分析、評價(jià)、創(chuàng)新。化學(xué)探究是一種進(jìn)行科學(xué)解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應(yīng)用的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，但在實(shí)際探究教學(xué)中，許多教師往往只注重實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范與步驟的有序、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)論的識(shí)記，很少去主動(dòng)有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。而事實(shí)上，高階思維是當(dāng)代社會(huì)人才需求的一個(gè)導(dǎo)向，是學(xué)習(xí)者得以生存的必備技能[2]。教學(xué)實(shí)踐表明，作為思維的高級(jí)形式“高階思維”，是可以通過探究教學(xué)獲得提升的?，F(xiàn)以混合氣體中探究H2、CO、C02成分為例，闡述在化學(xué)探究教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。

一、點(diǎn)評探究方案，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維

思維的批判性是指思維過程中善于嚴(yán)格地估計(jì)思維材料和精細(xì)檢查思維過程的良好品質(zhì)[3]。設(shè)計(jì)探究方案，是科學(xué)探究的主要環(huán)節(jié)。教師可在學(xué)生設(shè)計(jì)探究方案的基礎(chǔ)上，通過展示探究方案，鼓勵(lì)學(xué)生評價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生提出質(zhì)疑，不斷完善探究方案，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維品質(zhì)。

如教師提出一個(gè)問題：假如某種混合氣體中含有C02、CO、H2中的一種或幾種成分，你如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)去探究？要求學(xué)生以小組為單位，以圖形的形式設(shè)計(jì)探究方案。結(jié)束后讓每一組派代表上講臺(tái)展示他們的設(shè)計(jì)圖，講解如何通過該裝置來探討氣體的成分。在此基礎(chǔ)上鼓勵(lì)其他學(xué)生點(diǎn)評，提出問題。某組學(xué)生設(shè)計(jì)的裝置圖如圖l所示。該組學(xué)生認(rèn)為通過A裝置可判定C02，通過C裝置和D裝置可判定混合氣體中是否含有H2，通過C裝置和E裝置可判定混合氣體中是否含有CO。但有學(xué)生提出質(zhì)疑，如若C裝置黑色的氧化銅變紅，D裝置無水硫酸銅變藍(lán)，并不能說明混合氣體中含有H2，因?yàn)榛旌蠚怏w中含有CO可以使黑色氧化銅變紅，而通過B裝置NaOH溶液的氣體也會(huì)混有少量水蒸氣，而使無水硫酸銅變藍(lán)。有的同學(xué)也指出，由于混合氣體中含有CO，會(huì)造成空氣污染，故需要進(jìn)行尾氣處理，設(shè)計(jì)尾氣處理裝置等等。

探究混合物氣體成分的方案包括試劑的選擇、氣體檢驗(yàn)的先后順序、氣體的吸收、尾氣的處理等裝置的設(shè)計(jì)。教師可引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已有的化學(xué)知識(shí)，對探究方案開展分析評價(jià)，指出存在的問題，以此來培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力和批判性思維。

二、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維

創(chuàng)造性是指個(gè)體思維活動(dòng)的創(chuàng)新精神或創(chuàng)造性特征。在實(shí)踐中，除善于發(fā)現(xiàn)問題、思考問題外，更重要的是要?jiǎng)?chuàng)造性地解決問題[4]。教師可通過引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)裝置中存在的問題，組織學(xué)生交流討論，提出改進(jìn)措施，以此來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。如對于探究混合氣體中CO、H2、CO2成分的實(shí)驗(yàn)裝置，經(jīng)學(xué)生小組交流討論，提出改進(jìn)建議。以圖1裝置的改進(jìn)為例，對于通過B裝置后由于NaOH溶液吸收不徹底，有可能混合氣體中仍有C02存在，為此，須在B裝置后連接一個(gè)檢驗(yàn)是否有C02存在的裝置，也即連接澄清石灰水裝置（圖2C裝置）。而經(jīng)過該裝置的氣體中混有水蒸氣，為了避免對后續(xù)檢驗(yàn)的干擾，故須接著連接濃硫酸裝置（圖2D裝置），吸收水蒸氣，為了確保通過濃硫酸裝置后混合氣體中不存在水蒸氣，故需使經(jīng)過濃硫酸的混合氣體通入盛有無水硫酸銅的U型管（圖2E裝置），另外由于混合氣體中可能含有CO，會(huì)污染空氣，故須進(jìn)行尾氣處理，采取點(diǎn)燃或收集處理（圖2H裝置）。改進(jìn)后的裝置圖如圖2所示。

改進(jìn)探究混合氣體成分裝置，是一個(gè)不斷分析、不斷綜合的思維過程，它要求學(xué)生綜合運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決新問題，使實(shí)驗(yàn)探究方案更為完善。通過實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，也有助于學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展。

三、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生推理性思維

推理是指依據(jù)事實(shí)，進(jìn)行合理推理、判斷，從而得出結(jié)論的一種思維。在化學(xué)探究教學(xué)中一般根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，遷移運(yùn)用化學(xué)知識(shí)來分析推導(dǎo)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

如按圖2裝置開展探究實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生認(rèn)真記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并針對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析。如針對“F裝置黑色的氧化銅粉末變紅，G裝置無水硫酸銅變藍(lán)，H裝置無現(xiàn)象”，可引導(dǎo)學(xué)生分析推理如下：由于F裝置黑色氧化銅變紅，說明混合氣體中有還原性氣體，也即可能含有H2、CO，G裝置無水硫酸銅變藍(lán)，說明有水生成，可推導(dǎo)出H2與氧化銅發(fā)生了反應(yīng)，故混合氣體中含有H2，由于H裝置中澄清石灰水沒變渾濁，說明沒有C02生成，可推導(dǎo)出混合氣體中沒有CO。

新課程理念倡導(dǎo)通過分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系。在該探究實(shí)驗(yàn)中還存在其它一些現(xiàn)象，教師可引導(dǎo)學(xué)生通過自主分析、推導(dǎo)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，從而培養(yǎng)學(xué)生分析能力，促進(jìn)學(xué)生推理性思維的發(fā)展。

哈佛大學(xué)心理學(xué)教授戴維認(rèn)為，高階思維是可以通過培養(yǎng)和訓(xùn)練來完成的[5]?？茖W(xué)探究既是化學(xué)學(xué)習(xí)的一種重要方式，也是核心素養(yǎng)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。通過“提出問題、建立假設(shè)、設(shè)計(jì)方案、實(shí)施實(shí)驗(yàn)、獲取證據(jù)、分析解釋、形成結(jié)論及交流評價(jià)”等探究環(huán)節(jié)，有機(jī)滲透融入“分析、評價(jià)、創(chuàng)新”等高階思維，進(jìn)而提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]湯小梅，化學(xué)教學(xué)中高階思維訓(xùn)練拓展設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2017（8）：21-24

[2]孫天山.基于“問題”高階思維課堂教學(xué)架構(gòu)研究[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2016（5）：1-5

[3]相佃國，中學(xué)化學(xué)教學(xué)中批判性思維研究[J].化學(xué)教學(xué)，2015（7）：32-33，36

[4]錢翠青，綜合實(shí)踐活動(dòng)在初中生物教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].煙臺(tái)：魯東大學(xué)，2013（4）：34-36

[5]孫天山，化學(xué)教師高階思維教學(xué)現(xiàn)狀探析[J].化學(xué)教學(xué)，2017（7）：21-25