高中化學實驗教學提升學生能力的 策略設計與應用*

魏艷萍 譚姣連

摘 要：高中階段是培養(yǎng)學生思維能力的黃金時間，學生良好的思維品質(zhì)是教育的主要目標。研究通過構(gòu)建教學策略來提升學生批判性思維能力，選取桂林市某普通高中高一年級92名學生為研究對象，采用前后測對照組實驗，通過前后測和過程性內(nèi)容分析得出干預效果和研究結(jié)論。研究表明：實驗班使用教學提升策略干預教學后，批判性思維能力及問題意識、分析能力、假設能力、推理能力等要素相較于對照班得到提高。技術支持的批判性思維能力教學提升策略能有效提升學生的批判性思維能力。研究建構(gòu)的批判性思維培養(yǎng)策略為教師提供在教學中進行批判性思維培養(yǎng)的途徑。

關鍵詞：批判性思維;高中化學;實驗教學;技術支持

中圖分類號：G434? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：1673-8454（2020）20-0067-05

批判性思維技能是用“有意義質(zhì)疑”和“積極批判”的態(tài)度來看待周圍事物，培養(yǎng)人們獨立思考、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力[1]。信息時代，無論是學生、教師或其他教育工作者，批判性思維都是一項必需的技能。化學是一門以實驗為基礎的自然科學，實驗對培養(yǎng)學生的批判性思維有著獨特的優(yōu)勢?；瘜W學科的核心素養(yǎng)與課程標準都要求培養(yǎng)學生具備有較強的問題意識，能夠自主發(fā)現(xiàn)、提出具有探究性的問題，敢于質(zhì)疑，勤于思考。針對傳統(tǒng)實驗教學存在缺少培養(yǎng)學生實驗探究與創(chuàng)新意識的問題，筆者認為需要在化學實驗教學中轉(zhuǎn)變教學方式，故提出了相關教學策略，以培養(yǎng)學生的獨立思考、敢于質(zhì)疑和批判的創(chuàng)新意識。

一、批判性思維研究述評

國內(nèi)外心理學界和教育學界對批判性思維有著多種理解。Ennis提出批判性思維的經(jīng)典定義：“為決定相信什么或做什么而進行的合理的、反省的思維”[2]。不同的學者存在不一樣的見解，更多的學者傾向于把批判性思維理解為具備反思的品質(zhì)并且具有推理、論證的技能。

1.批判性思維研究進展梳理

威廉·斯邁利·豪厄爾在The effects of high school debating on critical thinking（高中辯論對批判性思維的影響）一文中提到，在1942年有一項關于批判性思維教學與評價問題的優(yōu)秀調(diào)查，在《社會蘇迪亞年鑒》中有關于批判性思維的記載[3]。而國內(nèi)的批判性思維研究起步較遲，最早研究批判性思維的文獻為1986年章少紅發(fā)表的《批判性思維——風行美國的新教育法》，文章中提出“批判性思維”教育法由于適應新技術革命的要求而受到了普遍重視[4]。從這個時期開始，國內(nèi)研究者開始重視批判性思維在教學中的培養(yǎng)。

2.中小學批判性思維培養(yǎng)

（1）實驗教學與批判性思維

以“批判性思維”和“實驗”為關鍵詞進行高級檢索，筆者綜合收集的文獻發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的研究都是集中在化學、物理等一些理科學科結(jié)合批判性思維培養(yǎng)的應用。研究者發(fā)現(xiàn)通過在實驗教學中融入批判性思維教學實踐，能夠在確保學生掌握知識的同時提高其批判性思維能力。常規(guī)的實驗教學授課的方式一般是教師介紹實驗原理、步驟、注意事項，學生再動手做實驗，教師進行隨堂指導[5]。在這樣的教學方式下，學生只是學習過程的被動接受者，長期處于這樣的學習過程，很容易形成思想惰性。

（2）化學教學中培養(yǎng)批判性思維

20世紀60年代開始，西方教育界興起了一場大規(guī)模的批判性思維研究思潮。許多學校開設課程來培養(yǎng)學生的批判性思維能力，但這些課程并沒能提高學生的批判性思維能力。批判性思維培養(yǎng)研究這項工作在很多國家都已向制度化、正規(guī)化發(fā)展。例如，美國之前有化學教材配有專門的批判性思維訓練手冊，但是由于近年的課程改革，取消了專門的批判性思維訓練手冊，改成在化學教材中設置專門培養(yǎng)批判性思維的欄目和習題。國內(nèi)批判性思維在中小學嘗試實驗的時間較晚，研究大多集中在理論層面?；瘜W學習的效果與學習過程有著緊密的聯(lián)系，由學生自己提出并驗證假設的學習方式，其效果遠遠勝過單一地把知識施加于學生，并有利于培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)造性思維能力。一線教師與教育工作者都應該認識到化學教學中培養(yǎng)學生批判性思維的重要意義，加強對批判性思維的研究。

二、實證研究

1.理論基礎

（1）基于問題的學習（PBL）理論

基于問題的學習是以問題為驅(qū)動的學習，該理論主要是將學生引入一定的問題情境，圍繞一些真實性的問題，通過小組合作等方式開展具有針對性的實踐探究，從而實現(xiàn)增長知識、提高能力、培養(yǎng)情感。PBL是在問題的解決過程中獲得新知識，學習的動力源自解決問題的需要?；趩栴}的學習主要有三個特征：一是以學習者為中心，教師作為輔助者;二是問題作為學習活動開展的關鍵因素，學習活動都由問題驅(qū)動;三是基于問題的學習一般采用小組合作的方式開展，小組活動貫穿整個過程，研究中以問題為支架、學生為中心、以小組的方式開展學習活動，引導學生主動思考，積極探索。該理論有助于學生批判性思維的培養(yǎng)。

（2）活動理論

活動理論強調(diào)的是活動在知識技能內(nèi)化過程中的橋梁作用，是人在發(fā)展過程中使用工具的本質(zhì)、社會關系。主要有主體、客體和共同體三個核心成分，與工具、規(guī)則和勞動分工三個次要成分。教學過程中，主體即為學生;客體即學習目標，通過主體參與活動受到影響改變的東西;共同體是除學習者以外的其他學習者與教師;工具是教學環(huán)境;規(guī)則可以理解為用來協(xié)調(diào)主客體的制約或約定;勞動分工是指不同的成員在學習過程中要完成不同的任務?；顒永碚摰年P鍵點是內(nèi)在與外在聯(lián)系統(tǒng)一，教學設計中融入外在的硬、軟件技術，教育向個性化延伸?；诨顒永碚撻_展教學設計有利于培養(yǎng)學生的認知水平、情感態(tài)度與技能水平。

2.研究對象

研究對象選取桂林某高中高一年級兩個批判性思維水平相當?shù)陌嗉?，分別為高一7班、8班，其中8班作為實驗班，7班為對照班。研究采用由彭美慈、汪國成等人翻譯修訂的加利福尼亞批判性思維傾向測試問卷中文版（CTDI-CV）作為前后測問卷，問卷內(nèi)容效度（CVI）等于0.89，α值為0.90，各維度內(nèi)部一致性α值介于0.54～0.77，具有良好的信度與效度[6]。批判性思維技能調(diào)查選用心理測試專家學者葉玉珠編制的批判性思維技能測試問卷。過程性內(nèi)容分析選用Newman等人的批判性思維深度分析模型，用于分析在信息技術支持下的學習群體的批判性思維水平。

3.研究設計

基于問題的學習理論為基礎，活動理論為設計指導，結(jié)合化學實驗教學的實際需求，嘗試設計適合培養(yǎng)高中生批判性思維的教學提升策略。教學中學生是學習的主體，開展思維的活動（問題）是客體，教師和同伴是學生學習中的共同體。為了使教學提升策略有效實施，將學生與學習共同體按照不同的角色分工，提供合適的信息技術作為活動工具，具體設計如圖1所示。

（1）設計原則

①生本教學原則

生本教學，即以學生為主體開展教學。傳統(tǒng)高中化學實驗教學大多采用教師講授為主、學生被動接受的教學方式，嚴重違背了以學生為中心的教學理念。實際教學中應改變滿堂灌的教學方法，把課堂充分還給學生，引導學生從問題出發(fā)自主開展科學探究，深刻感受化學的魅力，強化科學探究的批判精神。譬如在學習“金屬的化學性質(zhì)”一課時，為了讓學生探究分析鋁條的性質(zhì)，設計開展兩種探究方式：一是讓學生把鋁條放在空氣中靜置一段時間，二是用砂條打磨鋁條的表面，學生主動操作觀察，思考不同變化的原因。學習內(nèi)容與學生的生活經(jīng)驗息息相關，能激起學生的好奇心和求知欲。通過問題意識與分析探究的學習過程開展批判性思維思考，提升批判性思維意識。

②開放性原則

課堂是開放的系統(tǒng)，不存在一成不變的教學方法和資源，教師要利用一切科學合理的方法與資源，最大程度地促進學生的學習，培養(yǎng)學生主體意識和提高學習能力。根據(jù)開放性的原則，要設置結(jié)構(gòu)化、開放式的問題引導學生積極思考。問題的設計、解法和答案都應該適度的開放。譬如在學習物質(zhì)的分類時，要求將化學進行分類，答案可以是從元素組成來區(qū)分，可以將化學分為金屬元素和非金屬元素;從物質(zhì)存在的狀態(tài)來區(qū)分，可以將化學分為固態(tài)物質(zhì)、氣態(tài)物質(zhì)、液態(tài)物質(zhì);從是否含碳來區(qū)分，可以將化學分為有機化合物和無機化合物。開放性的題目，沒有唯一的答案，讓學生發(fā)散思維、活躍思維，勇于表達自己的想法和觀點。

③反思性原則

反思是教學過程中必不可少的環(huán)節(jié)。反思是修正與完善，也是進一步提高后續(xù)學習的需要。學生做完實驗后，如果不及時回憶實驗過程中出現(xiàn)的錯誤操作和進行誤差分析，容易遺忘實驗內(nèi)容。因此在實驗后讓學生撰寫實驗報告，記錄實驗的過程和結(jié)果，分析實驗過程中的不足之處，反思實驗過程，思考如何改善實驗。實驗報告能讓學生回憶學習過程，重新梳理知識點，從反思中進行批判性思考。

（2）教學策略的提出

教學提升策略是在信息技術環(huán)境的支持下在化學實驗教學中開展實施，主要分為實驗前、實驗中和實驗后，教學策略緊緊圍繞化學實驗探究過程來設計。學生是學習活動的主體，問題是客體，教師和同伴是學習共同體。教師主要的任務是創(chuàng)設情境與提供問題支架教學，同伴主要是進行角色分工和討論交流，參與評價，教學中提供相關軟硬件資源作為活動工具來支持，如圖2所示。

4.教學實施

實驗內(nèi)容為化學必修一“配置一定物質(zhì)的量濃度”，設計安排有七個教學環(huán)節(jié)：①實驗前，首先開展微課導學——《提出問題》，學生可以通過QQ群進行討論，完成課前任務單。②新課導入環(huán)節(jié)，承接上節(jié)課所學的物質(zhì)的量、氣體體積和氣體摩爾體積之間的關系。拋出問題，為引出物質(zhì)的量濃度作好鋪墊，接著引出物質(zhì)的量濃度概念，讓學生了解物質(zhì)的量濃度的意義。提供問題支架，該實驗的學習目標是什么？要掌握哪些知識？讓學生自由討論，發(fā)散思維。③實驗中的自主探究，建立概念。找出關鍵概念，分析實驗，并設置疑問：你能從試管中取出0.5mol的CuSO4溶液嗎？怎么去提取出來？運用之前所學的公式可以解答這道題了嗎？要求學生明確實驗的元素，找出相關子概念，確定層級關系，自主構(gòu)建概念體系。④提出假設，撰寫實驗方案。通過微課導學提前讓學生了解假設，結(jié)合實際教學實驗，引導學生根據(jù)已知提出相關假設。布置任務，幫助學生根據(jù)提出的假設，分步驟設計實驗方案，完成課堂合作探究單的填寫，利用提問引導學生思考。⑤自主探究實驗。學生使用NB軟件進行探究實驗，體驗實驗的科學嚴謹性，提高自主學習和推理的能力。⑥總結(jié)歸納實驗，以小組匯報的形式開展。各小組匯報實驗方案，開展自我批判和異組評價，表達觀點，⑦實驗后是實驗報告的撰寫以及習題演練。完成實驗后，布置小組在線上撰寫實驗報告，要求反思實驗的過程，分析誤差、提出結(jié)論等，并上傳至石墨文檔進行異組評價。習題演練主要是設計實驗的相關內(nèi)容，培養(yǎng)學生拓展知識點，激發(fā)求知欲，進行批判性思考，培養(yǎng)學生思維廣度。

5.實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

研究選擇的調(diào)查對象整體素養(yǎng)基本良好。此次調(diào)查共發(fā)放問卷92 份，回收92份，有效率為100%。調(diào)查結(jié)果用SPSS Statistics20.0進行統(tǒng)計分析，結(jié)果如下：

（1）實驗班與對照班批判性思維傾向后測結(jié)果分析

經(jīng)過一學期教學研究，將開展批判性思維教學培養(yǎng)的實驗班與傳統(tǒng)教學的對照班的批判性思維傾向水平進行對比，結(jié)果如表1所示：

對比實驗班和對照班實驗研究后批判性思維傾向得分，將其進行獨立樣本T檢驗。由表1可知，實驗班的平均分為313.45分，對照班的平均分為277.93分，實驗班總體學生批判性思維傾向水平處于積極程度，對照班總體學生批判性思維傾向水平還處于中等水平。獨立樣本T檢驗結(jié)果顯示，實驗后實驗班和對照班的學生批判性思維傾向存在明顯的差異（P>0.05）。

（2）實驗班與對照班批判性思維技能后測得分差異性分析

由表2可知，對比實驗班和對照班實驗研究后批判性思維技能得分，將其進行獨立樣本T檢驗。實驗班的平均分為21分，對照班的平均分為15.89分，數(shù)據(jù)反映出實驗后實驗班總體學生批判性思維技能處于良好，對照班總體學生批判性思維傾向技能還仍處于中等水平。實驗班學生的批判性思維技能水平差距不大，而對照班學生的批判性思維技能最高分與最低分差距大，水平差異大。實驗班分析得到批判性思維技能實驗班和對照班技能的得分具有顯著性的概率P=0.00<0.01，差異極其顯著。

（3）過程性評價數(shù)據(jù)分析

將實驗班級8班的《配置一定物質(zhì)的量濃度》實驗和《制備膠體Fe（OH）3》實驗的課堂任務單用 Newman批判性思維深度分析模型分析，每個實驗發(fā)放47份，回收47份任務單，無一遺漏。分析的內(nèi)容主要是學生對問題的回答，從以上所提及的10個類別來評判學生的批判性思維水平（見表3）。

相關性、重要性、準確性這三個指標在兩次實驗中都比較高，這說明學生在這三個方面的能力都比較強，他們的回答不存在離題、回答的不相關或者是含糊不清的現(xiàn)象，大多數(shù)學生都能抓住主題的關鍵部分。通過數(shù)據(jù)分析可以看得出，在批判性思維培養(yǎng)的三次干擾教學之后，學生在觀點表達時所具有的新穎性，還有對于外部知識的引用，在不同觀點、看法之間建立聯(lián)系，思維的廣度這四個方面的能力得到了明顯的提升。這說明開展信息技術支持下的培養(yǎng)批判性思維實驗研究在一定程度上幫助學生提高了創(chuàng)新性，學生更積極地去關注外部知識的收集，而且看問題角度也更多面。但是，前兩次實驗中辯護和批判性評估這兩方面水平有點低，雖然在培養(yǎng)過程中這兩方面有了明顯的提升，但與別的方面相差還是比較大。這也說明了培養(yǎng)批判性思維是一個漫長的過程，需要不斷地去努力。

（4）實驗研究小結(jié)

①批判性思維傾向調(diào)查結(jié)論

批判性思維傾向問卷共調(diào)查了桂林某高中高一年級兩個班 92 位同學，實驗后，實驗班的平均分為313.45分（Std=30.650），對照班的平均分277.93分（Std=29.510）。實驗班和對照班學生的傾向水平存在極其顯著的差異（P<0.01）。經(jīng)過一學期的實驗研究后，實驗班學生的批判性思維傾向水平有了一定程度的提高。

②批判性思維技能調(diào)查結(jié)論

批判性思維技能問卷共調(diào)查測試了桂林某高中高一年級兩個班級的92位學生，借鑒心理測試專家學者葉玉珠編制的《批判性思維技能測試問卷》，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，實驗班的平均分為 21分（Std=1.900），對照班平均分為15.89分（Std=3.391），獨立樣本T檢驗結(jié)果顯示，實驗班和對照班學生的傾向水平存在極其顯著的差異（P<0.01）。經(jīng)過一學期的批判性思維培養(yǎng)，實驗班學生的批判性思維技能得到了提高。

③Newman 的批判性思維深度分析模型調(diào)查結(jié)論

通過分析可以了解到，在教學應用階段學生批判性思維深度發(fā)生變化，學生對觀點表達的新穎性、辯證與批判性以及看待別人觀點的能力得到了明顯的進步，外部知識的引用和建立不同案例、觀點的聯(lián)系這兩方面也得到了一定程度的提高。學生的批判性思維的各個指標的變化，都可以證實這些教學提升策略應用教學的有效性。

三、研究結(jié)論

將信息技術與化學實驗教學融合來培養(yǎng)學生的批判性思維，實驗教學提升了一個新的層次，整個教學過程中不僅能有效激發(fā)學生的學習興趣，也培養(yǎng)了學生科學探究能力。研究得到的主要結(jié)論為：

1.批判性思維教學提升策略有一定的合理性和有效性

研究針對高中生批判性思維傾向與技能的薄弱部分，依據(jù)相關的培養(yǎng)批判性思維的教學策略文獻研究及在理論基礎的支撐下，設計相應的批判性思維提升策略，最終的教學策略以實驗前、中、后三個核心環(huán)節(jié)來進行設計。教學流程各個策略環(huán)環(huán)相扣，通過問題解決為主線建立起三個環(huán)節(jié)的聯(lián)系，有利于學生批判性思維的培養(yǎng)與提升。

2.實驗研究后學生的批判性思維得到明顯提高

批判性思維培養(yǎng)融入化學實驗教學環(huán)節(jié)，借助信息技術的支持，學生主動參與課堂，學習興趣得到提高。由實驗研究調(diào)查分析可知高中生的批判性思維傾向和技能水平在總體上都得到了較為明顯的提升。在高中化學實驗教學中實施批判性思維培養(yǎng)提升策略，教學過程中充分發(fā)揮學生的積極主動性，學生的問題意識和分析、推理能力、解決問題的能力、觀點表達能力都在一定程度上得到了提升。

參考文獻：

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（編輯：魯利瑞）