談高階思維視角下科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)策略

馮茹

[摘 要]高階思維能力是指一種認(rèn)知能力和邏輯能力相對較高的，可以綜合理解、分析、運(yùn)用思維的能力?？茖W(xué)素養(yǎng)包含各個(gè)方面，其中一項(xiàng)即是發(fā)展學(xué)生的思維能力。以蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級《冷熱與溫度》為例，談如何從“優(yōu)化教學(xué)目標(biāo)”“設(shè)計(jì)問題串”“抓住錯(cuò)誤時(shí)機(jī)”這三個(gè)教學(xué)策略出發(fā)，發(fā)展學(xué)生的高階思維。

[關(guān)鍵詞]高階思維;科學(xué)教學(xué);設(shè)計(jì)策略

[中圖分類號] G623.6[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A[文章編號] 1007-9068（2021）27-0079-02

高階思維能力是指一種認(rèn)知能力和邏輯能力相對較高的，可以綜合理解、分析、運(yùn)用思維的能力。在科學(xué)課上，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，主要有四個(gè)載體：研究問題、實(shí)踐活動、評價(jià)的實(shí)施、技能的應(yīng)用。其中，問題是起點(diǎn)，在問題的研究中，可以使學(xué)生保持長期的思考;活動的設(shè)計(jì)可以使學(xué)生的思考過程轉(zhuǎn)移到實(shí)踐探究;評價(jià)是指學(xué)生對探究過程是否合理、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否正確的一種批判;在得到可以實(shí)證的結(jié)論后，學(xué)生可以獲得一種技能，并將其應(yīng)用到生活中。這四個(gè)過程可以培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、策略性思維、創(chuàng)新性思維等。

那么，在教學(xué)實(shí)踐中，如何培養(yǎng)學(xué)生的高階思維呢？筆者在執(zhí)教四年級科學(xué)《冷熱與溫度》一課時(shí)，嘗試用“優(yōu)化學(xué)生思維發(fā)展的教學(xué)目標(biāo)”“探究性問題串的設(shè)計(jì)策略”“巧用容錯(cuò)，加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析”的方式發(fā)展學(xué)生的高階思維。

一、優(yōu)化教學(xué)目標(biāo)，提高思維深度

在制定教學(xué)目標(biāo)時(shí)，教師應(yīng)結(jié)合科學(xué)學(xué)科性質(zhì)和學(xué)生的實(shí)際情況對教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，并根據(jù)教學(xué)目標(biāo)對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)加工，從而使學(xué)生的思維得到有層次地發(fā)展。

《冷熱與溫度》一課的原教學(xué)目標(biāo)如下：（1）使學(xué)生知道如何正確使用溫度計(jì)測水溫。（2）能夠連續(xù)測量一杯熱水的溫度變化并分時(shí)段記錄數(shù)據(jù)。（3）根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)概括熱水變涼的規(guī)律。筆者認(rèn)為，這樣的教學(xué)目標(biāo)看似合理，實(shí)則忽略了對學(xué)生高階思維的培養(yǎng)，主要表現(xiàn)在：（1）注重學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作技能的掌握，探究活動多，缺少思維加工的過程。（2）學(xué)生在連續(xù)測量進(jìn)行探究活動時(shí)，局限于知道、理解如何連續(xù)測量一杯熱水的溫度，并發(fā)現(xiàn)溫度的變化，思維深度不足?？傊虒W(xué)目標(biāo)過于簡單，沒有突出思維的重要性，難以有效促進(jìn)學(xué)生高階思維能力的發(fā)展。

為此，筆者基于學(xué)生思維發(fā)展的層次性對本課的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行了優(yōu)化：（1）重視數(shù)據(jù)分析，知道可靠數(shù)據(jù)是科學(xué)實(shí)驗(yàn)成功的基礎(chǔ)。（2）用科學(xué)的方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來探究熱水變涼的規(guī)律，通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論。通過對數(shù)據(jù)的分析，學(xué)生知道什么樣的數(shù)據(jù)是可靠的、能利用的;同時(shí)，對錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的分析，可以為學(xué)生重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)做好鋪墊。這樣的目標(biāo)制定，更能促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究意識的培養(yǎng)和高階思維的發(fā)展。

二、設(shè)計(jì)問題串，提供思維支架

問題串就是跟隨情境提出的一連串的問題，每個(gè)問題都是學(xué)生思維上升的階梯。好的問題串可以引導(dǎo)學(xué)生逐步深入地分析和解決問題，有效提升學(xué)生的思維發(fā)展和科學(xué)素養(yǎng)。本課的重點(diǎn)是先讓學(xué)生猜測熱水變涼的過程有沒有規(guī)律，然后圍繞自己的猜測去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。筆者從四年級學(xué)生的年齡、認(rèn)知、思維特點(diǎn)出發(fā)，設(shè)置積極的、具體的、有層次的問題串，引導(dǎo)學(xué)生建立不同概念之間的聯(lián)系。

教學(xué)片段：

教師讓學(xué)生代表1測量一杯熱水的溫度，并觀察紅色液柱的變化。

師：你看到紅色的液柱有什么變化？

生：上升了。

師：回答得很好！那么，能具體描述一下液柱上升時(shí)的速度是如何變化的么？

生：先是很快上升，然后變慢了，最后不動了。

師小結(jié)：剛才液柱上升的規(guī)律很明顯，先快后慢，最后不動了。那它會一直停在這個(gè)位置么？

生：不會的，過一會熱水會變涼，液柱就會下降。

師：那你們猜猜看，液柱下降的速度（溫度下降的速度）有沒有規(guī)律呢？

生1：可能和液柱上升的規(guī)律一樣，先是很快，然后變慢，最后不動。

生2：可能先很慢下降，然后很快下降。

生3：可能一直很快的下降。

生4：可能勻速下降，也可能慢慢地下降。

在這一教學(xué)片段中，筆者首先制造條件，讓學(xué)生觀察熱水中紅色液柱的變化情況，獲得“測量熱水溫度時(shí)液柱上升的規(guī)律變化”的前概念，這時(shí)，他們對溫度的變化有了一個(gè)比較直觀的印象。接著，筆者引導(dǎo)全體學(xué)生合理的推斷熱水下降時(shí)的規(guī)律。筆者設(shè)計(jì)的問題串是：

（1）用溫度計(jì)測量熱水溫度時(shí)，液柱有什么變化？

（2）液柱上升時(shí)的速度是如何變化的？

（3）液柱會一直穩(wěn)定在這個(gè)位置么？

（4）推測熱水溫度變涼時(shí)，液柱下降的速度是如何的？

問題（2）（3）（4）是在問題（1）的基礎(chǔ)上提出，整個(gè)問題串呈遞進(jìn)的關(guān)系。其中，問題（1）主要考查學(xué)生對一種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的陳述，屬于低階思維，而問題（4）是學(xué)生在問題（2）的基礎(chǔ)上，對另外一種未知實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的推斷，屬于高階思維。由此可見，低階思維和高階思維是互相轉(zhuǎn)化的，教師可以利用有層次的問題串引發(fā)學(xué)生深度的、復(fù)雜的思考，為學(xué)生高階思維的發(fā)展提供支架。

三、抓住錯(cuò)誤時(shí)機(jī)，激發(fā)思維火花

在教學(xué)中，教師要把學(xué)生出現(xiàn)的錯(cuò)誤當(dāng)作難得的資源，并加以運(yùn)用。例如，當(dāng)某一學(xué)生發(fā)表了自己“錯(cuò)誤”的觀點(diǎn)后，教師并不急于否定，而是給學(xué)生足夠時(shí)間思考，逐步引導(dǎo)學(xué)生識錯(cuò)、議錯(cuò)、糾錯(cuò)。這個(gè)過程可以培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維，使學(xué)生學(xué)會批判，在批判中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

教學(xué)片段：初步分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題

教師分別給每組準(zhǔn)備一杯熱水。小組成員按照從1號到6號的順序依次測量水溫，并分別做好記錄，活動結(jié)束后引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)。

案例1：某組的1號同學(xué)測量的溫度低，2號同學(xué)測量的溫度反而高了。

師：大家覺得這樣的數(shù)據(jù)合理么？為什么？

生：不合理，因?yàn)闊崴畷儧龅?，所以第一個(gè)測量的同學(xué)記錄的數(shù)據(jù)是最高的，而后面測量的同學(xué)記錄的數(shù)據(jù)應(yīng)該會變低的。

師：出現(xiàn)這樣的原因可能是什么？

生1：可能沒有等到液柱穩(wěn)定就讀數(shù)了。

生2：也有可能他們讀數(shù)時(shí)視線沒有平視刻度線。

案例2：某組1號同學(xué)測量的數(shù)據(jù)和6號同學(xué)測量的數(shù)據(jù)差距不明顯。

師：請同學(xué)們相互討論并思考下列問題。

（1）在預(yù)測熱水溫度下降的規(guī)律時(shí)，你打算怎樣分析這6個(gè)數(shù)據(jù)？

（2）為什么會出現(xiàn)數(shù)據(jù)之間太接近甚至一模一樣的情況？

（3）你打算如何重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？

生討論后匯報(bào)。

生1：分析這6個(gè)數(shù)據(jù)的規(guī)律時(shí)，可以前后數(shù)據(jù)相減。

生2：數(shù)據(jù)太接近甚至一模一樣是因?yàn)殚g隔時(shí)間太短了。

生3：我打算重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)要保證有一定的時(shí)間間隔，間隔時(shí)間要相同，而且長短要合適，比如我們組認(rèn)為間隔時(shí)間可以設(shè)置為兩分鐘。

……

高階思維總是從低級思維逐漸發(fā)展的，因此，這一教學(xué)環(huán)節(jié)，首先強(qiáng)調(diào)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，并沒有思維的深度加工，屬于低階思維。接著，學(xué)生在分析數(shù)據(jù)之間有沒有規(guī)律，并說明自己是如何分析的，這一環(huán)節(jié)體現(xiàn)了學(xué)生的思辨過程，屬于高階思維。

顯然，在第一次測量熱水溫度的活動中，學(xué)生記錄的數(shù)據(jù)是有問題的，通過分析有錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，學(xué)生可以為接下來重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)做好鋪墊。在案例1中，1號同學(xué)測量的溫度比2號同學(xué)測量的溫度低，這一錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)可以使學(xué)生重新審視自己的操作是否規(guī)范。在案例2中，出現(xiàn)溫度數(shù)值太接近甚至一模一樣的情況。這時(shí)，教師可以讓學(xué)生分析可能的原因是什么。全班學(xué)生都參與了這一探究活動，他們清楚這一測量過程是1號到6號同學(xué)輪流進(jìn)行的，也就是有間隔的測量，所以大多數(shù)學(xué)生都可以想到是測量時(shí)間間隔太短導(dǎo)致數(shù)據(jù)太接近。這時(shí)，教師再順勢追問：“你如何把握時(shí)間間隔？”經(jīng)過學(xué)生對數(shù)據(jù)的討論分析，他們便清楚設(shè)計(jì)熱水變涼規(guī)律的實(shí)驗(yàn)要滿足兩個(gè)條件：間隔時(shí)間要長短合適、間隔時(shí)間要相同。學(xué)生也會明白在實(shí)驗(yàn)的過程中要注意哪些細(xì)節(jié)，如第一次讀數(shù)要等到液柱穩(wěn)定、操作要規(guī)范、溫度計(jì)要固定、需要計(jì)時(shí)器等。

通過教師的引導(dǎo)，學(xué)生可以找到錯(cuò)誤的根源，為接下來自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究熱水變涼的過程提供了更為清晰的思路。可見，錯(cuò)誤也是課堂中的一種寶貴資源，只要合理利用，就會得到意想不到的教學(xué)效果。在學(xué)生初次輪流測量熱水溫度時(shí)，教師讓學(xué)生分析數(shù)據(jù)之間是否有規(guī)律，大部分學(xué)生不會找出規(guī)律。接著，教師再引導(dǎo)學(xué)生分析原因，學(xué)生會逐步認(rèn)識到初次測量的錯(cuò)誤操作。在識錯(cuò)的基礎(chǔ)上，教師再引導(dǎo)學(xué)生分析錯(cuò)誤，最終使得他們糾正錯(cuò)誤，重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。這一環(huán)節(jié)發(fā)展了學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)新性思維。由此可見，“巧用容錯(cuò)”可以使學(xué)生的思維呈現(xiàn)出螺旋上升趨勢，幫助發(fā)展學(xué)生的高階思維。

綜上所述，高階思維的課堂并不是盲目地追求知識的數(shù)量和難度，而是關(guān)注學(xué)生在學(xué)科能力、推理能力、問題解決能力、在核心素養(yǎng)等方面的發(fā)展。每個(gè)兒童都具有自己的獨(dú)特性，他們對這個(gè)世界充滿了好奇心，具有與生俱來的探究學(xué)習(xí)的天性。在科學(xué)課堂上，教師應(yīng)該保護(hù)學(xué)生的這種好奇心和探究欲望。這就要求我們每一位科學(xué)教師遵循兒童的天性，不斷創(chuàng)造良好的探究情境，使學(xué)生真正享受到學(xué)習(xí)給他們帶來的愉悅和成就感。如此一來，我們就可以打造真正的高階思維課堂。

（責(zé)編 韋淑紅）