淺議指向高階思維的小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

【摘要】實(shí)驗(yàn)是小學(xué)科學(xué)重要的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式?；趯⑴囵B(yǎng)學(xué)生的高階思維作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要目標(biāo)，文章從高階思維的內(nèi)涵、高階思維的特質(zhì)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)對培養(yǎng)高階思維的作用以及在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)高階思維的策略四方面展開論述，以期提高學(xué)生的思維能力。

【關(guān)鍵詞】高階思維；創(chuàng)造性思維；小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)

作者簡介：呂卉（1987—），女，江蘇省常州市武進(jìn)區(qū)湟里中心小學(xué)。

小學(xué)科學(xué)是一門以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的基礎(chǔ)型課程，實(shí)驗(yàn)是小學(xué)科學(xué)重要的教學(xué)內(nèi)容，也是小學(xué)科學(xué)教學(xué)重要的組織形式。引導(dǎo)學(xué)生開展以分析、評價(jià)和創(chuàng)造為主的高階思維活動(dòng)，對于促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)和形成科學(xué)素養(yǎng)具有十分重要的作用。

一、高階思維的內(nèi)涵

心理學(xué)家本杰明·布魯姆將思維過程從認(rèn)知角度細(xì)分為６個(gè)教學(xué)目標(biāo)，即記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價(jià)和創(chuàng)造，其中記憶、理解、應(yīng)用是低階思維，是較低層次的認(rèn)知水平，主要用于學(xué)習(xí)事實(shí)性知識(shí)或完成簡單任務(wù)的能力；分析、評價(jià)和創(chuàng)造為高階思維，是發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或認(rèn)知能力［1］。高階思維的核心是創(chuàng)造性思維和批判性思維。

當(dāng)前，隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，低階思維能力越來越不能適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)，因此，注重高階思維能力的培養(yǎng)是當(dāng)前教育發(fā)展的必然趨勢。

二、小學(xué)生高階思維的特質(zhì)

根據(jù)著名兒童心理學(xué)家皮亞杰所劃分的感知運(yùn)算階段、前運(yùn)算階段、具體運(yùn)算階段、形式運(yùn)算階段四個(gè)兒童認(rèn)知發(fā)展階段論，小學(xué)生（7—12歲）處于具體運(yùn)算階段。這個(gè)時(shí)期，學(xué)生的心理操作以抽象概念為主，思維具有一定的彈性，此時(shí)學(xué)生已經(jīng)有了思維的完整性和邏輯性。也就是說這一時(shí)期的學(xué)生已初步具備高階思維特質(zhì)，雖然抽象邏輯思維能力還有所欠缺，但他們已經(jīng)具有表象邏輯思維。

三、小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生高階思維的作用

小學(xué)科學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，實(shí)驗(yàn)是開展科學(xué)探究最主要的方法?！读x務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）指出，科學(xué)探究是獲取科學(xué)知識(shí)的主要途徑，是通過多種方法尋找證據(jù)，運(yùn)用創(chuàng)造性思維和邏輯思維推理和解決問題，并通過評價(jià)和交流等方式達(dá)成共識(shí)的過程［2］。

分析、評價(jià)、創(chuàng)造等高階思維能力是進(jìn)行科學(xué)探究的主要能力。收集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論需要分析思維；表達(dá)與交流、反思與評價(jià)需要評價(jià)思維；提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、制作模型需要?jiǎng)?chuàng)造性思維。因此，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究中經(jīng)常開展高階思維的活動(dòng)，不斷地積累和運(yùn)用高階思維品質(zhì)，提升思維的靈敏性和深刻性，才能讓科學(xué)探究真正發(fā)生，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的終極目標(biāo)。

四、小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生高階思維的策略

（一）確立指向高階思維的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

目標(biāo)是教學(xué)的靈魂，教學(xué)目標(biāo)既是教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)，也是教學(xué)的歸宿，同時(shí)又是教學(xué)評價(jià)的依據(jù)。只有明確地將培養(yǎng)學(xué)生的高階思維作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)，才有可能設(shè)計(jì)出支持高階思維發(fā)展的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)并予以落實(shí)。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)之前，教師應(yīng)深入解讀教學(xué)內(nèi)容，分析學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，運(yùn)用各種實(shí)驗(yàn)資源制訂具體的指向高階思維的教學(xué)目標(biāo)。

《課程標(biāo)準(zhǔn)》中提出的課程目標(biāo)包括科學(xué)知識(shí)目標(biāo)、科學(xué)探究目標(biāo)、科學(xué)態(tài)度目標(biāo)和科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)不僅關(guān)注知識(shí)的掌握、技能的提升、態(tài)度的形成，更加注重培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，以及批判性和創(chuàng)造性思維能力。與常規(guī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)相比，指向高階思維的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)目標(biāo)增加了思維目標(biāo)，常用的行為動(dòng)詞有設(shè)計(jì)、假設(shè)、辨別、發(fā)現(xiàn)關(guān)系等。

例如，蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級下冊“水遇冷以后”一課研究水蒸氣遇冷以后的變化，常規(guī)的活動(dòng)目標(biāo)這樣描述：通過觀察與描述，知道水遇冷以后形態(tài)會(huì)發(fā)生變化。而指向高階思維的活動(dòng)目標(biāo)可以這樣描述：會(huì)選擇合適的材料，模擬露水的形成，具有分析和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力；根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析露水形成的過程，知道水蒸氣遇冷形態(tài)會(huì)發(fā)生變化。

（二）聚焦思維，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)活動(dòng)設(shè)計(jì)

培養(yǎng)高階思維需要有高階學(xué)習(xí)活動(dòng)的支持，只有將高階思維的發(fā)展落實(shí)到具體的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，才能有效促進(jìn)學(xué)生思維能力和探究能力的提升。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)積極開發(fā)對學(xué)生具有挑戰(zhàn)意義的、開放的、富含高階思維特征的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，引發(fā)學(xué)生不斷突破原有的思維定式，搭建新的認(rèn)知圖式，由此逐步發(fā)展學(xué)生的高階思維能力。

下面筆者以蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級下冊第一單元“冷和熱”為例，具體闡述提升學(xué)生高階思維的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)。

1.創(chuàng)設(shè)問題情境，激活思維

實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的起點(diǎn)是提出問題，因此創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境、提出問題是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的首要任務(wù)。

例如，“水遇冷以后”一課，以生活中常見的露水為課堂導(dǎo)入，讓學(xué)生說說什么時(shí)候見過露水，那時(shí)的氣溫在一天之中是高還是低，根據(jù)露水形成的時(shí)間和溫度你能猜猜露水形成的原因嗎？用生活中常見的現(xiàn)象導(dǎo)入教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的興趣，通過遞進(jìn)的問題串，激活學(xué)生的思維。

2.重視猜想與假設(shè)，發(fā)展思維

在科學(xué)研究中，當(dāng)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)用已有知識(shí)無法解釋的現(xiàn)象時(shí)，會(huì)根據(jù)自己掌握的資料和經(jīng)驗(yàn)對問題或現(xiàn)象做出預(yù)判，即提出科學(xué)假設(shè)或猜測［3］。做出假設(shè)也是科學(xué)探究活動(dòng)的重要環(huán)節(jié)之一，需要綜合運(yùn)用分析、類比、歸納、想象等思維方法，因此教師在設(shè)計(jì)探究活動(dòng)時(shí)也應(yīng)該重視學(xué)生的猜想與假設(shè)，在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，利用追問和質(zhì)疑的方式引導(dǎo)學(xué)生做出假設(shè)，并說出自己的依據(jù)。

例如，“冷熱與溫度”一課的研究問題為熱水在變亮的過程中，水溫是勻速下降，還是先快后慢地下降，或是其他？請同學(xué)們說說自己的假設(shè)。有的學(xué)生認(rèn)為先快后慢，有的學(xué)生認(rèn)為先慢后快，還有的認(rèn)為沒有規(guī)律。面對學(xué)生的不同回答，教師會(huì)詢問：“你為什么這樣想？”有的學(xué)生說：“水溫比較高，熱量散發(fā)快?！边€有的學(xué)生說：“水溫和環(huán)境溫度相差大，下降快，后面水溫降低，與環(huán)境溫差小，下降就慢?！蓖ㄟ^教師的追問和質(zhì)疑，學(xué)生調(diào)動(dòng)已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，做出自己的假設(shè)，在這個(gè)過程中，學(xué)生的邏輯思維和批判性思維得到發(fā)展。

3.制訂實(shí)驗(yàn)方案，提升思維

實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)是學(xué)生具有一定的相關(guān)知識(shí)和習(xí)得一定的操作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)思維程序來完成的心智活動(dòng)，是最能體現(xiàn)一個(gè)人思維能力的一項(xiàng)活動(dòng)［4］。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是探究活動(dòng)的組成部分，是實(shí)驗(yàn)證據(jù)搜集和問題解釋等活動(dòng)的前提條件。為了讓學(xué)生能充分有效地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并落實(shí)設(shè)計(jì)內(nèi)容，教師可以從問題情境的創(chuàng)設(shè)、提供假設(shè)的依據(jù)、搭建活動(dòng)的“腳手架”等方面入手，提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力。

例如，“熱脹冷縮”一課研究空氣受熱和遇冷時(shí)，體積會(huì)有什么變化。在已知液體有熱脹冷縮的性質(zhì)之后，學(xué)生心里也有疑惑，其他物體有沒有熱脹冷縮的性質(zhì)呢？教師可順勢提出研究問題：“氣體，如最常見的空氣，有沒有熱脹冷縮的性質(zhì)呢？”學(xué)生猜想有。教師繼續(xù)引導(dǎo)：“你能用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的想法嗎？聯(lián)系剛剛液體熱脹冷縮的實(shí)驗(yàn)，想一想我們可以用哪些材料來驗(yàn)證呢？”教師給予學(xué)生充分思考的時(shí)間，學(xué)生在生活中接觸過氣球和皮球，因此部分學(xué)生就會(huì)想到利用氣球，將其套在瓶口放入熱水中。教師可繼續(xù)提問：“這個(gè)想法是否可行？”以此引發(fā)學(xué)生思考并討論實(shí)驗(yàn)的可行性。

另外，教師也可以在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中融入綜合性、探索性內(nèi)容，為學(xué)生搭建好“腳手架”，逐步引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

例如，“水遇冷以后”研究水蒸氣遇冷以后的變化，在充分討論了露水形成的原因后，教師拋出問題：“你能制造露水嗎？”問題剛提出時(shí)，學(xué)生可能想不到方法，這個(gè)時(shí)候教師要給他們一個(gè)“腳手架”，問：“要想制造露水，先要制造什么？”學(xué)生馬上就能想到先要制造水蒸氣，此時(shí)教師繼續(xù)問：“水蒸氣怎么制造呢？制造了水蒸氣后還需要什么呢？”在教師一步一步的引領(lǐng)下，學(xué)生設(shè)計(jì)出了實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)步驟。

4.收集和分析數(shù)據(jù)，深化思維

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集與分析往往是最容易被忽視的環(huán)節(jié)，但其實(shí)運(yùn)用好數(shù)據(jù)的收集和分析能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證意識(shí)，這也是克服目前科學(xué)教學(xué)中普遍存在的“重過程，輕結(jié)論”問題的有效途徑?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)收集數(shù)據(jù)，學(xué)會(huì)整理數(shù)據(jù)，關(guān)注每個(gè)數(shù)據(jù)，培養(yǎng)分析概括能力，能基于數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象，更要能基于證據(jù)提出批判性的問題，使學(xué)生養(yǎng)成實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、基于證據(jù)的批判性思維。

例如，“水受熱以后”一課研究水沸騰前后溫度和水位的變化。在實(shí)驗(yàn)前，教師問：“你們知道一般情況下，水沸騰的溫度是多少攝氏度嗎？”學(xué)生回答：“100℃。”在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生用酒精燈加熱燒杯中的水，每隔一分鐘測量一次水的溫度，直到水沸騰4分鐘后，停止加熱。教師指導(dǎo)學(xué)生實(shí)事求是地記錄數(shù)據(jù)，并畫出溫度變化的曲線圖，再提問：“實(shí)驗(yàn)時(shí)你是如何知道水已經(jīng)沸騰了？”學(xué)生答：“水翻滾了，冒大量氣泡時(shí)就沸騰了?！苯處熡謫?，水沸騰時(shí)的溫度是多少。根據(jù)學(xué)生的測量，當(dāng)水沸騰時(shí)，溫度計(jì)示數(shù)只有95℃。這時(shí)教師提問：“你們有疑問嗎？剛剛說水沸騰時(shí)的溫度是100℃，為什么測量出來是95℃呢？是我們測量錯(cuò)了嗎？”此后，教師通過對比高原地區(qū)和高壓鍋水的沸點(diǎn)，幫助學(xué)生理解水沸騰時(shí)的溫度還和當(dāng)時(shí)的氣壓有關(guān)。

通過教師適時(shí)的引導(dǎo)，學(xué)生主動(dòng)分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題數(shù)據(jù)并嘗試解釋，運(yùn)用數(shù)據(jù)來解決問題，培養(yǎng)了對數(shù)據(jù)的敏感性，提高了分析思維能力和科學(xué)素養(yǎng)。

5.關(guān)注表達(dá)和評價(jià)，活躍思維

表達(dá)與交流也是科學(xué)探究的過程，清晰、準(zhǔn)確、公正地表達(dá)與交流是任何活動(dòng)所必需的，也是一切科學(xué)工作的基礎(chǔ)，同樣也是小學(xué)科學(xué)探究活動(dòng)的重要環(huán)節(jié)。在表達(dá)與交流過后，教師要對學(xué)生進(jìn)行及時(shí)評價(jià)，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生之間互相評價(jià)，促進(jìn)學(xué)生思維的不斷深入。在課堂上，教師要鼓勵(lì)學(xué)生大膽地說出自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并鼓勵(lì)他們對同學(xué)的回答進(jìn)行質(zhì)疑和評價(jià)，以此培養(yǎng)學(xué)生的歸納能力和批判性、發(fā)散性思維。

例如，“冷熱與溫度”一課，學(xué)生做完熱水降溫實(shí)驗(yàn)后，得到了一組數(shù)據(jù)，此時(shí)教師問：“根據(jù)數(shù)據(jù)，你能說一說熱水降溫是什么規(guī)律嗎？”學(xué)生回答：“是先快后慢的規(guī)律。”教師繼續(xù)問：“我怎么沒有看出來呢？同學(xué)們看出來了嗎？你是怎么看出來的呢？”學(xué)生回答，還需要看每兩分鐘水下降的溫度，這時(shí)教師再問：“你們同意他的觀點(diǎn)嗎？你們還有什么好的辦法嗎？”學(xué)生繼續(xù)評價(jià)并補(bǔ)充。

教師的正面激勵(lì)和學(xué)生的相互評價(jià)共同作用，讓學(xué)生在課堂上敢于表達(dá)，善于表達(dá)，從而使思維能力在思辨中得到發(fā)展和提升。

（三）開發(fā)多樣化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織形式

為發(fā)展學(xué)生的高階思維，教師還需開發(fā)多種實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織形式，利用學(xué)校、社區(qū)、家庭等資源，開發(fā)延伸實(shí)驗(yàn)作為課后探究活動(dòng)，讓學(xué)生以小組合作的方式展開探究，甚至可以開展一些長期的課外探究活動(dòng)，以彌補(bǔ)課堂教學(xué)的不足，拓展學(xué)生思維的廣度。

例如，在學(xué)生學(xué)習(xí)了如何制造露水，如何制造冰之后，教師可以設(shè)計(jì)制造霜的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生利用家庭生活中常見的材料，充分利用課后、興趣小組等時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)探究，并且可以鼓勵(lì)學(xué)生將水的三態(tài)變化制作成漫畫、思維導(dǎo)圖等形式在班內(nèi)交流分享。

總之，在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的高階思維有非常重要的價(jià)值和研究意義。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師首先要轉(zhuǎn)變思想，開展思維培養(yǎng)教學(xué)，不斷探索和運(yùn)用各種教學(xué)策略來組織活動(dòng)，真正發(fā)展學(xué)生的思維能力和科學(xué)素養(yǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

［1］陳懋.基于學(xué)生高階思維培養(yǎng)的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)［J］.物理教師，2021，42（09）：56-58.

［2］中華人民共和國教育部.義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2017.

［3］柴西勤.小學(xué)科學(xué)課上發(fā)展學(xué)生“猜想與假設(shè)”能力的思考［J］.課程·教材·教法，2019，39（07）：127-131.

［4］王愛生.實(shí)驗(yàn)是發(fā)展思維之伴［J］.中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備，2019，29（03）：31-34.