指向高階思維的學生化學實驗能力培養(yǎng)策略

瞿 洋

化學課程教學實踐的目的不僅是要讓學生學習豐富的化學知識,還關注學生核心素養(yǎng)的發(fā)展。指向高階思維的化學實驗教學對學生核心素養(yǎng)的提升具有積極的推動作用。高中化學與高階思維之間存在密切的聯(lián)系,基于這種聯(lián)系,高中化學能夠助力學生高階思維能力的良好發(fā)展,幫助學生充分發(fā)揮自身的潛能和價值。

一、高階思維概念闡述

現(xiàn)階段,許多研究者對高階思維展開了系統(tǒng)地研究,但是關于高階思維的定義尚不統(tǒng)一。布魯姆最早圍繞高階思維的內涵展開了一定的討論,他的教育目標分類學可以說是高階思維研究的起點。之后安德森等人在布魯姆的基礎上進一步修訂了教育目標分類學,這一學科也得到了廣泛的認可。以布魯姆的教育目標分類標準為依據,其中低階思維包括記憶、應用、理解能力,高階思維包括評價、分析、創(chuàng)造能力。國內對高階思維的研究也有不少,其中鐘志賢教授對高階思維的概念進行了界定,他指出高階思維指的是求解問題的能力、創(chuàng)新能力和批判性思維能力。文章深入討論了高階思維與化學課堂的結合,具體是指學生分析、創(chuàng)造、評價、解決化學問題的能力。

二、高中化學對學生的高階思維要求

(一)分析思維

學生學習化學知識必須要具備分析思維,分析思維是學生從低階思維向高階思維轉變的有效過渡。分析思維具體包括判斷、分析、區(qū)別、對比、組織等內容,分為不同的層次。在基礎層次,要求學生能夠將一個復雜的化學任務進行有效分解,將一個任務內容分解成若干個子任務,從而降低化學任務的難度。在發(fā)展層次,要求學生能夠明確梳理和總結分解成的各個任務部分之間的聯(lián)系,能夠順利地運用分析工具。在提高層次,要求學生利用分析方法,順利地總結出化學現(xiàn)象及知識規(guī)律。

(二)整體思維

整體思維又叫綜合思維,指的是從整體、宏觀的角度出發(fā)去看待問題和解決問題的一種思維方式。高中化學各個知識內容之間存在各種各樣的聯(lián)系,學生利用好綜合思維分析和學習化學知識,建立起完善、全面的化學知識網絡體系,才能夠更加準確地從整體上把握課程內容。形成綜合思維,能夠讓學生更高效、準確地解答化學問題,幫助學生拓展解題思路,提升學生的學習效果。高中化學知識點龐雜,但各個知識點并不是孤立存在的,每個知識內容都是一個個知識體系的重要組成,都與其他的知識點存在多重聯(lián)系。因此,想要學好化學知識,必須要讓學生形成綜合思維,學生要建立“牽一發(fā)而動全身”的意識。比如,學生要明確化學反應和化學方程式之間的關系,在記憶化學方程式時,要同時記住反應物質的性質、化學實驗的流程和步驟、化學實驗反應的具體條件、化學結果現(xiàn)象等。

(三)批判性思維

批判性思維指的是學生能夠形成一定的評價標準思維,逐步形成一定的思維技能和傾向。批判性思維絕對不是隨意、沒有原則的批判,而是必須要遵循一定的流程,要建立在評價、估計的基礎之上,要按照一定的標準原則進行價值判定,才能夠更有依據地對有效內容加以辯護,對與事實不符的內容進行批判并進行糾正。批判性思維是一種不破不立的思維,是學生學習化學知識必須要形成的一種思維,也是高階思維的重要組成部分。

(四)創(chuàng)造性思維

創(chuàng)造性思維與其他思維類型相比具有明顯的高度機動性。具備創(chuàng)造性思維的個體往往不會滿足于現(xiàn)有的結論和方案,能夠從全新的角度思考問題,總結和提出更為有效的解決問題的辦法。具備創(chuàng)造性思維的個體經常會提出各種構想,盡管這些構想并不一定都能夠真正落實,但是經過反復的思考和探究,往往能夠找到解決問題困境的有效辦法,從而為化解問題提出更為豐富的參考方案。創(chuàng)造性思維能夠幫助人們打破常規(guī)范式,突破常有程式的束縛,個體通過多樣組合獲得全新的感受體驗,深入體會和把握規(guī)律,最終得出全新的思維成果。創(chuàng)造性思維最為典型的特征在于敢于突破思維定式,個體能夠合理地展開想象,突破原有思維的局限,從各種意想不到的角度探索和思考全新的問題解決方案,最終也往往能夠獲得出其不意的結果?？梢哉f,創(chuàng)造性思維是高中化學思維最具備高階特點的一種思維方式,是培養(yǎng)學生思維品質的一個重要的方向。創(chuàng)造性思維往往要以分析思維、綜合思維、批判性思維為基礎,要求學生具備勇于探索、敢于創(chuàng)新的精神和理念。現(xiàn)階段高中教材中的知識內容、化學實驗基本上是前人總結出來的結果,但高中化學課堂并不局限于學習教材中的理論知識,更強調開展化學實驗教學?；瘜W實驗教學將原本停留在教材中的理論性知識內容以更為直觀、更為具象的方式展現(xiàn)出來,為學生們學習化學提供了更為豐富的感性材料,讓學生能夠通過親身實踐深入理解和感受化學概念和原理,充分尊重了學生在化學課堂中的主體地位,學生能通過積極主動的實驗探究,發(fā)展自身的科學探究意識和化學思想。在化學實驗過程中,教師注重引導學生用創(chuàng)造性思維進行深入思考,沖破學習的障礙。

三、指向高階思維的高中生化學實驗能力培養(yǎng)的有效途徑

(一)指向高階思維,優(yōu)化設計化學實驗教學目標

高中化學教師在設計實驗教學目標時,要緊緊圍繞學生高階思維能力發(fā)展的需要,立足于學生創(chuàng)新意識、批判性思維等方面發(fā)展的角度合理設計教學目標。面向高階思維優(yōu)化設計化學實驗教學目標,要求化學教師關注學生的學習態(tài)度、學習能力和學科核心素養(yǎng)的發(fā)展,基于高階思維為學生提供科學指導,注重發(fā)展學生的實驗分析能力和實驗結果評價能力。高中化學實驗課堂中,元素化合物是十分重要的教學內容之一,這部分內容是幫助學生理解化學概念知識的基礎所在,也是幫助學生開展化學實驗的重要基礎。化學教師在開展實驗教學時,應當首先系統(tǒng)地整合化學知識,以便于學生開展系統(tǒng)化的高效學習。例如,在學習“二氧化硫和硝酸性質”這部分內容時,化學教師設計實驗教學,整合二氧化硫性質、制備等方面的知識內容,帶領學生細致觀察實驗現(xiàn)象,同時引導學生聯(lián)系化學方程式對實驗現(xiàn)象的實質展開分析,讓學生結合實驗現(xiàn)象進行案例分析,展開系統(tǒng)化學習,從而有效地培養(yǎng)學生的分析思維能力和綜合思維能力,在記憶化學現(xiàn)象的同時探究化學反應的原因和過程。再如,在開展與葡萄糖相關的課程知識內容教學時,化學教師制定了“明確葡萄糖結構、性質、用途并探討其之間的相互關系”的實驗教學目標,引導學生建立控制實驗條件的意識,以此來幫助學生逐步地發(fā)展高階實驗思維和創(chuàng)新意識,鍛煉學生的高階思維能力。

(二)注重高階思維參與的全面性,巧妙設計實驗問題

高中化學實驗教學是發(fā)展學生高階思維能力的有效場所,相比于低階思維,高階思維比例更高,因此高中化學實驗教師培養(yǎng)學生高階思維能力具有獨特的優(yōu)勢。在實際操作中,高中化學教師應當首先設置清晰明確的實驗教學目標,在此基礎上制定具有挑戰(zhàn)性、趣味性的實驗學習主題,同時為學生精心設計實驗問題。在設置實驗問題時,高中化學教師絕不能盲目追求問題的難度,要提升問題的針對性,緊緊圍繞化學課程標準要求和教材實驗內容設計實驗問題?；瘜W教師還要關注學生現(xiàn)有能力、素質狀況,了解學生當前的知識基礎,考慮多方面影響因素優(yōu)化設計實驗內容并進行適當的強化拔高。比如,以“鈉和水反應”課程內容為例,高中化學教師可以根據以下流程設置實驗問題：第一,引導學生回顧已經掌握的關于鈉和水的相關知識,引導學生大膽預測鈉和水反應的產物,利用多媒體展示學生預測的具體結果。第二,組織學生對自己的猜想進行相互討論,小組之間展開討論確定所要使用的具體的實驗方法和方案,在開始實驗活動之前還要預測可能產生的實驗現(xiàn)象,之后小組合作分組別開展實驗活動。第三,在實驗操作結束后,教師引導學生分析實驗現(xiàn)象,總結得出結論。在上述實驗流程中,學生基于現(xiàn)有知識預測化學反應產物是難度最大的一部分,在以往的活動中,學生們已經基本建立了化學物質分類、化學反應等方面的認識內容,但想要利用原有知識總結得出預測結果顯然難度較大。為此,在這一環(huán)節(jié),高中化學教師應當為學生提供科學引導,幫助學生從已經學習的復雜的知識內容中梳理、建立知識聯(lián)系,引導學生順利地得出預測結果。另外,在設計實驗方案、確定檢驗方法等環(huán)節(jié)學生也可能感覺難度較大,需要教師引導學生利用以往所學的知識展開遷移,鼓勵學生大膽探索。通過精心設計實驗問題和實驗環(huán)節(jié),學生的觀察能力、思維聯(lián)系建構能力、解釋說明能力均得到了良好的發(fā)展。盡管上述環(huán)節(jié)中有兩個難度較大,但在化學教師的充分引導下,學生能夠全面調動高階思維能力開展實驗活動,順利地完成實驗活動任務。在固有知識基礎之上學生通過開展化學實驗,提升了自身的學習能力。這種方式符合最近發(fā)展區(qū)的要求,保證每位學生均能夠在原有的基礎上有所收獲。這種實驗教學活動方式也符合化學課程標準,為學生運用高階思維能力提供了充足的空間和機會,學生在實驗學習過程中實現(xiàn)了高階思維的全面參與,發(fā)揮了高階思維能力助力學生實驗能力發(fā)展的有效作用。

(三)關注知識遷移應用,創(chuàng)設完善科學的實驗教學情境

高中生普遍具備良好的主觀能動性,學生在遇到一個新的化學問題時往往能夠自覺地運用已經學習過的知識內容嘗試解決問題,這也是學生高階思維的重要體現(xiàn)。因此,高中化學教師應當考慮到學生遷移能力的發(fā)展要求,合理創(chuàng)設教學情境,確保教學情境真實、科學、完善且具有一定的復雜性,為學生提供更為豐富、直觀的情境體驗,讓學生能夠沉浸在教師創(chuàng)設的化學實驗教學活動情境中,深層理解化學知識內容,發(fā)揮知識遷移應用的有效性。從本質上講,化學知識內容本身就具有一定的情境性,因此在特定的情境下學習化學知識和開展化學實驗,既能夠提升學生探索學習的興趣和參與感,又能夠充分發(fā)揮教學情境的支撐作用,幫助學生建構完整的知識系統(tǒng),讓學生將原本抽象的知識內容與實際生活巧妙地結合起來。比如,在“鐵鹽和亞鐵鹽檢驗與轉換”實驗課程中,化學教師在學生開展實驗活動之前可以為學生創(chuàng)設實驗情境,導入新課：“同學們都知道人體本身需要具有一定的微量元素來保障人體所需,鐵元素是其中重要的組成部分。但是全世界范圍內缺鐵性貧血的病癥十分常見,針對這種情況,越來越多的人開始服用葡萄糖酸亞鐵等相關的補鐵劑,這是為什么?同學們能夠論證補鐵時基本補充的是亞鐵離子這一觀點,如何檢驗補鐵劑中存在的亞鐵離子?”在情境的支持下,化學教師巧妙設置導入問題,讓學生帶著疑問展開實驗探究活動,同時也讓學生將對化學知識的學習過程和現(xiàn)實生活聯(lián)系到了一起,引發(fā)學生深度思考,達到培養(yǎng)學生高階思維能力和實驗能力的效果。

(四)開展深度實驗教學反思與評價

持續(xù)性評價是高中化學實驗教學的重要組成部分,是化學教師進行教學設計時需要關注的重點內容。為達成培養(yǎng)學生高階思維能力和化學實驗能力的目標,高中化學教師要注重引導學生在化學實驗中發(fā)現(xiàn)、分析各種異常的實驗現(xiàn)象,引導學生總結實驗結論和物質變化規(guī)律,并帶領學生對實驗結果、實驗現(xiàn)象和總結的規(guī)律進行充分的反饋評價,反思整理實驗活動中遇到的各種問題。想要保證化學實驗教學的質量,確?；瘜W實驗教學活動能夠滿足學生深度學習和高階思維能力發(fā)展的需要,高中化學教師必須要建設完善的教學反饋和評價機制,幫助學生再次回顧和認知抽象復雜的化學知識。在化學實驗教學活動中,化學教師要從以下幾個方面開展教學評價：首先,化學教師必須要關注教學評價的持續(xù)性,開展化學實驗教學的目的并不僅僅是讓學生通過實驗活動得出正確結論和實驗現(xiàn)象,而是要關注學生化學實驗過程中高階思維的應用,關注學生核心素養(yǎng)和實驗能力的發(fā)展。為此,化學教師在開展實驗教學時要注意各個環(huán)節(jié)、各個流程中學生學習的動態(tài)狀況,建立持續(xù)性評價的方式評價反饋學生的高階思維、核心素養(yǎng)等方面的發(fā)展。比如,在化學實驗的準備階段,高中化學教師要精心設計實驗內容和問題,提前制定完善的評估清單,以便于后續(xù)對學生進行診斷性評價。化學教師要對學生在化學實驗活動全過程中的知識學習情況進行客觀評價,對各個階段、環(huán)節(jié)學生的具體情況、表現(xiàn),靈活地調整實驗活動內容?；瘜W教師要善于運用口頭提問對學生進行形成性評價。在化學實驗活動完成之后,化學教師還要對學生的具體表現(xiàn)進行總結性評價,可以采用較為傳統(tǒng)的試卷測試的方式,對學生的學習效果進行定量評價,也可以結合實際情況和學生表現(xiàn),優(yōu)化設置反饋清單,對學生進行定性評價。其次,高中化學教師還要關注對學生化學實驗成果的評價,要注意靈活地選擇評價方式。當前化學實驗教學中使用的評價方式類型較多,如定性評價、定量評價,定量評價應用更為廣泛,比如期末、期中考試等。定量評價大多是讓學生進行紙筆測驗,對學生的試卷進行批閱,根據學生的測試分數評價學生對化學實驗的學習情況。這種方式適用于大規(guī)?？荚?但是也具有一定的局限性,不能實現(xiàn)對學生認知的評價。因此,在評價學生的實驗成果時,要堅持定量評價、定性評價相結合的方式,除了測試分數,還要關注學生實驗活動中的行為表現(xiàn)。除教師評價之外,還可以采用學生自評、學生互評、小組評價等多種方式。多元評價主體能夠幫助學生從各個不同的角度全面、充分地認識自己,從多個維度獲得真實的反饋,更清楚地認識到自身現(xiàn)有的不足和問題,從而幫助學生及時地調整自己的學習狀態(tài),更好地提升元認知能力,從而進一步推動學生高階思維的良好發(fā)展。

四、結論

文章對化學實驗教學對學生高階思維的要求展開分析,并深入討論了基于高階思維培養(yǎng)學生化學實驗能力的有效途徑。高中化學實驗課堂具有發(fā)展學生高階思維能力的獨特優(yōu)勢,化學教師明確高階思維能力的具體內涵、基本要求和價值作用,有利于優(yōu)化創(chuàng)新化學實驗教學課堂,推動學生化學學科核心素養(yǎng)、高階思維的良好發(fā)展。