基于“問-想-做-評(píng)”模式下的高中生化學(xué)高階思維的實(shí)踐研究

張婉芳 孔祥斌

【摘要】文章主要結(jié)合“問-想-做-評(píng)”模式的概述，通過分析化學(xué)高階思維，提出基于“問-想-做-評(píng)”模式并聯(lián)合運(yùn)用矩道虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐的策略，以有效培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，旨在為相關(guān)教育者提供一定參考。

【關(guān)鍵詞】“問-想-做-評(píng)”模式；高中生；化學(xué)高階思維

高中生化學(xué)高階思維要求學(xué)生在解決復(fù)雜化學(xué)問題過程中要能夠立足能量守恒、化學(xué)平衡、宏微結(jié)合等視角，通過化學(xué)模型、語言及實(shí)驗(yàn)等手段，以評(píng)價(jià)、推理、抽象、歸納以及分析等方法，深化理解化學(xué)知識(shí)原理，逐漸發(fā)展創(chuàng)造性思維、批判性思維等高階思維能力。在高中生化學(xué)高階思維培養(yǎng)過程中，可積極應(yīng)用“問-想-做-評(píng)”這一有效的教學(xué)模式，并結(jié)合矩道軟件建立VR/3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，和課堂相融合促進(jìn)虛實(shí)相補(bǔ)，引導(dǎo)并鼓勵(lì)學(xué)生推陳出新，勇于打破常規(guī)，提出不同的意見及想法，有效培養(yǎng)其創(chuàng)新精神及發(fā)散性思維。

一、“問-想-做-評(píng)”模式概述

“問-想-做-評(píng)”教學(xué)模式當(dāng)中的“問”主要是設(shè)問以及提問，在問題設(shè)置過程中，需要教師充分研究教學(xué)內(nèi)容，基于教材知識(shí)以及學(xué)生學(xué)情優(yōu)化設(shè)置問題，并要在教學(xué)期間合理選擇提問時(shí)機(jī)，所提問題要促進(jìn)學(xué)生深入思考，避免提問過于簡(jiǎn)單的記憶類問題，相關(guān)問題要具有一定開放性、啟迪性以及發(fā)散性，可讓學(xué)生在思考過程中發(fā)展高階思維；“想”主要是猜想、聯(lián)想以及思考，此部分要著重凸顯學(xué)生的主體地位，實(shí)際教學(xué)中要關(guān)注為學(xué)生提供充足的思考及想象空間與時(shí)間，并要在學(xué)生思考期間提供有效指導(dǎo)，幫助學(xué)生把握正確方向，還要鼓勵(lì)其突破固化思維，勇于質(zhì)疑與創(chuàng)新，以有效培養(yǎng)其批判性以及創(chuàng)造性思維；“做”主要是讓學(xué)生在各種教學(xué)活動(dòng)當(dāng)中進(jìn)行實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)做中學(xué)，并體現(xiàn)邊想邊做，通過實(shí)踐操作找到解決問題的方法[1]。在“做”過程中，可組織學(xué)生進(jìn)行多樣化的探究活動(dòng)，像競(jìng)答以及辯論等，或者進(jìn)行演講、實(shí)驗(yàn)操作、表演以及書寫等，重點(diǎn)是通過各類可用資源找出問題解決路徑，培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力。“評(píng)”即為評(píng)價(jià)，主要是師生協(xié)同制定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并由師生共同參與評(píng)價(jià)，經(jīng)過多方交流和討論得出更客觀、全面的評(píng)價(jià)結(jié)果。在“評(píng)”的過程中，學(xué)生間可發(fā)生思維碰撞，促進(jìn)學(xué)生思維不斷成長(zhǎng)與完善。

二、化學(xué)高階思維分析

對(duì)于高中生來說，其化學(xué)高階思維包括多個(gè)組成部分和維度，不同結(jié)構(gòu)之間存在密切關(guān)聯(lián)，并相互發(fā)揮作用，而且不同思維要素有著不同的能力要求，主要包括以下幾種。

1.化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維

要求學(xué)生在解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)問題過程中要能立足整體層面整理相關(guān)信息，并進(jìn)行信息整合與分析，作出抽象概括，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)問題有深刻理解。還要在化學(xué)實(shí)驗(yàn)開展過程中，根據(jù)所學(xué)知識(shí)以及既有經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化選定試劑、裝置，合理選擇實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)中的變量予以控制，逐漸建立科學(xué)、全面的實(shí)驗(yàn)方案，而且要考慮實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的意外情況，預(yù)先做好準(zhǔn)備工作，保證實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌野踩瓿伞?/p>

2.化學(xué)模型思維

主要要求學(xué)生在面對(duì)具有較高復(fù)雜度的化學(xué)問題過程中，要合理選定模型予以解決或作出解釋，同時(shí)要能夠?qū)栴}情境當(dāng)中所涉及的重點(diǎn)因素展開深入分析，合理建立問題分析模型，明確模型表現(xiàn)出的局限性，結(jié)合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)持續(xù)優(yōu)化模型。

3.化學(xué)微觀思維

要求學(xué)生在解決復(fù)雜化學(xué)問題過程中要能對(duì)其中所涉及的物質(zhì)化學(xué)變化以及能量轉(zhuǎn)化進(jìn)行深入分析，并把握微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)相互之間存在的關(guān)聯(lián)，以物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)對(duì)物質(zhì)所表現(xiàn)出的性質(zhì)做出合理預(yù)測(cè)，分析特定條件之下可能出現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)及變化，還要結(jié)合微觀以及宏觀視角闡釋物質(zhì)和所發(fā)生的變化，適當(dāng)予以分類。

4.化學(xué)創(chuàng)新思維

具體要求學(xué)生可結(jié)合實(shí)際情況以及相關(guān)知識(shí)、資料提出探究性問題，做出合理假設(shè)，并圍繞假設(shè)制定多元化、合理化的探究方案，通過方案評(píng)估以及優(yōu)化有效處理實(shí)驗(yàn)信息，并要通過圖表、數(shù)據(jù)以及符號(hào)等方式呈現(xiàn)出來，而且要在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中根據(jù)既有結(jié)論以及所出現(xiàn)的異常情況作出反思，結(jié)合所學(xué)知識(shí)提出自己的疑問，并做出新的設(shè)想，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究奠定基礎(chǔ)[2]。

三、基于“問-想-做-評(píng)”模式的高中生化學(xué)高階思維培養(yǎng)實(shí)踐策略

1.巧妙設(shè)置情境與問題，激發(fā)學(xué)生探究意識(shí)

在高中化學(xué)教學(xué)過程中，為通過建立“問-想-做-評(píng)”模式培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)高階思維，首先要精心設(shè)問，通過創(chuàng)設(shè)合理、生動(dòng)、多元化的問題情境，為學(xué)生營(yíng)造濃郁的思考氛圍，使其基于既有經(jīng)驗(yàn)以及所學(xué)知識(shí)進(jìn)行問題探究與解決。教師在創(chuàng)設(shè)問題情境過程中，要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深入分析和梳理，注重創(chuàng)設(shè)蘊(yùn)含多樣化元素的問題情境，相關(guān)問題要具有一定啟發(fā)性以及開放性，而且在問題情境創(chuàng)設(shè)過程中可靈活應(yīng)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)史以及化學(xué)相關(guān)故事等，有效培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維。

比如在化學(xué)教學(xué)期間進(jìn)行滴水生火實(shí)驗(yàn)，教師可先利用矩道軟件創(chuàng)設(shè)VR/3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)當(dāng)中融合大量教學(xué)資源，促進(jìn)學(xué)生沉浸在虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景當(dāng)中，基于此展開互動(dòng)化、探究式以及體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展高階思維。如通過軟件為學(xué)生營(yíng)造VR/3D滴水生火實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景后，引導(dǎo)學(xué)生在逼真的虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并在觀察結(jié)束后適時(shí)拋出問題：怎么會(huì)著火？是什么原因?qū)е轮穑窟M(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及所學(xué)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)方案，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自身猜想。矩道軟件集成了VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及多媒體處理技術(shù)，在教學(xué)中可有效創(chuàng)新與優(yōu)化知識(shí)呈現(xiàn)方式，學(xué)生在戴上VR裝置之后，將脫離宏觀世界走進(jìn)微觀粒子世界，更細(xì)致、直觀地觀察化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)學(xué)生摘下裝置，可再次回到真實(shí)世界，因?yàn)閂R具有交互性以及沉浸式等特征，可使課堂從二維變?yōu)槿S，使學(xué)生在虛實(shí)結(jié)合之間深化理解化學(xué)知識(shí)原理，在身臨其境中可視化地感受抽象知識(shí)概念，促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成高階化學(xué)思維。

又比如在“氯氣的性質(zhì)”教學(xué)期間，教師可先進(jìn)行情境創(chuàng)設(shè)，如：在新冠疫情暴發(fā)期間，人們常用消毒劑進(jìn)行消毒，而且在相關(guān)通知和文件當(dāng)中都提出人們可用含氯消毒劑進(jìn)行日常消毒，那么為何氯可作為消毒劑呢？人們是怎么發(fā)現(xiàn)氯元素的？通過創(chuàng)設(shè)和學(xué)生親身經(jīng)歷及日常生活息息相關(guān)的教學(xué)情境，可有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并在相關(guān)問題的引導(dǎo)下深入探索知識(shí)原理。在相關(guān)問題解決中，教師可適時(shí)為學(xué)生介紹氯氣被發(fā)現(xiàn)的化學(xué)史，相關(guān)化學(xué)史中不止包含一位科學(xué)家，而是在多位科學(xué)家協(xié)同努力之下經(jīng)過多年驗(yàn)證才確認(rèn)氯屬于一種新型化學(xué)元素。通過引入科學(xué)家如何發(fā)現(xiàn)氯氣的化學(xué)史，可啟迪學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)家們堅(jiān)持不懈、勇于探究的精神。

2.鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新與質(zhì)疑，促進(jìn)學(xué)生類比想象

“問-想-做-評(píng)”教學(xué)模式建立過程中的“想”，主要是讓學(xué)生進(jìn)行聯(lián)想以及思考，此環(huán)節(jié)教學(xué)期間，教師要圍繞教學(xué)目標(biāo)指導(dǎo)學(xué)生堅(jiān)持一定方向展開創(chuàng)新性思考，既要為學(xué)生保留充足的思考空間與時(shí)間，以發(fā)展其發(fā)散性思維，還要合理控制教學(xué)節(jié)奏，在學(xué)生想的過程中適時(shí)予以點(diǎn)撥，具體是在教學(xué)期間要鼓勵(lì)學(xué)生勇于質(zhì)疑、不斷創(chuàng)新，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行類比想象。其一，教師可通過頭腦風(fēng)暴法讓學(xué)生在合作討論過程中積極提出個(gè)人觀點(diǎn)，通過思維碰撞，促進(jìn)思維升華。在學(xué)生討論期間要引導(dǎo)其暢所欲言，可以異想天開，逐步優(yōu)化及改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過思考和討論促進(jìn)學(xué)生之間思維碰撞，發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新性思維。而且在學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案之后，可利用矩道化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)室實(shí)施相關(guān)實(shí)驗(yàn)，既可滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，也能解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作的缺陷，實(shí)現(xiàn)以虛補(bǔ)實(shí)。其二，可通過聯(lián)想類比法引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和想象，具體可在學(xué)習(xí)事實(shí)性知識(shí)過程中，著重引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合遞變規(guī)律或者是相似的物質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理性推理，并在此過程中發(fā)展學(xué)生的知識(shí)遷移應(yīng)用能力[3]。此方法應(yīng)用中，可讓學(xué)生通過一個(gè)事物逐漸聯(lián)想到另外一個(gè)同性質(zhì)的事物，以活躍其思維，并通過合理聯(lián)想以及對(duì)比，對(duì)物質(zhì)發(fā)展規(guī)律以及可能出現(xiàn)的結(jié)果作出推測(cè)。通過應(yīng)用此方法，有助于拓展學(xué)生思路，使其展開多維度思考。而在學(xué)生聯(lián)想以及對(duì)比過程中，教師要適時(shí)作出指導(dǎo)，使學(xué)生通過因果聯(lián)想、自由聯(lián)想、接近聯(lián)想以及對(duì)比聯(lián)想等方法掌握物質(zhì)發(fā)展規(guī)律。如在化學(xué)元素學(xué)習(xí)過程中，要引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想到動(dòng)植物、山川以及海洋等相關(guān)組成元素不同性質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程等，或者在學(xué)習(xí)同類結(jié)構(gòu)物質(zhì)相關(guān)知識(shí)時(shí)，可根據(jù)相關(guān)物質(zhì)間存在類似的化學(xué)特性引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行聯(lián)想思考，如可讓學(xué)生類比討論和思考濁液、膠體以及溶液相互之間的區(qū)別，并可想象和預(yù)測(cè)鹵族元素所表現(xiàn)出的遞變規(guī)律或者對(duì)比分析醇酚性質(zhì)等。教師可通過矩道軟件，利用軟件中的3D引擎，在虛擬場(chǎng)景中還原鹵族元素遞變過程，通過鼠標(biāo)、鍵盤及觸屏同步操作試驗(yàn)過程，適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)接下來的發(fā)展規(guī)律作出判斷和預(yù)測(cè)，使其通過類比想象培養(yǎng)發(fā)散性思維，并結(jié)合沉浸式場(chǎng)景更直觀、深化地理解知識(shí)點(diǎn)。

3.合作探究與實(shí)踐操作，幫助學(xué)生積累經(jīng)驗(yàn)

在高中化學(xué)教學(xué)中，以培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)高階思維為目標(biāo)建立“問-想-做-評(píng)”教學(xué)模式，要在“做”環(huán)節(jié)強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生進(jìn)行合作探究，通過交流和討論激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)及技能解決現(xiàn)實(shí)問題，并培養(yǎng)其合作探究能力。如在有機(jī)物教學(xué)過程中，就可為學(xué)生準(zhǔn)備球棍模型，使其更直觀、立體地理解與掌握有機(jī)物結(jié)構(gòu)。在學(xué)生語言表達(dá)過程中，教師要做好指導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生通過相互交流及語言表達(dá)實(shí)現(xiàn)思維碰撞，培養(yǎng)其創(chuàng)新性思維。在學(xué)生寫的過程中，主要引導(dǎo)學(xué)生圍繞實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程，并通過對(duì)比不同的實(shí)驗(yàn)方法推進(jìn)學(xué)生深度思考。

比如在氯氣的性質(zhì)教學(xué)期間，可使“想”“做”兩個(gè)環(huán)節(jié)交叉進(jìn)行，具體是讓學(xué)生根據(jù)教師所提出的問題進(jìn)行思考以及討論，經(jīng)過小組總結(jié)，由小組代表發(fā)言回答，在學(xué)生回答之后由教師進(jìn)行總結(jié)和歸納，同步作出點(diǎn)評(píng)。另外，可通過矩道軟件還原鈉在氯氣當(dāng)中燃燒的真實(shí)實(shí)驗(yàn)過程，讓學(xué)生進(jìn)行沉浸式觀察，隨后讓其結(jié)合觀察討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并思考實(shí)驗(yàn)反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生什么產(chǎn)物？同時(shí)讓學(xué)生利用氧化還原反應(yīng)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫。矩道化學(xué)探究平臺(tái)可為學(xué)生提供更豐富的實(shí)驗(yàn)所需藥品與器材，并可通過科學(xué)化的算法引擎精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)地計(jì)算實(shí)驗(yàn)操作，既能還原真實(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也能精準(zhǔn)呈現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，還可以圖像或者表格等可視化地呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，方便學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)并更細(xì)致地展開實(shí)驗(yàn)觀察，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行探究式、啟發(fā)式以及互動(dòng)式學(xué)習(xí)[4]。在教師發(fā)布探究性任務(wù)之后，學(xué)生通過矩道軟件建立實(shí)驗(yàn)并觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同步從平臺(tái)中獲取實(shí)驗(yàn)反饋信息和數(shù)據(jù)，后續(xù)可通過小組討論總結(jié)歸納實(shí)驗(yàn)中為什么會(huì)出現(xiàn)黃光。并運(yùn)用所學(xué)知識(shí)講述白煙具體組成成分，根據(jù)小組合作討論最終寫出化學(xué)方程式。此教學(xué)設(shè)計(jì)使“想”“做”結(jié)合起來，既可培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能鞏固所學(xué)知識(shí)，有效培養(yǎng)其分析思維以及求解思維等。

4.歸納總結(jié)與評(píng)價(jià)反思，發(fā)展學(xué)生批判性思維

在“問-想-做-評(píng)”教學(xué)模式建立中，“評(píng)”主要是對(duì)教學(xué)期間存在的問題以及表現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行總結(jié)和評(píng)價(jià)。在總結(jié)歸納以及評(píng)價(jià)反思期間，教師要關(guān)注為學(xué)生營(yíng)造包容性的教學(xué)氛圍，當(dāng)學(xué)生提出不同意見時(shí)，不能直接予以反駁和否認(rèn)，鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑，即便學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作失敗也要用善意的眼光看待學(xué)生的問題，讓學(xué)生明白失敗是正常的，著重引導(dǎo)其總結(jié)錯(cuò)誤的原因，生成經(jīng)典案例，使學(xué)生能夠不斷成長(zhǎng)與進(jìn)步。比如在實(shí)驗(yàn)類知識(shí)教學(xué)過程中，不能單一以實(shí)驗(yàn)成功與否進(jìn)行評(píng)價(jià)，還要關(guān)注學(xué)生是否能夠就實(shí)驗(yàn)成敗進(jìn)行原因分析，關(guān)注自我反思，總結(jié)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，通過綜合性、多元化評(píng)價(jià)有效激發(fā)與培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維以及創(chuàng)造性思維。

又比如在“氯氣的性質(zhì)”教學(xué)中，學(xué)生在“想”和“做”環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過藍(lán)色石蕊試紙對(duì)溶液H+進(jìn)行檢驗(yàn)，并通過硝酸酸化的硝酸銀溶液對(duì)Cl-進(jìn)行檢驗(yàn)。在相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作結(jié)束后，教師要對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案作出客觀、合理的點(diǎn)評(píng)，指出相關(guān)方案是否具備可行性以及有無不合理之處等，或者教師可通過矩道軟件演示錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)方案，使學(xué)生直觀地看到實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)錯(cuò)誤可帶來怎樣的后果和影響等，充分認(rèn)可教師的點(diǎn)評(píng)，正視自身不足，明確未來改進(jìn)方向[5]?；蛘呖稍诟餍〗M實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)之后，讓學(xué)生進(jìn)行自我評(píng)價(jià)或者進(jìn)行小組互評(píng)。

高中化學(xué)教學(xué)期間建立“問-想-做-評(píng)”教學(xué)模式，可通過靈活應(yīng)用以及優(yōu)化組合各個(gè)環(huán)節(jié)，有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性、發(fā)散性等思維，促進(jìn)學(xué)生高級(jí)思維發(fā)展。結(jié)合學(xué)情，在課前、課中、課后運(yùn)用矩道虛擬實(shí)驗(yàn)室，能將“問-想-做-評(píng)”這一教學(xué)模式落實(shí)到化學(xué)教學(xué)活動(dòng)中，有效促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展。

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【課題項(xiàng)目】本文系2023年度福建省電化教育館教育信息技術(shù)研究課題“基于矩道虛擬實(shí)驗(yàn)室助力區(qū)域化學(xué)課堂教學(xué)的應(yīng)用研究”（課題編號(hào)：KT23048）；2023年泉州市教育信息技術(shù)研究課題“基于矩道虛擬實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)教與學(xué)應(yīng)用研究”（課題編號(hào)：QZDJKT2341）。