基于科學(xué)論證開展高階認(rèn)知能力培養(yǎng)的實踐研究

【摘" 要】 隨著新課程改革的深入推進(jìn)，學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)日益受到重視。教師在實踐中不斷探索更為有效的課堂教學(xué)模式，其中，論證式教學(xué)模式在自然科學(xué)領(lǐng)域中備受矚目。文章以“海水的鹽度”教學(xué)為例，在高中地理課堂中實施了從現(xiàn)象到本質(zhì)的科學(xué)論證式教學(xué)模式。通過“問題提出—概念構(gòu)建—運用提升—人地協(xié)調(diào)”的教學(xué)流程，層層深入推理，有效培養(yǎng)了學(xué)生的高階認(rèn)知能力，顯著提升了學(xué)生的地理核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力。

【關(guān)鍵詞】 科學(xué)論證；高階認(rèn)知；高中地理；海水鹽度

一、科學(xué)論證和高階認(rèn)知能力

科學(xué)論證是自然科學(xué)研究的核心方法，它依據(jù)真實論據(jù)構(gòu)建邏輯鏈條，推導(dǎo)出科學(xué)結(jié)論。在高中地理教學(xué)中，科學(xué)論證教學(xué)法被廣泛應(yīng)用，旨在引領(lǐng)學(xué)生圍繞地理問題探尋合理依據(jù)，進(jìn)行從現(xiàn)象到本質(zhì)的推理分析。此過程不僅加深了學(xué)生對地理原理的理解，還促進(jìn)了其認(rèn)知能力的提升，與《普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中強(qiáng)調(diào)的科學(xué)論證原則及真實情境創(chuàng)設(shè)要求相契合，有力推動了學(xué)生的全面發(fā)展。認(rèn)知能力，作為智力構(gòu)成的關(guān)鍵部分，涉及對信息的處理、存儲與提取。隨著認(rèn)知理論的發(fā)展，人的認(rèn)知過程被細(xì)分為不同階段。布魯姆教育目標(biāo)分類法更是將其明確劃分為記憶、理解、運用、分析、評價和創(chuàng)造六個層次，其中后三者代表了高階認(rèn)知能力。

“海水的鹽度”作為高中地理必修課程中的關(guān)鍵知識點，屬于自然科學(xué)學(xué)習(xí)領(lǐng)域。該課程通過運用科學(xué)論證教學(xué)法，旨在幫助學(xué)生深入理解海水鹽度的影響因素、掌握世界大洋表層海水鹽度的空間分布特征，并分析其對人類活動的影響。在教學(xué)實踐中，教師通過創(chuàng)設(shè)貼近學(xué)生生活的真實情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察、實驗與討論，自主探索海水鹽度的相關(guān)知識。同時，鼓勵學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于解決實際問題，從而培養(yǎng)其分析、評價與創(chuàng)造能力，實現(xiàn)高階認(rèn)知能力的提升。因此，科學(xué)論證教學(xué)法在“海水鹽度”課程中的應(yīng)用，不僅有助于學(xué)生掌握地理知識，還促進(jìn)了其認(rèn)知能力，尤其是高階認(rèn)知能力的發(fā)展，為學(xué)生的綜合素養(yǎng)提升與全面發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

二、基于科學(xué)論證的教學(xué)實施過程

（一）問題提出

科學(xué)論證往往從問題開始，而基于現(xiàn)實生活情境提出的探究問題更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在“海水的鹽度”一課中，教師首先展示兩杯水，并提問“如何判斷哪杯是海水，哪杯是純凈水”，學(xué)生積極思考并從不同角度回答后，教師及時總結(jié)，并進(jìn)一步追問“這兩杯水最大的差別是什么”，從而引出海水鹽度的概念。

（二）概念構(gòu)建

海水鹽度，通常指的是一千克海水中所含鹽類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。在理解海水鹽度概念時，可以將海洋想象成一個大容器，其中盛滿了含有鹽類物質(zhì)的水。這些鹽類物質(zhì)主要來源于長期的內(nèi)外力作用。相對鹽類物質(zhì)而言，海洋的水量是巨大的，因此海洋中鹽類物質(zhì)的變化量相對穩(wěn)定。由此可見，影響海水鹽度的主要因素是水量的變化。若海水鹽度的主要影響因素為水量的變化，依據(jù)水量平衡原理，分析可從水量的收入與支出兩個方面展開。以下通過案例分析進(jìn)行科學(xué)論證。

【案例探究】 紅海，位于非洲東北部與阿拉伯半島之間，是全球鹽度最高的海域，鹽度超過40‰；波羅的海則位于北歐，其鹽度極低，平均僅為7‰～8‰。結(jié)合兩地的地理特征，探究紅海鹽度高與波羅的海鹽度低的原因。

鑒于海水鹽度與水量直接相關(guān)，且現(xiàn)有資料未顯示兩地鹽類物質(zhì)總量的顯著差異，因此從水量變化的角度進(jìn)行分析。學(xué)生首先根據(jù)圖示信息和所學(xué)知識進(jìn)行小組討論，隨后兩組分別進(jìn)行匯報，其他組進(jìn)行補(bǔ)充。最終得出結(jié)論，紅海和波羅的海的鹽度主要受陸地徑流、降水、蒸發(fā)以及海域間水體交換程度等因素的影響。在此過程中，引導(dǎo)學(xué)生繪制思維導(dǎo)圖，以清晰展現(xiàn)各因素間的關(guān)系，并對海水鹽度的概念進(jìn)行了構(gòu)建（見圖1）。

【實踐探究】基于紅海與波羅的海海鹽度的差異分析，科學(xué)論證了海水鹽度的主要影響因素是淡水量的變化。在此基礎(chǔ)上，提供了世界大洋8月表層海水鹽度分布圖，并要求學(xué)生繪制太平洋150°W經(jīng)線上的鹽度變化曲線。

首先，給學(xué)生提供一個沒有刻度的坐標(biāo)圖（圖2），引導(dǎo)他們自主標(biāo)注坐標(biāo)刻度。隨后，按照“取點—取值—連線”的步驟（圖3），指導(dǎo)學(xué)生完成鹽度變化曲線的繪制。在整個過程中，根據(jù)學(xué)生實際情況，適時滲透作圖方法指導(dǎo)。通過這一實踐活動，學(xué)生不僅深入了解了太平洋不同緯度的鹽度分布情況，而且有效提升了動手能力。

在此基礎(chǔ)上，總結(jié)得出世界大洋表層海水鹽度的分布規(guī)律：副熱帶海域鹽度達(dá)最高值，且自副熱帶向赤道及兩極方向，鹽度逐漸遞減。依據(jù)先前的概念框架，對副熱帶海區(qū)高鹽度、熱帶海域低鹽度以及太平洋同緯度東西岸鹽度差異等現(xiàn)象進(jìn)行了原因剖析，進(jìn)一步印證了影響海水鹽度的諸因素。同時，考慮到最初展示的兩杯水處于液態(tài)形態(tài)，探討海水鹽度是否會隨其物理狀態(tài)改變而發(fā)生變化。在學(xué)生認(rèn)識到鹽度會受形態(tài)影響后，深入分析結(jié)冰與融冰過程對海水鹽度的具體影響，這一分析不僅再次驗證了海水鹽度的相關(guān)影響因素，也促進(jìn)了對海水鹽度影響因素概念構(gòu)建的完善（如圖4）。

（三）運用提升

在對海水鹽度的影響因素進(jìn)行概念構(gòu)建，并學(xué)習(xí)了世界大洋表層海水鹽度的分布規(guī)律后，為了使學(xué)生能夠更好地將海水鹽度的概念與時空因素相結(jié)合，提升學(xué)生的高級認(rèn)知能力，教師可以提出以下問題“請根據(jù)長江口7月份表層平均鹽度分布圖，在圖中繪制出1月份表層平均鹽度為5‰的等鹽度線，并闡述繪制理由”。

相較于之前在實踐探究中難度較小的作圖題，此題難度有了顯著提升。關(guān)于作圖，首先要明確圖示類型。之前的作圖題是坐標(biāo)圖，而本題則是等值線圖。不同類型的作圖題有不同的作圖方法：坐標(biāo)圖需要明確坐標(biāo)、描點、連線等步驟；而等值線圖的作圖，則需關(guān)注數(shù)值變化、延伸與彎曲方向、疏密程度以及閉合情況五個方面。

結(jié)合圖示中長江入?？诘牡乩砦恢?，并考慮季節(jié)差異及海水鹽度的影響因素，7月份長江口表層平均鹽度的等值線分布圖呈現(xiàn)出由入?？谙蛲夂７较蛲钩龅奶攸c，且數(shù)值由入海口向外海逐漸增加。這表明，影響長江入海口表層平均鹽度分布的主要因素是入海徑流。長江入?？谔幍娜牒搅鲗Ｋ韺欲}度的影響由入海口向外海逐漸減弱，因此表層平均鹽度等值線圖呈現(xiàn)出這樣的分布特征。

在繪制1月份表層平均鹽度為5‰的等鹽度線時，同樣需要明確其主要影響因素。結(jié)合長江口的地理位置及7月份表層平均鹽度分布，可以推斷出1月與7月表層鹽度的差異主要在于入海徑流的不同。同樣受入海徑流差異的影響，1月份表層平均鹽度為5‰的等鹽度線也應(yīng)呈現(xiàn)出由入?？谙蛲夂７较蛲钩龅奶攸c。

此外，一個容易被忽視的關(guān)鍵點是長江入海口有南北兩條河道，它們在入海徑流上存在差異。因此，教師在闡述繪制理由時，應(yīng)強(qiáng)調(diào)以下幾點：一是長江口鹽度等值線的彎曲主要受入海徑流影響，向海洋方向凸出；二是由于1月和7月入海徑流的差異，1月份入海徑流較少，等鹽度線應(yīng)更靠近陸地；三是考慮入?？谀媳焙拥赖牟町?，根據(jù)地轉(zhuǎn)偏向力原理，南河道水量較多，北河道水量較少，因此北河道的等鹽度線向陸地方向的移動幅度應(yīng)更大。在作圖時，還需注意補(bǔ)充圖例以完善圖表信息。推理思維過程可參考圖5。

（四）人地協(xié)調(diào)

本節(jié)課的重點在于深入探討海水鹽度與人類活動的緊密聯(lián)系。海水鹽度不僅影響著曬鹽、海水養(yǎng)殖、海水淡化、制堿、提鎂等多個方面，還是培養(yǎng)學(xué)生辯證思維和正確人地協(xié)調(diào)觀的重要途徑。

盡管這部分內(nèi)容難度適中，但其重要性不容忽視。因此在教學(xué)過程中，教師首先引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生活實際及所學(xué)知識，自主思考海水鹽度與人類活動的關(guān)系。隨后，通過詳細(xì)解析我國主要鹽場的曬鹽實踐、海水養(yǎng)殖的實際情況以及海水淡化的技術(shù)應(yīng)用等案例，幫助學(xué)生樹立正確的人地協(xié)調(diào)觀，并進(jìn)一步提升其高階思維能力。

以渤海海冰為例，其作為潛在淡水資源的價值日益受到關(guān)注。渤海的海水鹽度在四大海域中相對較低，為28‰～31‰。受氣溫和鹽度等多重因素的影響，每年11月末至次年3月初，渤海近岸區(qū)域都會出現(xiàn)不同程度的結(jié)冰現(xiàn)象，海冰資源儲量豐富。據(jù)估算，當(dāng)氣溫低于或等于零下4℃時，渤海每天可形成1.86厘米厚的海冰。值得注意的是，海水在結(jié)冰過程中會析出鹽分，使得海冰融水的鹽度顯著降低，平均在4‰～13‰之間，這為將其轉(zhuǎn)化為淡水資源提供了可能。通過淡化技術(shù)的處理，海冰融水中的高濃度鹽分可以被有效分離，從而得到接近淡水的融水，實現(xiàn)直接利用。

針對渤海海冰能否緩解環(huán)渤海地區(qū)水資源短缺的問題，教師可組織學(xué)生進(jìn)行小組討論。討論中，學(xué)生觀點紛呈，贊成者認(rèn)為海冰資源豐富且技術(shù)可行，有望成為新的淡水源；反對者則擔(dān)憂技術(shù)成本、環(huán)境影響及資源的穩(wěn)定性。學(xué)生代表在發(fā)言時，充分展示了基于事實依據(jù)的深入思考和辯證分析，體現(xiàn)了較高的思維水平。

在總結(jié)環(huán)節(jié)，教師強(qiáng)調(diào)，針對這類行為決策類問題，應(yīng)從可行性和必要性兩個維度進(jìn)行綜合考慮?？尚行苑矫妫攸c關(guān)注海冰資源的豐富程度、淡化技術(shù)的成熟度以及實施的經(jīng)濟(jì)性；必要性方面，則須審視環(huán)渤海地區(qū)淡水資源的緊迫需求以及現(xiàn)有水資源的可持續(xù)利用狀況。同時，無論持何種觀點，都應(yīng)全面認(rèn)識海冰淡化技術(shù)的利弊，既要看到其帶來的潛在利益，也要警惕可能帶來的風(fēng)險和挑戰(zhàn)。

三、結(jié)語

本節(jié)課利用沿海優(yōu)勢，以海水與淡水對比為起點，逐步構(gòu)建海水鹽度概念。通過由簡入繁的問題設(shè)計，形成了“提問—構(gòu)建—應(yīng)用—協(xié)調(diào)”的教學(xué)范式，有效培養(yǎng)學(xué)生地理核心素養(yǎng)。教學(xué)過程中教師須注重兩點：一是提供充分條件，引導(dǎo)學(xué)生有序思考；二是在作圖指導(dǎo)中保持耐心，重視過程引導(dǎo)，避免僅關(guān)注結(jié)果，確保學(xué)生真正掌握作圖技能。通過這樣的教學(xué)設(shè)計，學(xué)生實現(xiàn)了認(rèn)知水平的跨越，從低階邁向高階，為后續(xù)的地理學(xué)習(xí)奠定了堅實基礎(chǔ)。

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