科學(xué)課教學(xué)對學(xué)生高階思維能力的培養(yǎng)

蔣建綱

隨著科技的發(fā)展，智能化時代的到來，高階思維能力已成為未來人才必備的核心能力。如今，科學(xué)思維能力已被列入《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）六大能力培養(yǎng)之一。無論從理論視角還是從實踐視角，對人類思維進(jìn)行解釋，其內(nèi)涵都離不開“認(rèn)知”。而高階思維，一般是指發(fā)生在較高認(rèn)知層次上的心智活動或認(rèn)知能力。小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)中的“高階思維”，是指學(xué)生對新知識的構(gòu)建、遷移，新項目的設(shè)計、優(yōu)化，新問題的實踐和解決等認(rèn)知過程及能力。當(dāng)然，思維的發(fā)展需要一個從低階向高階的飛躍過程。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，如何有效引導(dǎo)學(xué)生的思維發(fā)生“飛躍”呢？

一、任務(wù)挑戰(zhàn)，讓思維飛“躍”

高階思維，只有當(dāng)學(xué)生積極主動深入學(xué)習(xí)活動中才有可能發(fā)生。創(chuàng)設(shè)學(xué)生喜愛的學(xué)習(xí)方式，是把學(xué)生思維引向高階的前提?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》指出：探究式學(xué)習(xí)是指在教師的指導(dǎo)、組織和支持下，讓學(xué)生主動參與、動手動腦、積極體驗，經(jīng)歷科學(xué)探究的過程。所以，教師創(chuàng)設(shè)有意義的、開放的、充滿挑戰(zhàn)性的項目式學(xué)習(xí)，學(xué)生通過不斷實踐、質(zhì)疑、反思，運用已有的知識與經(jīng)驗，進(jìn)行分析、推理、歸納、闡述、創(chuàng)造，讓思維在探究式學(xué)習(xí)過程中飛躍。

執(zhí)教教科版六年級上冊《抵抗彎曲》一課，教師通常按照既定的流程有序地組織教學(xué)?！敖處熖岢鰡栴}：抵抗彎曲與什么因素有關(guān)？學(xué)生做出假設(shè)：在跨度相同時，提出橫梁的寬度、厚度等因素會影響抗彎曲能力。然后，根據(jù)提出的假設(shè)設(shè)計實驗，實驗操作、收集分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)果。”這樣的學(xué)習(xí)方式，只包含單一的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)，學(xué)習(xí)的內(nèi)容只有知識，學(xué)習(xí)的目標(biāo)只為了驗證。顯然，學(xué)生的思維是被“牽”著行走在看似熱鬧的探究過程中，缺少“比較、概括、求解”的高階思維活動過程。如果，創(chuàng)設(shè)一個項目式的挑戰(zhàn)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生在挑戰(zhàn)任務(wù)的過程中學(xué)習(xí)，思維的參與度會更具高階性。

科學(xué)知識構(gòu)建是一個復(fù)雜的過程，特別是在科學(xué)探究過程中，學(xué)生要解決教師提出的一系列有層次的任務(wù)時，就要不斷啟動思維從環(huán)境收集信息、從大腦中抽取元認(rèn)知，在探究過程中不停地進(jìn)行“分析、假設(shè)、解釋”等高階思維活動，由此不斷激發(fā)高層次思維，更好地實現(xiàn)思維的躍遷，從而促進(jìn)深入探究和有效構(gòu)建概念。

二、高階情境，讓思維愉“躍”

高階的學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)，是將教學(xué)中抽象、間接的科學(xué)概念及科學(xué)原理，還原到真實的情境中，呈現(xiàn)知識的真實面目，給學(xué)生提供認(rèn)知的起始點，同時能讓學(xué)生發(fā)揮信息處理能力、問題解決能力、創(chuàng)新能力，而這些就是高階思維能力的體現(xiàn)和展示。如果說，在挑戰(zhàn)任務(wù)過程中，教師只是學(xué)習(xí)過程的旁觀者、促進(jìn)者，學(xué)生自主經(jīng)歷一個開放的、真實的挑戰(zhàn)任務(wù)的學(xué)習(xí)過程，那么挑戰(zhàn)過程中真實有趣的情境，則是學(xué)生思維愉“躍”的催化劑。

學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)是實現(xiàn)有效教學(xué)的重要部分，只有在有價值的學(xué)習(xí)情境中，學(xué)生才會啟用“分析、評論、判斷、創(chuàng)造”等高階思維，在環(huán)境中將收集到的信息，在認(rèn)知活動中實現(xiàn)“假設(shè)、規(guī)劃、設(shè)計、創(chuàng)作”的目標(biāo)，進(jìn)行科學(xué)概念和科學(xué)規(guī)律的個性化生成與建構(gòu)。高階的學(xué)習(xí)情境要遵循緊扣學(xué)習(xí)內(nèi)容、具有真實性、能有效引發(fā)思考的特點，讓學(xué)生引發(fā)共鳴、激活思維，在高階的學(xué)習(xí)情境中使思維愉“躍”縱深。例如，教科版五年級下冊《空氣的熱脹冷縮》一課，教材中設(shè)計的問題情境，直接以圖和文字提示的方式，引導(dǎo)學(xué)生下一步該怎么做。如果把問題情境換成這樣：

教師：出示三個圓底燒瓶，一個裝滿紅水，一個裝半瓶紅水，一個裝四分之一瓶紅水，將帶橡膠塞的玻璃管分別插到燒瓶底部。請學(xué)生猜測：把三個燒瓶同時放入一個盛滿熱水的大水槽中，可能會看到什么現(xiàn)象？

猜測結(jié)果：一部分學(xué)生認(rèn)為，三個燒瓶連接的玻璃管內(nèi)紅色液面不一樣高，紅色水越多的燒瓶連接的玻璃管內(nèi)紅色液面更高，紅色水越少的燒瓶連接的玻璃管內(nèi)紅色液面越低;一部分學(xué)生認(rèn)為，三個燒瓶連接的玻璃管內(nèi)紅色液面一樣高;少數(shù)幾個學(xué)生認(rèn)為，紅色水越少的燒瓶連接的玻璃管內(nèi)的紅色液面越高。

面對這樣的問題情境，學(xué)生出現(xiàn)不同的猜測，是基于他們前面學(xué)習(xí)水的熱脹冷縮的經(jīng)驗刺激，引發(fā)猜測：水越多膨脹得越多。瓶內(nèi)空氣的存在根本沒有進(jìn)入學(xué)生的思考范圍。只有一小部分思維比較活躍、開放的同學(xué)，才把空氣納入猜測思考范圍。所以，他們猜測的實驗現(xiàn)象是：與裝滿紅水燒瓶連接的玻璃管內(nèi)紅色液面最低，裝少量紅水燒瓶連接的玻璃管紅色液面迅速上升，噴出玻璃管。這與其他大多數(shù)同學(xué)猜測的結(jié)果形成了鮮明的對比，認(rèn)知思維產(chǎn)生強烈的沖突，為后續(xù)進(jìn)一步探究實驗的設(shè)計埋下伏筆，使學(xué)生的思維異常愉“躍”起來。學(xué)生在頻繁啟用“分析、創(chuàng)造、評價”等認(rèn)知方式，深度完成自主、合作、探究、展示的學(xué)習(xí)過程中，分析性思維、邏輯性思維、創(chuàng)造性思維、綜合性思維等高階思維積極地運行，同時實現(xiàn)自主建構(gòu)科學(xué)概念和科學(xué)規(guī)律的教學(xué)目標(biāo)。

三、高階問題，讓思維跨“躍”

教育學(xué)家杜威認(rèn)為，思維一定是由“難題和疑問”或“一些困惑混淆或懷疑”引發(fā)的。簡單的問題，更多關(guān)注的是科學(xué)知識的學(xué)習(xí)，而輕視思維動態(tài)的提升，學(xué)生只需要通過觀察、簡單猜想就能得到答案，達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力的目的。在探究過程中，“問題”的思維含量，很大程度上決定了學(xué)生認(rèn)知思維跨“躍”的程度。

例如，教科版五年級下冊《熱是怎樣傳遞的》一課中，教材中設(shè)計的問題：“用酒精燈給金屬條一端加熱，金屬條一會兒就變得很熱，熱是怎樣傳遞的呢？”實驗裝置是：一根直鐵絲上用凡士林隔一定距離粘上一根火柴，在鐵絲的一端用酒精燈加熱，觀察火柴掉落的順序。很明顯，這個問題設(shè)計是簡單的、孤立的、封閉的、結(jié)構(gòu)良好的，不能引發(fā)學(xué)生分析、判斷、創(chuàng)新等高階思維活動。學(xué)生僅憑生活中的經(jīng)驗就能正確回答，不利于思維的進(jìn)一步發(fā)散。如果材料形式更多元一點，問題更開放一點，就可以引發(fā)不同的思維效果。把一根直鐵絲改成更具發(fā)散性的形狀，提問：“熱在這些金屬物體上會怎樣傳遞呢？”這多元材料形式引導(dǎo)下的問題，無疑讓學(xué)生的思維聚焦后續(xù)實驗現(xiàn)象的多元化，聚焦核心概念：熱從物體溫度低的部分向溫度高的部分傳遞，而且可以多個方向同時傳遞，避免了“熱只能朝一個方向傳遞”的窄化認(rèn)識，讓思維更具開放性和跳躍性。

“開放性、挑戰(zhàn)性、層次性”是高階思維能力培養(yǎng)的著力點。高階的問題，決定了學(xué)生思維技能的選擇和運用。因此，為促進(jìn)學(xué)生高級思維能力的提升，研究的問題不能簡單設(shè)計成針對知識點的問題，而要設(shè)計成指向?qū)W科核心的基本概念、能揭示科學(xué)規(guī)律和科學(xué)原理的高階問題，通過推論、分析、歸納等思維活動，讓學(xué)生進(jìn)入信息接收、判斷、鑒別的過程，實現(xiàn)科學(xué)概念、科學(xué)規(guī)律的生成與建構(gòu)。

四、過程遞進(jìn)，讓思維超“躍”

思維發(fā)展建立在一個個螺旋上升的學(xué)習(xí)活動過程中，學(xué)習(xí)活動又依賴于學(xué)習(xí)的載體，即某個科學(xué)概念的建構(gòu)。有些概念建構(gòu)過程，只需要通過一項任務(wù)驅(qū)動，就可以把思維引向躍遷，而有些概念建構(gòu)，需要幾個任務(wù)，層層遞進(jìn)地把思維引向高階。例如，執(zhí)教教科版六年級下冊《小蘇打和白醋的變化》一課，就需要三個遞進(jìn)式的學(xué)習(xí)任務(wù)，使學(xué)生的高階思維超“躍”。

小蘇打和白醋混合后會產(chǎn)生一種不知名氣體。是什么氣體呢？基于小學(xué)生對氧氣、二氧化碳、氮氣三種氣體特性的已有認(rèn)知，引導(dǎo)學(xué)生根根據(jù)三種氣體的特性，設(shè)計三個層層遞進(jìn)的探究實驗，根據(jù)實驗現(xiàn)象，逐步分析、判斷，得出小蘇打遇到白醋產(chǎn)生的是二氧化碳?xì)怏w這一結(jié)論。

學(xué)生的元認(rèn)知不斷有目的、有層次地提供相關(guān)任務(wù)，引領(lǐng)學(xué)生逐漸走向深入的探究過程。三級任務(wù)設(shè)計如下：

第一級探究任務(wù)：根據(jù)表1提供的信息，設(shè)計實驗，探究可能是什么氣體。

給學(xué)生提供的每一張表格信息，都能引發(fā)學(xué)生一系列的思考：我要獲取什么信息？我要怎么做實驗，才能獲取我要的信息？如果獲取我要的信息，可以做出什么樣的判斷？這一系列“自我提問”，是在教師巧妙設(shè)計的信息表的刺激下產(chǎn)生的，不是教師“要我這樣做”，而是學(xué)生自己“我想這樣做”。這正是高階思維起“躍”所需要的過程。而在三個探究活動遞進(jìn)過程中，隱含著學(xué)生分析綜合、邏輯判斷的思維過程，使探究過程產(chǎn)生活力。活躍的思維有效地喚醒了學(xué)生元認(rèn)知，在交流討論中有效地表達(dá)自己的觀點、推測和想法，促進(jìn)高階思維品質(zhì)的發(fā)展，實現(xiàn)科學(xué)概念更細(xì)致、更深層次的構(gòu)建。

總之，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生問題求解、批判思維、創(chuàng)新思維等高階思維能力是時代發(fā)展的需求，是對課程改革的積極回應(yīng)，是落實《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》的必要行動。教師要有意識地將高級思維的發(fā)展融合在具體的教學(xué)活動中巧設(shè)任務(wù)、創(chuàng)設(shè)情境、優(yōu)化問題、遞進(jìn)過程，促進(jìn)學(xué)生高階思維能力的發(fā)展，為學(xué)生終身高效學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。