巧借實(shí)驗(yàn)探究 推動(dòng)化學(xué)高階思維培養(yǎng)

福建省福清第一中學(xué) 魏 鳳

一、化學(xué)高階思維內(nèi)涵的探討

無(wú)論是高階思維還是低階思維都是思維方式的代表說(shuō)法，無(wú)論是哪一種思維方法都很難明確給出一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)答案。但是，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中或?qū)嶋H生活中，如果高階思維和低階思維一同出現(xiàn)，通過(guò)對(duì)比來(lái)說(shuō)我們很容易得出哪一個(gè)是高階思維，哪一個(gè)是低階思維。例如，當(dāng)一道題目中問(wèn)及氫元素的表示符號(hào)是什么，學(xué)生只需要調(diào)取大腦中的記憶便可以得出答案“H”，或者請(qǐng)寫出核外電子總數(shù)為10的粒子三個(gè)，學(xué)生通過(guò)回憶知道有陽(yáng)離子、陰離子和分子，只要寫出任意三個(gè)即可——Na、N3-、Ne等。類似于這種只需要學(xué)生進(jìn)行回憶，進(jìn)行簡(jiǎn)單操作問(wèn)題的單純回答和解決就是低階思維的運(yùn)用。對(duì)于此思維而言，解決問(wèn)題時(shí)通常是對(duì)固定的問(wèn)題與解決方法的使用，不需要學(xué)生過(guò)多地進(jìn)行推理和論證，或者是創(chuàng)新，只要能夠?qū)μ?hào)入座回答問(wèn)題即可，這就是低階思維的存在。

與低階思維不同，高階思維一般是比較復(fù)雜、不規(guī)則的思維方法，對(duì)單一的問(wèn)題可以生成不同的解決方案，這種思維方法具有不固定性、標(biāo)準(zhǔn)多樣性以及自主調(diào)節(jié)性等特征。例如，當(dāng)學(xué)生遇到“請(qǐng)根據(jù)以下實(shí)驗(yàn)物品，獲取最佳的氧氣制取方案，你會(huì)怎么做？說(shuō)明原因。”，對(duì)于制氧方法而言，高中生非常熟悉的方法有三種，但這道題目的側(cè)重點(diǎn)在于讓學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，完成最佳方案的選擇。為了完成這一題目，學(xué)生需要考慮反應(yīng)速率、操作的簡(jiǎn)便性、制氧濃度等多重問(wèn)題，這需要學(xué)生在大腦中進(jìn)行比較、評(píng)價(jià)和決定的思維活動(dòng)。由此可見，想要完成這一題目，學(xué)生單純依靠低階思維進(jìn)行回憶是不可能解決問(wèn)題的，而是需要學(xué)生發(fā)揮自主能動(dòng)性。在沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)答案的情況下，自行運(yùn)用高階思維分析問(wèn)題、判斷問(wèn)題并解決問(wèn)題，這就是高階思維存在的表現(xiàn)。

二、培養(yǎng)高中生高階化學(xué)思維能力的必要性

化學(xué)高階思維是一種能力的代表，它是學(xué)生較高認(rèn)知水平的心理活動(dòng)和智力活動(dòng)的體現(xiàn)，通常包括學(xué)生的創(chuàng)新能力、自主解決實(shí)際問(wèn)題的能力、判斷以及決策的能力，等等。在高階思維的引導(dǎo)下，學(xué)生可以對(duì)自己所學(xué)習(xí)的知識(shí)進(jìn)行總結(jié)、整合和分析，讓知識(shí)成為活學(xué)活用的技能，而不是單純記憶的死知識(shí)。通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及動(dòng)手操作化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，可以更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，主動(dòng)理解問(wèn)題、消化問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)。此外，高階思維所需要或必備的提出假設(shè)思想、推理分析能力、關(guān)系連接、模型建立、現(xiàn)象解釋以及本質(zhì)揭露等等，這些高階思維能力的形成都有助于學(xué)生個(gè)人未來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展與成長(zhǎng)，所以利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)不斷培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力十分必要。

三、借助實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)高中生高階思維的途徑

（一）改變演示實(shí)驗(yàn)方法，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力

高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)課大多是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生進(jìn)行機(jī)械性的動(dòng)手操作，缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)原理等相關(guān)內(nèi)容的思考。對(duì)于這樣的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生能夠得到培養(yǎng)的還是低階思維，而不是高階思維。因此，教師想要巧借實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)提升高中生的高階思維，必須改變以往單純的實(shí)驗(yàn)演示方法，而是在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程中，不斷啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)問(wèn)題的思考，從而充分激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生學(xué)會(huì)主動(dòng)探究和思考，分析相關(guān)的化學(xué)問(wèn)題。這就要求教師不僅要注重對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)總結(jié)能力的培養(yǎng)，更要注重對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程的思考能力、分析能力和探究能力的培養(yǎng)。

例如，“H2SO4和Ba（OH）2實(shí)驗(yàn)”被用來(lái)驗(yàn)證電解質(zhì)電離出的離子在水溶液中的反應(yīng)情況，學(xué)生可以通過(guò)白色沉淀直接觀測(cè)到Ba2+與SO42-發(fā)生了反應(yīng)，但無(wú)法肉眼觀測(cè)H+與OH-是否發(fā)生反應(yīng)。教師可以引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路證明是否發(fā)生反應(yīng)，學(xué)生通過(guò)輔助試劑酚酞，通過(guò)酚酞顏色的變化說(shuō)明H+和OH-反應(yīng)。但以上實(shí)驗(yàn)還不能說(shuō)明離子參與反應(yīng)的程度，教師可以進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生借助手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)該反應(yīng)的電導(dǎo)率來(lái)進(jìn)行離子反應(yīng)程度的表征，并引導(dǎo)學(xué)生對(duì)曲線進(jìn)行解讀與分析。同時(shí)還可以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比向滴有酚酞的低濃度Ba（OH）2溶液中滴入高濃度Na2SO4溶液，通過(guò)電導(dǎo)率和pH的實(shí)驗(yàn)測(cè)定，說(shuō)明離子之間可能全部反應(yīng)，也可能沒有參加反應(yīng)，用手持實(shí)驗(yàn)解決學(xué)生在旁觀離子沒有參加反應(yīng)的認(rèn)知困惑。通過(guò)這樣的講解和引導(dǎo)思考的過(guò)程，學(xué)生會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程得到更加充分的理解，有助于學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)主動(dòng)發(fā)揮自己的高階思維，進(jìn)行自主性學(xué)習(xí)研究和探究。

（二）豐富實(shí)驗(yàn)問(wèn)題設(shè)計(jì)，培養(yǎng)高階思考能力

對(duì)于高中化學(xué)高階思維的教學(xué)來(lái)說(shuō)，培養(yǎng)學(xué)生掌握一定的思考能力和主動(dòng)意識(shí)是高階思維建立的第一步，而巧借實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用能力，才是高階思維的主要體現(xiàn)。所以在實(shí)驗(yàn)課堂上，化學(xué)教師應(yīng)始終堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向的方法，努力培養(yǎng)學(xué)生利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)相關(guān)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行解決過(guò)程的方法與能力，從而引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用高階思維參與課堂問(wèn)題的解決，同時(shí)也要給學(xué)生創(chuàng)建輕松愉悅的學(xué)習(xí)氛圍。所以，在實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的設(shè)計(jì)方面，教師要多動(dòng)腦筋，引導(dǎo)學(xué)生一步一步地對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行解決，不能直接給出問(wèn)題答案，引導(dǎo)學(xué)生在互相幫助的基礎(chǔ)上找到解決問(wèn)題的辦法。

例如，請(qǐng)利用如下圖所示裝置，它是實(shí)驗(yàn)室中某些氣體的制取、收集以及尾氣處理裝置，如果僅用此裝置和表格中提供的物質(zhì)來(lái)完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，那么最為合理的是哪一項(xiàng)？

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這道問(wèn)題的形式在高考當(dāng)中也是比較常見的題型，它綜合性地考查學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)以及化學(xué)實(shí)驗(yàn)的高階思維能力。學(xué)生無(wú)法通過(guò)回憶知識(shí)直接完成解答，而是需要注意對(duì)發(fā)生裝置、收集裝置、尾氣處理裝置等內(nèi)容以及各個(gè)物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)關(guān)系進(jìn)行綜合性分析，才能夠得出最終的正確答案。本題正確答案是第二個(gè)，但以A選項(xiàng)為例，濃氨水與CaO反應(yīng)是不需要加熱的，氨氣非常容易溶于水，所以需要防止倒吸，但氨氣的密度要小于空氣，因此不能使用向上排空氣的收集方法，所以不合理，選項(xiàng)排除。通過(guò)這樣類型問(wèn)題方式的設(shè)計(jì)，學(xué)生需要對(duì)每一個(gè)選項(xiàng)進(jìn)行高階思維的練習(xí)，所以對(duì)他們的高階思維能力的形成有著重要的推動(dòng)作用。

（三）借助多種化學(xué)實(shí)驗(yàn)方式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情

在對(duì)學(xué)生進(jìn)行高階思維培養(yǎng)時(shí)，無(wú)論是學(xué)生還是教師都應(yīng)該意識(shí)到高階思維的形成并不能一蹴而就，而是需要長(zhǎng)期的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積累，才能夠逐漸形成高階思維能力。因此，在借助化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行高階思維的培養(yǎng)過(guò)程中，教師需要通過(guò)多種化學(xué)實(shí)驗(yàn)的演示、講解與提問(wèn)等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的突破。

例如，對(duì)一些原子、分子、離子等內(nèi)容相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，大部分學(xué)校無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室中完成對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)分析。但是，如果教師能夠借助課堂多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、云存儲(chǔ)技術(shù)等新興技術(shù)向?qū)W生展示微觀世界的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件、視頻以及其他形式的實(shí)驗(yàn)過(guò)程等，既可以讓學(xué)生更加真實(shí)、真切地感受和觀看到微觀世界的神妙之處，又可以讓學(xué)生對(duì)微觀世界的化學(xué)知識(shí)產(chǎn)生直觀的聯(lián)想和理解，從而更加有助于為學(xué)生高階思維能力奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。除了借助網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)來(lái)進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)外，教師也可以利用思維導(dǎo)圖的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)高中生高階思維能力的培養(yǎng)。這種方式可以更容易地幫助學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)化的梳理，掌握好每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性。這種關(guān)聯(lián)性的記憶形成，可以幫助學(xué)生在面對(duì)不同的問(wèn)題時(shí)進(jìn)行有效聯(lián)想和思考，通過(guò)抽絲剝繭的方式與精細(xì)化的對(duì)比分析，得出不同問(wèn)題所需要的不同答案，這就是高階思維能力的運(yùn)用。

總而言之，高中化學(xué)是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性、系統(tǒng)性很強(qiáng)的學(xué)科。化學(xué)高階思維不是某一種或某一類具體的知識(shí)和方法，而是一種具有主觀性的思維方法。想要培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，借助必要的實(shí)驗(yàn)手段和實(shí)驗(yàn)方法必不可少，而且在未來(lái)社會(huì)發(fā)展中，學(xué)生想要求得長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，立足社會(huì)，也必須形成高階思維。高階思維的培養(yǎng)不是一蹴而就，教師無(wú)法運(yùn)用一堂課時(shí)間去提高學(xué)生的思維能力，而是要將這種教學(xué)思想貫穿整個(gè)高中學(xué)習(xí)階段，讓學(xué)生在日積月累中實(shí)現(xiàn)高階思維的培養(yǎng)。