基于高階思維發(fā)展的高中化學(xué)深度學(xué)習(xí)策略與能力研究

文∣許玉明

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》要求把握好“素養(yǎng)、知識(shí)、問(wèn)題、情境”等要素之間的關(guān)系，同時(shí)多處提到如“分析推理”“建立模型”“揭示本質(zhì)”“探究”“創(chuàng)新”等一些行為短語(yǔ)，這些行為靠低階思維是不能完成的。課標(biāo)中有三處提出“培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力”。高中化學(xué)課堂教學(xué)中落實(shí)課標(biāo)、優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)、培養(yǎng)高階思維能力是當(dāng)前廣大化學(xué)教師的任務(wù)。本文就化學(xué)教學(xué)中如何通過(guò)建構(gòu)化學(xué)觀念、創(chuàng)設(shè)復(fù)雜情境以及借助化學(xué)史等教學(xué)策略促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展進(jìn)行探討，為其他教師提供借鑒。

一、“高階思維”概念內(nèi)涵

布魯姆在《教育目標(biāo)分類學(xué)》中將思維水平劃分為低階思維和高階思維兩個(gè)層級(jí)。安德森等人把低階思維中的“知識(shí)”修訂為“記憶”，“領(lǐng)會(huì)”修訂為“理解”， 高階思維中的 “綜合”修訂為“創(chuàng)造”，修訂后的認(rèn)知目標(biāo)分類與思維的關(guān)系如圖1所示。[1]

圖1 布魯姆認(rèn)知目標(biāo)分類學(xué)與高階思維的關(guān)系

從圖1可以看出，淺層學(xué)習(xí)多注重知識(shí)的掌握，培養(yǎng)的是學(xué)生的低階思維。例如，提問(wèn)學(xué)生硫酸的化學(xué)式怎么寫，學(xué)生只需通過(guò)回憶便可以給出答案“H2SO4”。當(dāng)學(xué)生認(rèn)識(shí)了金屬鋅與硫酸銅溶液反應(yīng)的原理后，遇到鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)，他只需要將已會(huì)的知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用即可，沒(méi)有遇到新情境復(fù)雜問(wèn)題，學(xué)生使用的是低階思維。但當(dāng)學(xué)生遇到金屬鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)、金屬鈉與飽和氯化鈉溶液之間的反應(yīng)等(該類反應(yīng)包含氧化還原反應(yīng)、置換反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)等內(nèi)容)不熟悉且復(fù)雜的情境時(shí)，通過(guò)死記硬背的化學(xué)知識(shí)，使用低階思維是無(wú)法解決這個(gè)問(wèn)題的，需要使用到高階思維，因?yàn)樗婕白C據(jù)推理、分析、歸納、抽象和評(píng)價(jià)等行為。

郭金花等指出，化學(xué)高階思維是指學(xué)生圍繞挑戰(zhàn)性或劣構(gòu)性的化學(xué)問(wèn)題，從宏微結(jié)合、變化守恒的視角，借助化學(xué)實(shí)驗(yàn)和化學(xué)模型，運(yùn)用證據(jù)推理、分析、歸納、抽象和評(píng)價(jià)等方法，獲得化學(xué)核心知識(shí)的活動(dòng)。化學(xué)高階思維結(jié)構(gòu)分為化學(xué)微觀思維、守恒思維、模型思維、實(shí)驗(yàn)思維以及創(chuàng)新思維等五種思維。[2]這五種思維的劃分，契合了課標(biāo)提倡的培養(yǎng)核心素養(yǎng)目標(biāo)，教學(xué)中操作指標(biāo)相對(duì)清晰，為化學(xué)高階思維的教學(xué)明確了方向。

二、基于高階思維發(fā)展的高中化學(xué)深度學(xué)習(xí)策略

(一)化學(xué)觀念建構(gòu)，讓學(xué)生微觀思維和守恒思維更具有深刻性

微觀思維和守恒思維是化學(xué)觀念中最基礎(chǔ)的組成部分，是探索和研究物質(zhì)世界常用的思想方法和思維方式。以微觀思維展開(kāi)豐富想象，去分析形成宏觀現(xiàn)象，并在此基礎(chǔ)上形成高階思維是化學(xué)的特質(zhì)。例如：自然界為什么會(huì)形成同素異形體？為什么濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率有影響？如何理解同種類型晶體的熔沸點(diǎn)的差異性？要解決上述問(wèn)題，教師需要發(fā)展學(xué)生的微觀思維。而電解質(zhì)溶液里離子濃度的比較、化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量的計(jì)算、陌生情境下復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫等方面，需要運(yùn)用“物料守恒”“質(zhì)量守恒”等思維解決問(wèn)題。化學(xué)觀念的建構(gòu)有利于實(shí)現(xiàn)學(xué)生由淺層學(xué)習(xí)走向深度學(xué)習(xí)。

在“鹽類水解”的概念教學(xué)中，許多教師常常在探究實(shí)驗(yàn)測(cè)定醋酸鈉、氯化銨以及氯化鈉溶液的酸堿性后，得出鹽類水解的概念。教學(xué)中學(xué)生只是通過(guò)觀察、識(shí)別、討論等行為，只發(fā)生了淺層學(xué)習(xí)，并未發(fā)生深度學(xué)習(xí)，因而并未在頭腦中形成微觀思維。教師應(yīng)從微觀思維的角度設(shè)計(jì)問(wèn)題鏈來(lái)討論氯化銨溶液呈酸性的原因，例如：①常溫下，氯化銨溶液中含有哪些微粒？②氯化銨溶液中不同的離子濃度有什么特點(diǎn)？哪些離子與離子之間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)？③哪些離子反應(yīng)后，會(huì)破壞水的電離平衡，使溶液的酸堿性發(fā)生改變？④有同學(xué)把Mg粉置于濃氯化銨溶液中，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？⑤在金屬的腐蝕與防護(hù)過(guò)程中，氯化銨溶液常被用來(lái)處理鐵銹，請(qǐng)分析原因。

綜合上述問(wèn)題，教師從微觀的角度歸納總結(jié)鹽類水解的概念原理。設(shè)計(jì)對(duì)氯化銨溶液電離情況、微粒之間作用的問(wèn)題，層層遞進(jìn)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)水解概念的思考，得出鹽類水解的概念原理。在鹽類水解(第二課時(shí))復(fù)習(xí)的教學(xué)中，教師可以設(shè)計(jì)以下問(wèn)題：①碳酸鈉溶液中所有微粒濃度的大小關(guān)系如何？②常溫下，在氨水中加入鹽酸后溶液呈中性，溶液中的溶質(zhì)是什么？存在哪些離子？學(xué)生在解題過(guò)程中，需要運(yùn)用“物料守恒”“電荷守恒”等思維解決問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生對(duì)鹽類水解概念深入、系統(tǒng)的理解，消除“酸或堿溶液顯酸堿性，鹽溶液只顯中性”的錯(cuò)誤認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生批判思維能力。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析、討論、比較以及評(píng)價(jià)等深度學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生微觀思維和守恒思維的深刻性。

(二)復(fù)雜情境建模，讓學(xué)生模型思維更具有綜合性

模型本身是思維活動(dòng)的產(chǎn)物，它反映了科學(xué)現(xiàn)象及其本質(zhì)，以簡(jiǎn)單的形象表達(dá)物質(zhì)的內(nèi)涵。例如教師可以通過(guò)構(gòu)建“價(jià)類二維”模型，為學(xué)生學(xué)習(xí)元素及其化合物知識(shí)提供依據(jù)；通過(guò)構(gòu)建“電化學(xué)原理”模型，讓學(xué)生理解原電池和電解池之間的轉(zhuǎn)化；通過(guò)金剛石晶胞模型展示，讓學(xué)生了解原子堆積方式等。教師通過(guò)復(fù)雜情境建模，幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生的劣構(gòu)問(wèn)題，讓其思維含量更高，更指向高階思維能力的開(kāi)啟。

以蘇教版高中化學(xué)必修第一冊(cè)“從海水提取鎂”為例，從本節(jié)的教材內(nèi)容編排來(lái)看，安排在工業(yè)制取氯氣、氫氧化鈉、金屬鈉及溴的制取之后，在教學(xué)中教師可對(duì)比“鈉、氯堿工業(yè)制取過(guò)程”“溴的提取”，分析不同的流程，構(gòu)建制取物質(zhì)需要經(jīng)過(guò)“原料富集→產(chǎn)品制取→產(chǎn)品提純”等環(huán)節(jié)的模型思維。教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)如下。

環(huán)節(jié)1 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)思維

教師出示資料卡(見(jiàn)圖2)。

圖2 資料卡

上述材料閱讀充分融合了鎂的制取知識(shí)與化學(xué)史、社會(huì)熱點(diǎn)等重大成就，學(xué)生創(chuàng)設(shè)探究情境，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，認(rèn)識(shí)物質(zhì)的兩面性，培養(yǎng)批判思維能力，激發(fā)學(xué)生的思維活動(dòng)。

環(huán)節(jié)2 設(shè)置驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，激活思維

教師出示以下問(wèn)題供學(xué)生思考：①為何選擇電解熔融MgCl2制得Mg？②如何從海水中獲得MgCl2？③工業(yè)上為何選用熟石灰做沉淀劑?④電解槽中的鎂蒸氣應(yīng)如何冷卻？

在上述問(wèn)題中，問(wèn)題① 培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)意識(shí)，訓(xùn)練邏輯思維能力。問(wèn)題②培養(yǎng)學(xué)生初步建立化學(xué)工業(yè)思想及微觀思維。問(wèn)題③讓學(xué)生熟悉化學(xué)工業(yè)過(guò)程。問(wèn)題④將鎂的化學(xué)性質(zhì)應(yīng)用到實(shí)際情境問(wèn)題解決中，四個(gè)問(wèn)題設(shè)計(jì)引發(fā)了學(xué)生的思考，特別是問(wèn)題③工業(yè)制取熟石灰中產(chǎn)生的問(wèn)題，激活了學(xué)生的思維。

環(huán)節(jié)3 提煉工業(yè)流程圖：升華思維

要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)海水中提取鈉、溴以及氯堿工業(yè)制取過(guò)程，依照課本的彩圖——提煉工業(yè)流程圖，展示學(xué)生成果，如圖3所示。

圖3 海水綜合利用制取物質(zhì)工藝流程圖

高階思維的課堂不僅要有知識(shí)深度、思維深度和情感深度，更要觸及事物內(nèi)部和本質(zhì)。本環(huán)節(jié)思維深度是提煉工業(yè)流程圖，啟發(fā)學(xué)生要從部分到整體進(jìn)行思考，但在建構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生劣構(gòu)問(wèn)題，所以教師在說(shuō)明流程圖的框架和要求后，讓學(xué)生依照的課本彩圖，構(gòu)建制取物質(zhì)需要實(shí)現(xiàn)原料富集、產(chǎn)品制備以及產(chǎn)品提純等三個(gè)生產(chǎn)步驟的模型思維，提升學(xué)生思維的綜合性，促進(jìn)學(xué)生從低階思維向高階思維發(fā)展。

(三)回歸實(shí)驗(yàn)本真，讓學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維更具有實(shí)效性

化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)思維過(guò)程包括從實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作開(kāi)始，經(jīng)歷設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選擇實(shí)驗(yàn)試劑與裝置，完成實(shí)驗(yàn)操作，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析、抽象概括等一系列復(fù)雜的過(guò)程。所以教學(xué)中，教師要回歸實(shí)驗(yàn)的本真，讓學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維更具有實(shí)效性。例如“Cl-、Br-、I-檢驗(yàn)”教學(xué)中，教師常常設(shè)計(jì)三組演示實(shí)驗(yàn)：①在待檢溶液中先加入HNO3，再加入AgNO3；②在待檢溶液中先加入氧化劑，再用有機(jī)溶劑萃取；③在待檢溶液中先加入氧化劑，再加入淀粉溶液，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)出“Cl-、Br-、I-”的檢驗(yàn)方法。該演示實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生鞏固了知識(shí)點(diǎn)，卻不利于高階思維培養(yǎng)。在演示完第一個(gè)實(shí)驗(yàn)后，教師可進(jìn)行如下教學(xué)片段。

【展示】海帶水一瓶。

教師：生活中食用的海帶中碘元素的含量比較高。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)展示的海帶水中是否含有I-。

學(xué)生：討論，交流。得出結(jié)論：在海帶水中先加入HNO3，再加入AgNO3，觀察是否有黃色沉淀生成。

【展示】實(shí)驗(yàn)結(jié)果為海帶水中只有白色沉淀，未見(jiàn)預(yù)期的黃色沉淀。

教師點(diǎn)撥學(xué)生：海帶水中的Cl-與AgNO3反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生白色沉淀AgCl，干擾I-與AgNO3反應(yīng)產(chǎn)生黃色沉淀AgI。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與預(yù)期產(chǎn)生認(rèn)知沖突，學(xué)生需要重新尋找檢驗(yàn)I-的方法。經(jīng)過(guò)討論、分析，確定了圖3所示方法②和③，教師進(jìn)一步讓學(xué)生比較方法②和③的優(yōu)缺點(diǎn)。

圖4 檢驗(yàn)海帶水中含有I-的方法

在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情境，回歸實(shí)驗(yàn)的本真，引發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。在討論、分析、比較以及評(píng)價(jià)等過(guò)程中，促進(jìn)學(xué)生高階思維的發(fā)展。

(四)融入科學(xué)史實(shí)，讓學(xué)生創(chuàng)新思維更具有批判性

創(chuàng)新思維是以綜合性和探索性為特征的高級(jí)心理活動(dòng)，是思維的最高層次。教師帶領(lǐng)學(xué)生重溫科學(xué)家的研究過(guò)程，可以幫助學(xué)生深入理解化學(xué)知識(shí)，鼓勵(lì)他們理性判斷，促使經(jīng)歷深度思考從而發(fā)展創(chuàng)新思維。以蘇教版高中化學(xué)必修2的“原電池”為例，設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)(見(jiàn)表1)。

表1 “原電池”教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)中將“原電池原理”“原電池構(gòu)成要素”內(nèi)容等融入原電池的發(fā)展史中。環(huán)節(jié)2通過(guò)變化裝置中電解液和電極材料，讓學(xué)生判斷正負(fù)極以及書寫反應(yīng)方程式。環(huán)節(jié)3讓學(xué)生閱讀“電池的發(fā)展研究”，結(jié)合暖寶寶發(fā)熱的原理等原電池的設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生在觀察、比較、思考以及評(píng)價(jià)中建構(gòu)原電池認(rèn)識(shí)模型，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。創(chuàng)新思維就是在這樣真實(shí)的歷史情境下和復(fù)雜的任務(wù)解決中逐步形成的。

三、反思與建議

(一)教師：深度備課，明確概念內(nèi)涵

由于傳統(tǒng)教學(xué)的原因，有些教師往往依靠題海戰(zhàn)術(shù)來(lái)提升學(xué)生分?jǐn)?shù)，學(xué)生的學(xué)習(xí)停留在淺層學(xué)習(xí)上，很難在課堂上培養(yǎng)高階思維。教師要明確高階思維概念的內(nèi)涵，積極深度備課，在課堂中創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生高級(jí)思維發(fā)展的情境，根據(jù)教材的特點(diǎn)，考慮學(xué)生的學(xué)情和障礙，對(duì)教學(xué)內(nèi)容價(jià)值進(jìn)行挖掘與整合，制定適合學(xué)生學(xué)習(xí)的任務(wù)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生高階思維的目標(biāo)。

(二)學(xué)生：反饋評(píng)價(jià)，突出主體地位

在培養(yǎng)高階思維的課堂中，教師是引導(dǎo)者、合作者，學(xué)生才是教學(xué)主體。教師應(yīng)挖掘教學(xué)內(nèi)容的價(jià)值，設(shè)計(jì)不同思維層次的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造等任務(wù)。評(píng)價(jià)的內(nèi)容要素應(yīng)包括知識(shí)、學(xué)科思想方法、過(guò)程技能、價(jià)值觀念、自我評(píng)價(jià)等多個(gè)維度。

(三)課堂：寬松環(huán)境，探究解決問(wèn)題

課堂是訓(xùn)練高階思維的主陣地，傳統(tǒng)的化學(xué)課堂師生間的交流為“你問(wèn)我答”“你講我記”，這是不足以培養(yǎng)學(xué)生高階思維的。寬松環(huán)境的課堂，是民主的課堂，是積極思考的課堂，每個(gè)學(xué)生都能融入化學(xué)課堂中。在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，學(xué)生有可能會(huì)面臨一些挑戰(zhàn)，如小組合作中學(xué)生技能方面參差不齊，教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)習(xí)題不匹配，課堂時(shí)間把控不足，學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)難以完成，課堂預(yù)設(shè)的問(wèn)題與生成的問(wèn)題相沖突等問(wèn)題，都需要教師深度研究，并打造適合學(xué)生學(xué)習(xí)的課堂。