指向高阶思维培养的初中科学教学研究

指向高阶思维培养的初中科学教学研究

谢如舟

浙江省瑞安市塘下镇第一中学

摘要：所谓高阶思维，是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力。可以说高阶思维能够满足初中科学教学当中知识吸收与转化的能力层面需求，同时高阶思维也是学生科学核心素养的重要组成部分。本文从5个角度阐述了指向高阶思维培养的初中科学教学策略，一方面希望为相关研究人员提供有价值的参考，另一方面也希望为教师提供可用可行的初中科学教学策略，以满足新时代育人需求。

关键词：高阶思维；初中教育；科学教学

引言：2022年4月21日颁布的义务教育新课标中特别关注了对学生思维能力、创新能力的培养。各学科课程目标均指向核心素养，而核心素养在各学科中的具体化都涉及到高阶思维。思维分六个层级：识记、理解、应用、分析、评价和创造。其中前三个类别处于思维的较低水平，被认为是“低阶思维”，后三个类别处于思维的较高水平，被认为是“高阶思维”。

初中科学课程是一门对学生思维深度要求较高，思维广度考验较强的课程，在该课程当中每一种知识都拥有多种应用方式，而这些应用方式需要学生依靠高阶思维进行探索和思考，可以说想要真正理解初中科学课程本质、实现能力的转化跃迁，必须掌握高阶思维，并通过高阶思维对知识进行思考和批判以及创新。但目前仍有部分初中科学教师忽略了高阶思维的价值，并强行要求学生对知识进行机械记忆，导致科学课程失去本质与魅力，学生死记硬背、无法触达科学知识核心，因此本文将高阶思维作为研究主体，希望通过本文帮助教师探寻可行教育方式、积攒宝贵教育经验。

1 依靠认知失调情境激发学生思维主动性

教学并非教师对学生灌输知识，而是通过引导激发学生学习兴趣，让学生自行寻找知识、发现知识，因此通过情境将学生带入到环境当中，并引导学生通过现象看本质才是真正激发学生思维热情、提高学生思维能力、形成知识体系的教学方式[1]。而在创设情境时，符合学生认知的情境，往往会由于思维惯性，而导致学生无法深入思考，教学效果也往往不及预期，因此教师可通过认知失调情境来激发学生对科学知识的疑惑，促使学生带着批判性思维以及浓厚兴趣探寻知识。例如在浙教版九上第三章第二节《机械能》中动能与势能转化的教学当中，教师可为学生展示由末端高而根部低的木夹和一个纺锤状滚轮组成的实验装置将纺锤状滚轮放在木夹根部，随后夹紧木夹、放在水平面上，随后教师松开手，滚轮受木夹挤压而从低势能位置移动向高势能位置，这种突破学生原有认知的现象会激发学生的极大热情、颠覆学生原有知识架构，教师便可将该现象作为研究问题，让学生以小组模式讨论该现象形成的原因，并鼓励学生通过动手实验来探寻该现象的本质，从而让学生认识到动能与势能能够互相转换的科学原理[2]，而在学生深入思考探究的过程中也在不断使用高阶思维来解决问题，对于学生科学素养提升效果较为明显。

2 依靠问题化教学拓展学生思维“广度”

想要让学生思考，除提出情境让学生进行联想以外，更重要的是让学生感受到疑惑，从而在疑惑的情况下进行思考探究，而想让学生感到疑惑的最快速简便的方式便是提出问题。例如在学习电学基本知识之后，要学习对电路进行分析，判断电路中用电器是串联还是并联。在出示一个陌生的电路的图片后,提出问题如何判断该电路的连接方式。带着这一开放性问题，学生的发散思维就能显现。学生可能会提出多达3种判断方法。方法 1:“开关判断法”。断开一个开关,观察灯泡是否全部熄灭,若全部熄灭,则是串联,没有全部熄灭,则为并联。方法 2:“用电器判断法”。将一盏灯泡旋转下来,观察另一盏灯泡是否仍点亮,若熄灭则为串联、仍点亮则为并联。方法3:“电表判断法”,用电流表或电压表测量电路的电流或电压值,根据串联电路电流处处相等,并联电路干路电流等于各支路电流之和;串联电路两个灯泡电压之和等于电源电压,并联电压相等的特点进行判断。在这一实际问题的解决过程中学生要充分调动思维，利用用电器的关系、开关的作用、电表的作用以及串并联电路电压电流的特点，在这一实际教学案例中教师设置一个开放式问题，不限制学生解题思想，学生在解题过程中也会不停的搜寻脑海中与之相关的原理，并尝试解决问题，其思维广度能够得到有效提升。在进行问题化教学的最后是对学生的问题解决过程进行评价，但不仅要避免过度夸奖、赞扬而导致学生失去客观批判意识以及自我认知的问题，同时也应当将学生作为评价参与者，既要对学生进行评价，又要与学生共同对教材内容，实验内容，以及情境内容进行评价，一方面教师在评价学生时，学生能够形成对自身思维能力的充分认知，另一方面与教师共同评价知识时也能够强化对知识的理解程度，从而形成更加全面、更加广泛的开放性、拓展性思维。

3 挖掘知识背后思想、提高学生思维深度

任何知识都是思想的最终产物，是停留在最终过程的剪影，学生掌握了知识，不代表掌握了知识获取的方式以及研究知识的思想，学生自然也无法感受到背后的思想方法以及内在文化。但目前仍有较多教师将教学停留在知识层面，而不触碰内涵层面，虽然学生看似了解了知识内容，能够使用知识内容解决纸面问题或简单的生活问题，但本质上学生只是在应用知识而并非应用思维与能力，不仅不利于提高学生高级思维水平，更不利于学习科学课程，掌握科学意识，因此教师应当深入挖掘知识背后的思想，并提高学生思维深度。首先教师应当对课程内知识进行深入剖析，自己先了解每类知识背后的思想，例如在浙教版九上第三章第6节《电能》电热器这一版块内容，学生首先要知道焦耳定律。焦耳定律的教学也是本节的重点之一。焦耳定律的得出首先是教师应自己认识到焦耳定律背后的转化思想、放大思想、控制变量的探究思想以及归纳法等思维方法。教学中通过“电流产生的热量与哪些因素有关“”这一探究问题引入，在学生提出猜想确定电流产生的热量跟电流大小,导体的电阻和通电时间的关系有关后，引导学生做好实验设计，自然而然的学生会知道此处需要控制变量法。而设计实验过程中，学生会发现因变量“电流产生的热量”是一个难以直接观察的量，需要用转化法转化为液体体积的变大值，但液体体积的变大值可能依然观察不明显，此时顺势引导学生去思考如何放大实验现象，用底部体积更大的烧瓶上面插一根更细的玻璃管（放大法），最后对实验数据分析得出焦耳定律Q=I

2Rt，分析实验数据也是一个控制变量法应用的过程，同时也很考查学生的数据分析归纳能力。焦耳定律的实验设计教学很好的用到了控制变量法、放大法、转换法和归纳法，学生通过学习焦耳定律能深刻体会并运用到其中所蕴含的思想方法，并逐步将这些方法其应用到解决其他实际问题当中。

4 通过知识结构提高学生知识体系关联度

在科学课程当中，大量知识之间拥有复杂而又千丝万缕的联系，且大多数知识都能找到与自身带有联系的其他知识，彼此之间形成知识网，但部分教师在进行知识教学时忽略了知识的关联，以碎片化模式进行讲解，导致学生的知识体系关联无法建立、难以形成知识结构[3]。而在使用高阶思维解决问题时常会围绕某一点问题，思考各种相关知识并有选择的应用知识解决问题，因此教师需通过建立知识结构来帮助学生提高知识体系关联度，为学生高阶思维提供知识保障。首先教师可借助思维导图的模式，帮助学生梳理知识之间的关联，例如在浙教版七上第四章《物质的特性》的复习课时，教师便可将物质作为思维导图核心，随后带领学生思考物质的构成、物质的量度、物质的特性，将这3点作为二级标题，让学生通过调查与思考自行补充三维标题，并与非本单元课程知识进行建构组合，从而帮助学生掌握知识内容、形成知识关联；此外教师也可布置知识网结构，可以理解为思维导图的变种，但种类更少、更偏向于大概念，一般用于前期知识入门，例如在学习了浙教版九上第三章第三节《能量转化的量度》之后，教师可将做功分解为做功多少以及做功速度(功率），并以此为概念引出第六节《电能》的电功和电功率，并引出二者的关联以及公式上的统一性，从而让学生了解各种做功的本质均是相同的，进一步提高学生知识掌握水平。

5 开展科学实践、强化学生科学思维高度

在锻炼学生高阶思维的过程中，除放宽束缚横向发展以外，也应提供助力让学生向高处发展，形成完整高阶思维。在这一方面教师可布置与生活相关联的实践任务让学生使用已理解并掌握的科学思想解决问题，让学生集中注意力在实践任务当中，实现思想的进一步磨练，例如在浙教版八上第二章《水和水的溶液》第三节《浮力》学习之后，为学生布置“自制简易液体密度计”任务，这个任务以水的浮力为主题，涉及阿基米德原理、二力平衡和浮沉条件及应用等初中科学中核心概念和原理的重点知识及方法。为了达成培养学生基于分析、评价和创造等高阶思维的教学意图，本节课教学设计的主要思路为:在学生了解自制液体密度计这一任务后，学生较容易找到制作原理为阿基米德原理F浮=p液gv排，但对于“自制液体密度计”中刻度的转化这一关键还是一个难点，此时学生会思考p液=F浮/(gv排)公式中若物体浸没在液体中则v排=v物是一个定值，由此液体密度就转化为浮力的测量，由此得出可以在弹簧测力计上标识密度刻度。由此思维就转到解决如何设定零刻度和最大测量值，接着制造如何解决“自制密度计”中精确度的矛盾冲突问题，引发学生深度思考。整个过程中引导学生主动建构、理性思考和能力迁移，达成对浮力知识的复习、巩固和深度学习，从而有效强化学生的科学思维高度。

结语：高阶思维能力的培养是初中科学教学研究的重点问题。高阶思维能力主要是指较高层次的心智活动或认知能力，涵盖了分析、批判、评价、决策和创造等多维度的能力，对学生的发展起着重要的影响。总结而言，想要做好高阶思维培养导向下的初中科学教学工作应当从激发学生思维主动性、拓展学生思维广度、提高学生思维深度、提高知识体系关联度、以及强化学生思维高度等5个方面开展教学工作。

参考文献

[1] 陈凌云. 融合STEM理念的初中科学教学实践探索[J]. 好日子, 2020, 000(017):P.1-1.

[2] 石莉蔷, 王伯君, 毛国永. 生活化实验在初中科学教学中的探索[J]. 中学教学参考, 2021(26):3.

[3] 周建秋. 基于科学核心素养的初中科学观念建构策略[J]. 现代中小学教育, 2020, 36(11):3.

[4] 黄鹏飞. 指向高阶思维的科学命题技术及应用研究[M].华东师范大学.2021 .

[5] 黄鹏飞. 素养导向的课堂教学[M].华东师范大学.2021 .