初中科学课堂典型任务范式中高阶思维能力的培养

摘要：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， 在教学目标分类中表现为分析、评价和创造.布卢姆的认知目标分类思想为教师在教学实践中促进学生高阶思维能力发展提供了一种可操作的图式.为了实现学生高阶思维的发展，需要在教学设计时细化教学目标，设计典型任务，驱动学生主动解决真实情景下的高水平问题，本文以机械能单元教学为例，从目标的确定、资源的整合、任务的设计角度例谈初中科学高阶思维培养的策略.

关键词：初中科学;典型任务;高阶思维

作者简介：葛元钟（1975 - ），男，浙江杭州人，硕士，中学高级教师，研究方向：初中课堂典型任务范式的研究.

北师大在中国学生发展核心素养研究成果发布会上对学生发展核心素养的内涵、表现、落实途径等做了详细阐释.中国学生发展核心素养以培养“全面发展的人”为核心，分为文化基础、自主发展、社会参与三个方面.科学精神是一项重要素养之一，是学生在学习、理解、运用科学知识和技能等方面所形成的价值标准、思维方式和行为表现.可见，思维方式是科学精神的重要组成部分.

1初中科学课堂中思维能力培养现状

1.1知识的分类

教育学家们曾经从不同的研究视角、及其对知识的不同认识程度，对知识进行的分类.如在2001出版的《面向学习、教学和评价的分类学—布卢姆教育目标分类学的修订》一书中将知识分为以下四种.

（1） 事实性知识.是学习者在掌握某一学科或解决问题时必须知道的基本要素.具体包括以下两个方面：术语知识、具体细节和要素的知识.

（2） 概念性知识.指一个整体结构中基本要素之间的关系，表明某一个学科领域的知识是如何加以组织的，如何发生内在联系的，如何体现出系统一致的方式.

（3） 程序性知识.是“如何做事的知识”.具体包括以下几个方面：具体学科技能和算法的知识、具体学科技巧和方法的知识、确定何时运用适当程序的知识.

（4） 元认知知识.是关于一般的认知知识和自我认知的知识.

学生学习不同的知识需要用到不同的思维方式.

1.2思维的分类

布卢姆新的教育目标分类学采用了“知识”和“认知过程”二维框架.见表1可得知：知识是指學习时涉及的相关内容，包括了从具体到抽象四个类别：事实、概念、程序和元认知.认知过程涉及学习时的思维能力，包括了六个类别：记忆、理解、应用、分析、评价和创造.

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， 它在教学目标分类中表现为分析、评价和创造，见表 2. 布卢姆的认知目标分类思想为教师在教学实践中促进学生高阶思维能力发展提供了一种可操作的图式.

1.3制定更合适的教学目标

下面用认知目标分类学来研究“动势能的转化”的教育目标并进行细化.

首先要考虑到这一学习任务所包括的知识类型有：

事实性知识：知道动能大小与什么因素有关，势能大小与什么因素有关;

概念性知识：如“二力平衡”“运动和力之间的关系”;

程序性知识：能操作动能大小与什么因素有关的实验，会对物体进行受力分析;

元认知知识：确定采用什么样的分析方式和理解方式.

而后加入行为动词，制定以下教学目标：

（1）回忆动能大小与什么因素有关，回忆势能大小与什么因素有关，回忆动能势能是可以互相转化的;

（2）区分“二力平衡”与“作用力与反作用力”，分析得出何时动势能如何转化时机械能守恒，分析“运动和力之间的关系”;

（3）评判动能大小与什么因素有关的实验;

（4）讨论生成在体育比赛中如何跳得更高，更远的办法.

对应布卢姆认知目标修订二维分类表，我们在相应的空格上打勾，见表3.

分析上表可以得出：这一堂课记忆的内容很少，理解运用的知识相对提高，大部分教学目标是要培养学生进行分析、评价，创造等高阶思维能力.

1.4思维能力的培养现状

在初中升学压力之下，不管社会家长，还是学校教师，都十分看重考试分数.因此，大部分教师认同考高分必须运用题海战术，除了教材配套的练习要求学生全做以外，还布置许多额外的练习.但是，从认知目标修订二维分类表可以看出：在复习课中如果以回忆、记忆为主，以对知识点的理解和运用为主，将不能很好 地达到提高学生核心素养的要求，学生应对中考题目也一样会为不从心.

因此，我们必须寻找并构建新的复习模式，以提高学生高阶思维能力.

2初中科学基于典型任务的课堂范式

2.1任务驱动教学的特点

（1）任务驱动教学应以学生为主体.任务驱动教学法最显著的特点是以学生为主体， 改变了以往“教师讲， 学生听”， 以“教”定“学”的被动教学局面，学生主动参与、自主协作、探索创新的新型学习方式.

（2）任务驱动教学注重激发兴趣.任务驱动教学法把学生的学习活动与任务相结合，以探索问题来激发和维持学习者的学习兴趣和动机，让学生带着任务去学习，这有利于实现学生对知识的自我构建.

（3）任务驱动教学应着重培养学生自主学习能力.自主学习与任务型教学法有着共同的目标，二者相辅相成.

2.2任务驱动教学的理论依据

任务驱动教学法是建立在建构主义教学理论基础上的一种教学方法，是建构主义理论在教育教学中的一种具体应用.建构主义学习理论强调学生的学习活动必须与任务或问题相结合，创建真实的教学环境，让学生带着真实的任务学习，以探索问题来引导和维持学习者的学习兴趣和动机.

梅瑞尔所提出了五项首要教学原理，他认为，“学习只有在学习者从事解决真实世界里发生的问题时，只有当学习者能够通过论证或应用而激活已知知识、并将其作为理解新知识的基础时，新知识才会被整合到学习者的世界当中”.

其中，呈现“真实的任务情境”是首要教学原理的核心.因此，在初中课堂教学中，比较有效的做法是：学生通过完成教师为其专门设计的典型任务，解决真实世界里发生的问题，在解决问题的过程中激活已知知识，获得新知识[4].

3布置典型任务，培养学生高阶思维能力

在典型任务的课堂中，利用实验将学生的自主学习、合作学习、探究学习较好地结合起来.学生在课堂上通过实验完成教师布置的任务，提升自己的高阶思维能力.下面就结合中考复习“动势能转化”这一堂课为例进行说明.

动能和势能的相互转化有着广泛的应用.撑杆跳高运动员在起跳前进行一段助跑，获得大量的动能.起跳后，他的身体不断上升，撑杆剧烈弯曲，动能转化为运动员的重力势能和撑杆的弹性势能.当上升到一定高度时，动能减小到最小值.此后，弹性势能不断释放，促使运动员不断上升，同时重力势能不断增加，如图1 所示.当运动员越过横杆下落的过程中，他的重力势能又被转化为动能.

这是浙教版九年级上册第三章第二节“机械能”中的一段，撑杆跳高运动员在这个运动过程中既有竖直方向上的速度变化，也有水平方向上的速度变化;既有动能和重力势能之间的转化，也有动能和弹性势能之间的变化.学生理解这个过程中的能量转化有一定的难度.

但是在这个例子里有很好的动势能转化素材，我们可以围绕这个例子进行深度学习.经过研究，笔者认为如果进行知识和能力的充分铺垫，学生是可以完成这个学习任务的.

在课堂上设计了一系列典型任务：从分析蹦极、蹦床这一类相似但有比较简单的能量转化开始分析，复习受力分析，复习二力平衡条件，对复杂动作采用根据特殊点进行分段分析的方法，总结分析研究的策略，而后利用这些策略一起研究撑杆跳高.最后对立定跳远的能量转化分析，并讨论如何提高运动成绩.

3.1营造真实情境，提升对科学现象的分析能力

当人体落到离地面一定距离时，橡皮绳被拉开、绷紧、阻止人体继续下落，当到达最低点时橡皮再次弹起，人被拉起，随后，又落下，这样反复多次直到橡皮绳的弹性消失为止，这就是蹦极的全过程.

典型任务一：分析蹦极运动中人体动能最大点

在蹦极的全过程中，最难判断的运动员在哪一点的动能最大.关键是不容易弄清运动员在哪一点的速度最大.是C点么？显然不是，因为C点的速度是0;是A点么？也不像，因为A点一开始的时候速度还在增加.为什么物体过了A 点速度还会增加呢？那就要对物体进行受力分析，并根据运动和力之间的关系进行判断.

分析步驟：

对物体受力分析——判断物体运动状态——判断物体动能

根据步骤对四个特殊点O、A、B、C.进行分析，如图2所示.

分析完成后，把分析结果汇成表，见表4：

3.2通过比较研究，提升对研究过程的归纳水平

在课堂上还布置了第二个任务，让学生加深理解，能够举一反三.

典型任务二：蹦床运动中物体能量转化的分析

蹦床是借助弹力床的弹力将人体弹向空中，在空中做各种体操动作和翻筋斗的竞技运动.用类比的方法对蹦床过程进行分析，几个关键点分析如图3：

蹦床过程关键点分析见表5：

根据以上表格，我们会带领学生尝试归纳物体能量转化分析的步骤：

（1）确定研究对象;

（2）明确过程的起点、终点，;

（3）对物体受力分析，分析;

（4）结合运动状态，推断;

（5）推断物体能量的变化.

3.3通过比较研究，提升对研究结论的评价水平

通过这二个任务的铺垫，再去考虑书本中的例子，学生会更容易接受.因此，第三个任务就是根据教师提供的撑杆跳高过程示意图进行分析.在示意图中，撑杆用一根细线表示，运动员用一段较粗的半圆形线段表示，如图4所示：

典型任务三：撑杆跳高时的能量转化分析，见表6：

在这张表中，A是起跳点，B是撑杆形变最大点，C是最高点.当然，在B和C之间，在竖直方向还可以有一个二力平衡点，对学有余力的同学可以再细化分析.

3.4通过讨论研究，提升对理论应用的创新能力

通过对蹦极，蹦床，撑杆跳的分析，着力培养学生在学习受力分析，二力平衡，运动和力等知识过程中所需要的高阶思维能力.最后，用提高立定跳远这项体育运动成绩这个情境来激发学生的创造性思维.从而可以比较顺利地解决课本后的例题.

典型任务四：立定跳远时的能量转化分析，如图5所示.

最后，要求学生根据分析，讨论怎样提高跳远成绩.学生通过讨论，对所学知识，方法，过程进行梳理和应用，以达到巩固和提高学生创造思维能力的目的.

总之，高阶思维能力的培养要有好的素材，在实际教学过程中最好能将核心知识，核心素养，思维能力等培养统一起来，做到一举多得;在培养高阶思维能力时，最好创建一个真实而且有趣的情境，激发学生的思维、讨论、研究的兴趣;高阶思维能力的形成比较慢，但这些能力的培养将提高学生的学习能力，最终建立学生的科学精神，提高学生的科学素养.

参考文献：

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[3]许爱红. 论有效教学策略—基于学习结果分类的视角[J].教育理论与实践，2015，（31）：51-55.

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[2] 盛群力，  郑淑贞.   合作学习设计 [M]. 杭州：浙江教育出版社，  2006.

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