凸显高阶思维的化学教学： 内涵、必要性和实践策略

杨季冬 王后雄 童文昭

摘要： 高阶思维是一系列复杂思维的集合体，它对于学生高中学习以及后续发展有着重要的作用，因此在化学教学中培养学生的高阶思维是必要的。进行情境、活动和问题解决的整体设计是高阶思维培养的有效实践策略，具体包括： 创设真实情境，精心预设问题；营造宽松环境，鼓励学生交流；小组分工合作，探究解决问题。

关键词： 化学教学； 高阶思维； 低阶思维； 实践策略

文章编号： 1005-6629（2018）6-0037-04 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

1 引言

我国的传统教学注重知识的传递，认为教学的主要工作就是传授和学习人类社会历史经验。在知识本位的观念下，教师在课堂上主要依靠讲授，而学生学习主要依靠记诵。“核心素养”的界定意味着学校课程与教学要从“知识本位”转向“素养本位”。然而多年的知识本位的观念，让“讲授-传递”的课堂依然大量存在。这种教学方式虽然有助于学生掌握一些基本的符号化知识（低阶思维），但并不利于学生高阶思维的培养与发展。研究表明，在日常生活中解决难题、做出决策、进行比较、给予评价等活动中都需要高阶思维能力[1]。

化学是自然科学的重要分支，也是基础教育中的重要学科，因此在化学教学中不能简单地以传递化学知识为目的，还应承担培养学生高阶思维的任务。本文对高阶思维概念进行了阐述，并提出了化学教学中高阶思维的培养策略。

2 高阶思维的内涵

思维能力究竟是什么，很难给出一个统一的、精准的定义，然而高阶思维和低阶思维同时出现时，便可分辨出高阶思维[2]。因此，对低阶思维与高阶思维的特征进行描述可以勾勒出高阶思维的“形象”。

低阶思维的特征是回忆信息或者在熟悉的情境中应用知识[3]。例如，提问学生镁元素的元素符号是什么，学生只需通过回忆便可以给出答案“Mg”；再比如，一个能够熟练进行化学方程式配平的学生，遇到一个新的方程式配平的问题，他只需要将已会的知识进行应用即可。实际上在这两个例子中学生都只使用了低阶思维，因为他们只是回忆事实、执行简单操作、解决熟悉问题。运用低阶思维能解决的问题通常有着固定问题解决路径，没有推理、解释、论证等行为，而问题的答案也是唯一的。

相反，高阶思维通常被认为是复杂的、不规则的，通常会产生多种解决方案[4]。这种思维通常具有不确定性、应用多重标准、自我调节等特征。比如提问学生“如果你要在实验室里获取少量氧气你会采取哪种方案？为什么？”，由于学生熟悉的实验室制备氧气的方案有三种，而侧重点（反应速率、操作难易、氧气纯度、氧气产量等）不同方案也会不同，此时学生面临方案比较、評价、决策等问题。显然，在这个任务中进行的思维与前文的低阶思维是明显不同的。面对这样一个不熟悉的情境，学生难以提前预测，无法事先反复训练，解决这个问题，也没有一个固定的路径，更没有唯一的答案。通常在不熟悉的情境下、没有固有方法可用时，要解决问题便需要使用高阶思维。

阐述低阶思维和高阶思维的特征为我们辨识概念提供了方向，而美国教育家布鲁姆对教学目标的分类则给关注该问题的广大教师及研究者提供了便利。60多年来，布鲁姆教学目标分类法对世界各地的教学及评价都产生了很大的影响。在布鲁姆教育目标分类“知道、理解、应用、分析、评价、创新”中，将“知道、理解”称为低阶思维，“分析、评价、创新”称为高阶思维，而“应用”则常常能够分属两者，详情见表1。布鲁姆在他的研究中强调高阶思维需要新的情境，新的情境是指该问题任务包含教学中的内容，但是其中又有对于学生来说新奇或不熟悉的成分。如果学生仅仅通过记住方法，或采用之前课程中练习过的精确方法就能解决的问题就不算是遇到新情境，同样，他也就没有使用高阶思维。也有学者指出将学习经验集中在分析、评价、创新，发展解决问题、推理、预测、概括、创造性思维等方面的能力都属于高阶思维[5]。另外，还有例子说明高阶思维能力包括提问、决策、批判性和系统性思维。

虽然不同学者对于高阶思维的理解不完全相同，但在本研究中我们将其看作一系列复杂、非线性、不规则思维的集合体，比如批判性思维、综合性思维、创造性思维。因此，可将高阶思维视为战略，而具体的，如创造性思维则是战术。

3 化学教学中培养高阶思维的必要性

培养和发展学生的高阶思维已经成为各国教育教学目标之一，而我国最近提出的核心素养也涉及到该问题，可见在化学教学中培养学生的高阶思维是十分有必要的。

3.1 落实化学核心素养需要高阶思维

为了深化教育改革，推动落实“立德树人”的根本任务，我国最新修订的各学科高中课程标准，其中任务之一就是凝练学科核心素养。核心素养是知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的综合表现，而基于核心素养的教学能够帮助学生形成正确的价值观念、必备品格和关键能力[6]。

化学核心素养有五点内容，其中“证据推理与模型认知”便和高阶思维有着密切联系。针对这一素养，《普通高中化学课程标准（2017年版）》明确指出：“具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪；建立观点、结论和证据之间的逻辑关系。知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。[7]”从这段文字中我们可以看到一些行为短语，比如“提出假设”、“分析推理”、“建立关系”、“建立模型”、“解释现象”、“揭示本质”，显然这些都不是低阶思维的范畴，在课堂上若只是构建学生的低阶思维，那么学生便不会获取这一核心素养。再比如另一核心素养“科学探究与创新意识”，同样从“探究”和“创新”便可看出获取这一核心素养也需高阶思维。通过分析，我们可以看到化学核心素养中多处指向高阶思维，因此要落实化学核心素养便需要在化学教学中培养学生的高阶思维。

3.2 化学化工持续发展需要高阶思维

党的十九大的报告描绘了我国这五年来取得的巨大成就，并指出中国特色社会主义进入了新时期。随着我国的日益强大，发达国家

对我们科学技术方面的封锁日益严重，在此背景下培养一批具有竞争力的科研后备力量十分重要。

化学化工是科学技术的重要组成部分，不仅与经济发展、社会文明关系密切，也是材料科学、生命科学、环境科学、能源科学和信息科学等现代科学技术的重要基础。值得我们注意的是，化学领域突破离不开具有高阶思维的人才，尤其是高阶思维中的批判性思维和创造性思维。比如，在拉瓦锡建立氧化学说之前，燃素说统治着化学世界，他之所以能取得这么大的成就，绝不是偶然的。当理论与实验冲突时，他会带着批判的眼光看待理论，而不是盲从，这是批判性思维的体现。而他独具慧眼，发现所做实验的实质，并予以正确解释，这便是创新。再比如，波尔建立波尔理论，卡诺设计理想热机等等，实际上这些也都使用了高阶思维。傅鹰认为：“科学研究是扩大科学领域的。它的目的是推广一门学科的理论及实用范围，它的一个必要不充分条件是有创造性。”可见，在基础教育阶段培养一批具有高阶思维的后备人才对我国化学化工事业的发展有深远意义。

3.3 学生适应现代社会需要高阶思维

随着世界经济迅速发展、社会竞争的加剧，21世纪对人的要求也越来越高，成为现代社会的公民需要高阶思维[8]。也许在孔子那个时代，采取“传递——接受”的模式便能获取在当时看来大量的知识，而如今的社会知识量正以惊人的速度增长，如果一个人只能够提取所记住的知识或者在熟悉的情境中简单应用知识，那么便不能适应社会的发展。随着网络的普及，信息化社会的到来让我们足不出户便可接触到大量信息，面对复杂多变的环境，我们如果还只是进行传统的以知识储存为特征的学习，那在人工智能面前将输得体无完肤。只有具备更强的搜集和处理信息的能力、分析和解决问题的能力、快速决策的能力以及创新的能力才能发挥人的主体性，换言之，这也就是要求学生在未来具备高阶思维能力。实际上从这个角度来看，不仅是化学教学，任何的学科教学都需要关注学生的高阶思维培养。

综上所述，不论是从教师的视角还是从学生的视角，不论学生今后从事化学化工类工作还是其他工作，在化学教学中培养学生的高阶思维都有其必要性。

4 化学教学中培养高阶思维的实践策略

高阶思维并不是知识本身，由于其不可符号化的特点，使得其不可直接给予学生。试想我们利用一节班会课为学生讲述高阶思维，学生只能了解高阶思维是什么，但学生不会因此成为一个具备高阶思维能力的人。对于获取高阶思维，学生需要自身进行相关的能动活动（学生作为主体与环境的相互作用、学生自身的经验），这便是培养学生高阶思维的机制。基于这种考虑，教师在教学中应为学生提供各种帮助，使学生进行相关的能动活动。对此，可以进行情境、活动和问题解决的整体设计，让学生参与其中，从而改变学生的化学学习方式，获取高阶思维。下面提供具体策略，并以高中化学必修1中第三章第2节“金属及其化合物”中“氢氧化铝”作为案例。

4.1 创设真实情境，精心预设问题

并不是解决每一个问题都需要学生的高阶思维，如果学生可以通过回忆信息达到目的，或者学生经历过极其类似的问题情境，那么学生便不需要使用高阶思维[9]。因此，教师需要创设真实且有价值的情境，并在此情境下设计不同复杂和陌生程度的问题解决活动。

创设情境，可以让课堂中的知识与我们所处的真实世界产生联系。在学习相关知识之前，我们很少会从专业角度思考生活中的常见现象。因此，当课堂中孤立的知识遇到生活中的场景，对于学生来说既有熟悉的部分，也有不熟悉的部分，此时涉及的问题，学生仅仅使用低阶思维是难以解决的。通过情境创设，引导学生进入学习。

教师： 昨天周末在家，老师觉得胃有点泛酸，于是到楼下的药店买药，药店的工作人员向我推荐了几种胃药，我最后选择了“胃舒平”（向学生展示）。我需要知道什么才能预测这个药对我来说是有效的呢？

学生1： 需要知道“胃舒平”的药物成分，通过说明书可以知道。

教师： 很好，“胃舒平”的通用名为复方氢氧化铝，其主要成分含氢氧化铝、三硅酸镁、颠茄流浸膏等。

学生2： 既然有氢氧根，那应该可以中和胃酸，但是得先确认是否真的含有氢氧化铝。

教师： 那我们该如何操作呢？结合预习过的内容你们有没有什么好的建议？

在此教师的策略是给出真实情境，鼓励学生思考情境中的问题。教师通过这种方式可以将新课的主角——氢氧化铝，与生活常见的情境关联起来。

4.2 营造宽松环境，鼓励学生交流

营造宽松的环境意味着课堂上要民主、鼓勵思考、包容错误等，在这样的课堂上学生才会乐于表达自己的想法，提出自己的疑惑，这些都有利于学生高阶思维的培养。而在教师的组织下学生展开开放式的课堂讨论，是一种行之有效的方式。不同的想法、不同的疑惑本身就是很好的学习资源，在交流过程中学生既能深入思考问题，也能促进自我反思。

教师： 你能提出关于上述情境的问题吗？可以尝试从其主要成分入手。

学生2： 为什么要选用铝的氢氧化物，铝的摄入不是对健康不利吗？

学生1： 除了氢氧化铝，其他化学成分有没有用？

学生3： 为什么这个药是片剂，不做成胶囊或者冲剂？

学生4： 哈哈哈，这有什么好问的？

教师： 其实这是一个有价值的问题，有同学能想到一些原因吗？

在教师的组织下，课堂环境宽松，学生各抒己见，提出自己的疑问，让所有学生对自己的推理、提问等能力充满自信。其实这些问题与氢氧化铝的性质有着充分联系，也关系到药物的实际用途，通过交流讨论和查阅资料可以解决相关问题。

4.3 小组分工合作，探究解决问题

实验探究是一种重要的科学实践活动，其本身便是化学核心素养之一，

而进行探究教学时不能仅仅关注一般过程和环节方面，将探究教学与创新能力培养通过高阶思维能力建立起本质上的联系，才能将科学探究教学与创新能力培养落到实处[10]。

以小组合作的方式进行实验探究并解决问题，也是培养学生高阶思维的一种重要方式。在探究问题时可以引导学生综合运用所学的化学知识和技能，进行实验设计和实验操作，分析和解决与化学有关的实际问题，而小组的合作方式还涉及比较不同方案的优劣、与人交流改進方案、评价他人方案等过程，这些过程都会用上高阶思维。

教师： 胃舒平中的化学成分很多，我们就以其中的氢氧化铝为例，来定性检验其存在，请大家前后四人作为一个小组先讨论问题，然后每人在纸上写下实验方案、所需仪器等必要内容，然后再小组讨论得出一套你们认为最合理的方案，把它展示给其他小组。接着我们再由小组合作完成实验。

在此案例中，教师除了培养学生的高阶思维外，也培养了学生合作探究的能力。

对于上述三条教学策略，它们在教学中有着各自的角色，能发挥各自的作用。而更有效的做法是将它们从“孤立”到“整合”，形成一个“三位一体”的系统。设计基于真实情境的问题解决任务，学生能够自主建构、实验探究，转变化学学习方式，从而在整个解决问题的能动活动中发展高阶思维。

综上所述，我国教育改革持续向前，但是培养学生高阶思维的教学仍显不足，在这个关注知识进阶的时代，思维的进阶也需要给予关注。本文通过回答何为高阶思维，化学教学中为何要培养高阶思维以及如何培养高阶思维等问题，以期促进有效化学教学以培养学生的高阶思维能力。

参考文献：

[1]钟志贤. 教学设计的宗旨： 促进学习者高阶能力发展[J]. 电化教育研究， 2004， （11）： 13～19.

[2]Resnik， L. Education and learning to think [M]. Washington， DC： National Academy Press， 1987： 25.

[3][4]Thompson T. Mathematics teachers' interperetation of higher-order thinking in Bloom's Taxonomy [J]. International Electronic Journal of Mathematics Education， 2008， （2）： 96～108.

[5]Wilks， S.. Critical and creative thinking： Strategies for classroom inquiry [M]. Armidale NSW： Eleanor Curtain， 1995：6.

[6][7]中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 3， 4.

[8]汤小梅. 化学教学中高阶思维训练拓展设计[J]. 化学教学， 2017， （8）： 21～24.

[9]Lewis A.， Smith D.. Defining higher order thinking [J]. THEORY TO PRACTICE， 1993， （3）： 131～137.

[10]王磊. 基于培养学生高级思维和创新能力的化学探究教学发展趋势[J]. 化学教育， 2014， 35（7）： 5～9.