基于高阶思维的科学关键能力的培养

卓振宇

摘要：学科关键能力是从学生认识过程和方式的角度对学生高阶思维的外显形态，是直接影响了科学学习和科学问题解决的高级心理活动，因此加强学生基于现象发现和深入思考问题的高阶思维对于科学学科关键的能力形成具有重要意义。本文以浙教版科学九年级《物体的内能》的教学为例，阐述了高阶思维与关键能力的联系、发展学生高阶思维的基本路径和提升学生关键能力的基本要素。

关键词：初中科学；高阶思维；关键能力

中图分类号：G632.0文献标识码：A文章编号：1992-7711（2020）11-0039

“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。培养学生创新精神和实践能力，则有赖于学生的高阶思维。然而，当前教学中对高阶思维和关键能力的认识仍存在着不少误区，如知识本位下的课堂教学漠视高阶思维的培养、空谈高阶思维却忽视关键能力的提升、高阶思维与关键能力无法有机联系在一起等。因此，本文以浙教版科学九年级上册第三章《物体的内能》为例，阐述如何促进高阶思维发展，提升学科关键能力的路径和方法。

一、对已有教学经验的反思

内能是初中科学的核心概念之一，又因极富抽象性的特点，故被公认为初中阶段较难理解的科学概念之一。通常较为普遍的教学思路是：先是让学生通过类比机械能建立内能的概念，结合分子运动论的相关知识从微观角度理解内能的内涵，再通过实验归纳得出内能可有两种改变途径，即做功和热传递，接着再认识做功、热传递的等效性，最后辅以练习、对话、纠错以达落实。

然而，这种教学思路多半是建立在教师对已有成熟的物理科学体系上理解教材，再将教学内容以半加工的形式呈现给学生，而学生也停留在识记知识、理解知识、简单应用等低阶认知为主，从而忽视了学生的主观能动性，因此本质上仍属于知识本位的讲授课堂，客观上也加大了学生学习内能的难度。

基于以上的分析，围绕科学关键能力的培养这一研讨主题，笔者在市教研院举办的研修班内进行了公开实践和探索。

二、优化教学目标

根据课程标准，结合教材和学情，把高阶思维和关键能力的培养放在首要地位，制订了以下教学目标。

1.通过橡皮筋实验的观察学会发现值得探究的问题，提高提炼、表述科学问题的能力。

2.通过与机械能的类比，结合分子运动论的基本观点，学会从宏观到微观构建内能的概念。

3.通过一系列实验的事实与分析，能根据物体温度变化来判断内能的变化，归纳总结出做功和热传递都是改变物体内能的途径，并能区分功和热传递，理解做功和热传递改变内能的实质和热功等效。

4.通过运用内能变化原理解释实验和生活现象，再次领悟转换、类比等科学方法，以及运用判断、区分、举证、整合、归因等高阶思维提高“科学地解释现象”“解释数据和证据”“评价与设计实验方案”等学科关键能力。

三、教学过程描述

1.确立科学问题

任务一：橡皮筋实验（反复拉伸橡皮筋，瞬间将橡皮筋紧贴额头），说出额头的感受，并提出一个感兴趣的科学问题。

归纳，整理，聚焦：

（1）为什么皮肤接触到橡皮筋时，会感觉到热？

（2）为什么橡皮筋经过反复拉伸后，温度会升高？

2.解释科学现象

任务二：根据生活实例分析热传递中物體温度的变化，得出热传递的规律。

核心问题一：为什么皮肤接触到橡皮筋时，会感觉到热？

学生回答：因为皮肤和橡皮筋之间发生了热传递。

【师】结合上述问题，请思考并回答以下几个问题：

（1）水和勺子之间有没有热传递？证据呢？

（2）水和勺子为什么可以发生热传递？

（3）表示勺子温度变化的曲线是a还是b？

（4）本实验中还有哪些部位也发生了热传递？

【归纳】：热传递的过程实质上是内能从高温物体传递到低温物体，或者从同一物体的高温部分传递到低温部分。

3.归纳科学规律

核心问题二：为什么橡皮筋经过反复拉伸后，温度会升高？

假设并判断：

（1）空气和橡皮筋之间发生了热传递，橡皮筋吸收了空气的热量，温度升高；

（2）手和橡皮筋之间发生了热传递，橡皮筋吸收了手的热量，温度升高；

（3）手对橡皮筋做了功，橡皮筋温度升高。

学生思考并讨论，排除了前两种假设，并初步得出对物体做功，物体内能会增大。为了说明这一结论具有普适性，需要大量实验验证。

4.解释科学证据

任务四：利用已有的实验器材，设计实验检验物体对外做功，内能减小。

思考并小组讨论：

（1）如何能使瓶内气体对瓶塞做功？

（2）如何能感知气体做功后内能减小？

5.宏观微观，构建完整概念

任务五：阅读并类比得出分子具有动势能。核心问题三：为什么温度会影响物体的内能呢？

【师生归纳】我们把物体内部所有分子热运动的动能和势能的总和叫作物体的内能。当一个物体温度升高时，分子运动速度加快，分子动能增大，构成这个物体的所有分子动能总和增大，最终物体的内能增大。

四、问题与讨论

1.高阶思维与关键能力的联系

运用高阶思维是提升关键能力的前提；而如果没有升华为关键能力的提升，空有高阶思维也势必偏离了方向，就像一个人守着金山银山而不懂得怎样去花，所以关键能力是高阶思维发展的归宿，同时也是试金石。

2.促进学生高阶思维发展的基本路径

在科学教学过程中高阶思维的发展路径大体要经历从感性上升为理性的过程。由于学生发展的内因是他们与生俱来的好奇心与求知欲，因此引入阶段可为学生提供丰富有趣的感性材料，引导学生基于现象进行分析、抽象、概括和建立模型，帮助学生根据实验现象进行分析归纳，或运用已学知识完成演绎推理，在此基础上，指导学生合理运用和拓展知识，开展小组合作设计实验方案和实验器材等活动，在知识应用和科学实践中活跃批判性思维和创新思维，逐步实现高阶思维的发展。

综上所述，当前，我们所提倡的科学学科关键能力实质是高阶思维的外显形态，随着课堂变革的深入，人们越来越清醒地意识到这两者的重要性，而它们从幕后走向前台最直接的好处在于教育教学质量的提升，在刚过去的九年级期末考试中，恰逢一道说理题，既考查了内能，又考查了诸多学科关键能力。

参考文献：

[1]沈之菲.提升学生创新素养的高阶思维教学[J].上海教育科研，2011（9）.

[2]郭玉英等.基于学生核心素养的物理学科能力研究.北京：北京师范大学出版，2017.

（作者单位：浙江省温州市瓯海区梧田一中325000）