高中化学教学中高阶思维能力的培养

赵小刚

高阶思维是较高认知水平层次上的心智活动或认知能力。高阶思维能力是指分析、综合、评价、创造等能力，集中体现了新时期社会对人才培养的新要求。在高中化学教学中培养学生的高阶思维，需要从学生的实际情况出发，引导其在较高的认知水平层次上进行思考、分析、质疑、创造，从而提升学生的高阶思维能力。思考、创新、情境、实践是影响高中生化学学习和高阶思维发展的重要因素，从以上四方面入手研究培养高阶思维能力的策略，能获得良好的培养效果，有益于高中生今后的学习与发展。

一、 高阶思维能力概念

高阶思维能力是高阶能力的核心，具体包括创新、问题解决、决策、批判能力，集中体现了当前社会发展对高中化学教育提出的人才培养要求，是学生适应社会发展的关键能力。哲学领域对高阶思维能力的思考是从人文科学角度出发的，强调高阶思维是在发现问题至解决问题整个过程中发展而成的。心理学领域认为高阶思维是宽泛的含义，而高阶思维能力则是在思考过程中形成的一种较高认知层面上的认知能力。在教育学领域中，高阶思维能力的研究相对较多，认为该能力主要表现在元认知、决策、批判、质疑、推理、逻辑等方面。

二、 培养高中生高阶思维能力的意义

(一)学生发展的必然要求

化学源自生活、生产实践，随人类社会进步而不断完善和发展。在高中化学教学中培养学生的高阶思维能力，是促进学生发展的必然要求，对培养学生成为高素质人才具有重要的作用。从教学理念角度入手分析，可以了解到高阶思维能力培养凸显素养文本理念，可以助力学生的学习、实践、创造力发展，由此帮助学生掌握分析化学问题的技巧，促进学生思维发展。

(二)激发学生的创新意识

高中化学学科具有抽象性、知识繁杂、内在规律性、实验为基、生活性等特点。教师立足化学教学培养学生的高阶思维，可以激发学生的创新意识，有助于为学生的化学学习夯实基础，让学生利用现有的工具和知识，解决问题、设计实验方案、合理质疑，立足新旧知识的联系，创造性地解决问题，形成良好的创新思维意识，为下一步学习打好基础，积累丰富的化学创新经验。

(三)挖掘学生的学习潜能

高中生正处于关键的学习时期，身上拥有无限的学习潜能有待激发。高中化学教师在教学中培养学生的高阶思维，有助于挖掘学生身上的潜在学习内能，培养学生学习抽象化学知识的自信心，进而提高学生的学习质量，为其日后学习、发展夯实根基。具备高阶思维能力的学生，能明晰自身化学学习的优劣之处，选择科学方法填补自身学习缺陷，进而在努力奋斗中实现自我综合素质发展。

(四)提升学生的思维水平

学生的思维水平是培养高阶思维能力的重要基点，教师按照教学内容设计不同的思维能力培养活动，指导学生通过学习、实践，建构高中化学知识，掌握实践技能，可以提升学生的思维水平。高中阶段学生的思维特点与其年龄特征密切相关，该阶段学生已经具备了一定的逻辑推理能力，此时培养学生的高阶思维，能帮助学生将零散知识串联成严密的知识网络，为下一步学习与实验提供帮助，进而提升学生的思维水平。

三、 高中化学教学中高阶思维能力的培养策略

化学课堂是培养高中生高阶思维的重要场所，深入解读教学目标与学情，可以为教学活动提供参考，能为学生的学习与实验提供明确指引。教师应当拓展化学教学渠道，利用不同的教学环节来推进高阶思维培养，引导学生由浅层次的信息获取和分析转为深层次的理解与运用，进而从强迫式的知识技能学习转为有意义的思维学习，以取得良好的教学效果。以下从思考活动、创客教学、情境创设、小组实践四个方面入手，深入探讨在化学教学中培养学生高阶思维能力的策略。

(一)重整思考活动，实现素养为本教学

思考活动是培养学生高阶思维的重要途径，重整思考活动，有助于实现素养为本的教学，能促进学生的高阶思维能力发展。思考是化学课堂教学活动的灵魂，教师应当结合学生对基础知识的掌握情况，向学生传授科学方法，带领学生分析重难点化学知识，以发展学生的高阶思维。适度重构思考活动流程，让学生在学习基础知识的同时，从不同角度思考解决问题的技巧。此外，教师也要细心总结、归纳学习方法，让学生经历知识形成的全过程，使之通过主动建构化学知识、学习实践技能，实现高阶思维能力的发展。

(1)标记变价：先标出变价元素的化合价；

(2)画出箭号：用双箭号表示(箭号从反应物指向生成物且起止为同一元素)；

(3)注明得失：在箭号上注明电子得、失的总数。

(二)开展创客教育，培养批判质疑精神

创客教育是引领学生夯实基础和促进高阶思维发展的教育理念。开展创客教育，能拓宽高阶思维能力培养的渠道，有助于激发学生的创新思维意识，培养学生良好的批判质疑精神。学生高阶思维发展过程也是学生创新、质疑、批判的过程，因此，教师应当重视创客教育活动，利用与教学内容相关的创新实践活动驱动学生学习、思考、动手操作，以培养学生良好的创新思维意识，使之形成优秀的批判质疑精神，在主动探究问题和创新实践的过程中，发展自己的高阶思维能力。

(1)碱液吸收法：工业废气NOx常用碱液吸收处理[n(NO2)≥n(NO)]。

(2)催化转化法：催化剂、加热条件下，用氨将氮氧化物转化为无毒气体(NO2)，或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(汽车三元催化处理原理)。

如此一来，学生通过进行创客活动，在自主探究与实验设计环节，理解氮及其化合物应用对环境的影响，可以提出自己对环境污染及防治的观点，增强绿色化学意识与保护生态环境的责任感。

(三)合理利用情境，构建生本化学课堂

情境是由教师创设的一种情感氛围，能优化学生的学习体验，可以构建生本化学课堂，让学生在情境中学习化学知识、进行实验探究，不断提升自身的高阶思维能力。高中化学教师应当合理利用情境，准确把握高中生的高阶思维发展基点，将其置于不同的情境之中，以构建生本化学课堂，突出学生的主体学习地位。与此同时，教师要在创设情境时，有意引导学生思考问题，观察化学实验现象，从而为高阶思维能力的培养创造契机，以发挥情境优势，增强教学效果，帮助学生夯实重难点知识学习基础，促进学生高阶思维能力的提高。

(四)组织小组实践，引发学生思维碰撞

小组学习是常见的教学形态，旨在利用合作探究优势，开阔学生的学习思路，在小组成员互帮互助中增加对新知识的学习印象，学会独立分析问题、合作解决问题，提高集体荣誉感，助力高阶思维发展。高中化学教师应当结合教学内容组织学生进行小组实践，因为教学内容是发展高阶思维的关键载体，合理利用小组实践活动引发学生之间的思维碰撞，不仅能营造良好的课堂教学氛围，而且有助于充分调动学生学习化学知识的积极性，从而锻炼学生的团队配合能力，促进学生学习进步。

(五)开展探究学习，培养批评质疑能力

结合化学学科的特点，探究学习一般分为实验探究和推理探究。实验探究即先提出假设，再对假设进行验证，最后得出事实性结论；推理探究即结合材料信息层层推论，在此基础上培养学生的迁移能力和批判思维。在化学课堂中合理设计探究性活动，通过提出探究问题，让学生的高阶思维能力得到充分的发展。探究学习过程中，教师应充当“指导者”和“主持人”的角色，引导学生在分析问题、大胆假设中深入探究和交流。

比如，在人教版高中化学必修第一册《钠及其化合物》一课教学中，教师可以借助实验组织学生展开探究学习，以掌握其物理性质和化学性质。首先，教师在课堂中先进行演示实验，准备一份脱脂棉，包裹住约0.2g的过氧化钠粉末，将其置于石棉网上，向脱脂棉上滴水，结果脱脂棉剧烈燃烧起来。教师可以组织学生结合实验现象探究过氧化钠与水反应相关的结论，围绕“氧气”“放热反应”引导学生展开猜想。随后，鼓励学生利用气密性良好的实验装置进行实验来验证猜想，根据氧气的检验、气密性检查等化学实验基本方法的运用来验证结论。最后，教师借助学生的实验装置，向学生展示演示视频：在实验装置的试管中逐滴加水直至固体完全溶解且不再有气泡生成后，将试管取出向其中滴入酚酞试液，发现溶液变红，振荡后，红色褪去。学生对这一现象感到好奇，认为其中可能出现了新的物质，教师可以借此组织学生探究此现象，并设计简单的实验来解释试管内溶液变化的原因。这一部分具有开放性，考查了学生的实验探究能力，让学生在理论知识的支持下完成探究活动，促进高阶思维的培养。

(六)设计变式迁移，培养学生创造意识

将所学知识内化为一种能力，是教学的主要目标之一，也是迁移水平的具体体现。教师在充分了解学生认知能力的基础上，应尽可能为学生创造变式迁移的机会。传统教学形式下，学生在学习过程中容易出现思维定式，在不同情境之间迁移也存在困难，影响了高阶思维的发展。对此，在变式迁移设计中，教师应先摸清学生的最近发展区，结合知识与能力之间的关系，确定迁移内容和迁移顺序。在变式迁移的过程中不仅可以助力学生形成良好的迁移能力，也是创造性解决问题的过程，使高阶思维能力得到较好的发展。

比如，在人教版高中化学选择性必修3有机化学基础《高分子材料》一课教学中，教师可以借助氮化硅陶瓷设计题目，让学生在解题中完成知识迁移。首先，教师先利用多媒体向学生展示氮化硅陶瓷的创造背景和使用途径，设计问题：氮化硅是一种高温陶瓷材料，其具有硬度大、熔点高，化学性质稳定等特点，工业上曾普遍采用高纯度硅与纯氮在1300摄氏度时反应获得。(1)根据性质，尝试推测氮化硅的化学式：；(2)根据性质推测氮化硅陶瓷的用途( ) A. 制汽轮机叶片 B. 制有色玻璃 C. 制永久性模具 D. 制造柴油机；(3)氮化硅陶瓷具有超强的抗腐蚀性，除氢氟酸外，不与其他有机酸反应。尝试推测陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式：；(4)现用四氯化硅和氮气加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为。本题充分体现了“结构决定性质”“性质决定用途”这一化学思维，学生在审题过程中，需要提取题干中的有效信息，结合已掌握的知识，完成知识迁移，在分析中解答具体问题，以加深对化学新材料的认识。随后，教师设计变式题，变式1：磷酸钙陶瓷也是一种新型无机非金属材料。它可以用于制造人造骨骼，这是利用了材料的( ) A. 耐高温特性 B. 电学特性 C. 光学特性 D. 生物功能；变式2：有人说纳米陶瓷是用一种被称为纳米的新物质制成的材料，你认为这句话对吗？借助问题引导学生思维发散，在分析、探究和创造中逐渐形成高阶思维。

(七)建立思维导图，促进学生知识迁移

思维导图是可视化教学的主要工具，将思维过程用图示工具表现出来，突出知识获得、转换之间的联系。传统化学教学中，教师多是在课堂总结或复习中展示思维导图，学生缺乏参与性，难以借此深入了解知识。对此，在实际教学中，教师应在探究性活动中，合理运用结构化图形来展现思维的发展过程，能有效提升学生的信息分析和转化能力，让学生想象力和创造力也得到发展。

比如，在人教版高中化学必修第二册《基本营养物质》一课教学中，教师在讲解“糖类”相关知识时，可以在引导学生探究的同时构建思维导图，以实现知识迁移的目的。首先，教师组织学生分析糖类代表物的化学组成，发现单糖、双糖、多糖的元素组成相同，均由C、H、O三种元素组成，并利用思维导图列出它们之间的从属关系，再组织学生探究分子结构特点，以小组讨论的形式总结归纳糖类的结构特点。随后，教师引入现实生活中的问题：随着现代工业的发展，能源问题逐渐引起了人们的重视，科学家预言绿色植物将是未来最理想的材料。结合问题背景引导学生思考：绿色植物的秸秆如何转化为乙醇？方程式是什么？借助流程图列举二者之间转换的顺序，秸秆经过淀粉酶处理后可以得到葡萄糖，再经过酵母发酵得到生物乙醇，进而让学生的思维也跟随思维导图变换，以便掌握知识的生成过程。由此，在教学中合理运用思维导图，学生能对知识点形成更直观的认识和理解，并通过分析思维导图的从属关系，深化对知识点之间关系的掌握，构建完善的知识结构，进而促进高阶思维能力的形成。

四、 结语

高阶思维能力的培养对高中生的化学学习与未来可持续发展有深远影响。在化学教学中培养高中生的高阶思维能力，是促进学生创新发展的必然要求，可以激发学生的创新意识，深入挖掘其潜能，促进其思维水平提升。高中化学教师重整课堂思维活动，开展创客教学，能实现以素养为本的教学，培养高中生优秀的批判与质疑精神。同时，教师利用教学情境，组织学生进行小组实践，构建以生为本的化学课堂，合理引发学生的思维碰撞，可以取得良好的高阶思维能力培养效果。