高阶思维流程图在初中科学深度学习中的应用分析

作者简介：陈凯（1983～），男，汉族，浙江杭州人，杭州市文海启源中学，研究方向：初中科学课堂的概念教学。

摘  要：随着社会发展和科技进步，人们对教育要求也越来越高。初中科学教育作为培养学生科学素养和创新能力的重要环节，亟须引入新教学方法来提升学生的学习效果。高阶思维流程图作为一种新颖的学习工具，具有潜在应用前景。文章对高阶思維流程图在初中科学深度学习中的应用进行分析，旨在为教育者提供相关策略和思路。

关键词：高阶思维流程图；初中科学深度学习；问题解决能力

中图分类号：G633.41    文献标识码：A    文章编号：1673-8918（2024）16-0013-05

科学知识展现形式涵盖了科学事实、概念、原理、规律、模型和理论，具有高度抽象性和严谨性。而高阶思维流程图则是一种基于分析、评价和创造等高阶思维有效解决策略和认识思路图文表达的系统，其呈现严密逻辑，与科学知识特点和思维方法相契合，能够有效促进初中科学深度学习。

一、 高阶思维流程图价值

高阶思维流程图是一种图形化思维工具，它能够帮助学生将知识点串联起来，构建知识体系。通过制作高阶思维流程图，学生可以将各个知识点之间联系和依赖关系清晰地呈现出来，形成一个完整知识框架。这种整体性理解有助于学生更好地掌握知识，提高学习效果。在制作流程图过程中，学生需要对知识点进行分析、归纳和总结，这要求他们具备较高思维能力和逻辑思维能力。同时，流程图制作过程也需要学生进行问题分析和解决，培养了他们问题解决的能力。通过不断思考和探索，学生可以培养创新思维和批判性思维，为未来学习和工作打下坚实基础。在制作流程图过程中，学生需要运用想象力和创造力，将知识点进行重新组织和整合，形成独特思维模式。这种创新思维培养对学生终身发展具有重要意义，可以帮助他们在面对复杂问题时能够灵活应对，找到更好的解决方案。

二、 初中科学深度学习主要问题

（一）知识理解不牢固

学生在学习过程中容易忘记已学知识。由于学科知识复杂和学习任务繁重，学生往往需要记忆大量知识点和概念。因缺乏有效记忆方法和技巧，许多学生在一段时间后就会遗忘之前学过的知识，不仅影响了学习效果，也限制了对知识深入理解和应用能力的发展。学生对知识的理解常常存在错误或片面情况。由于学科知识复杂和抽象，学生在学习过程中往往会陷入表面理解或机械记忆误区。可能只关注于记住知识点表面意义，而忽视了知识背后的深层次原理和逻辑关系。这种片面理解容易导致学生在解决问题时出现错误思路和方法，限制了他们创新能力和问题解决能力的发展。初中学生正处于认知发展初级阶段，思维方式相对简单和直观。对一些抽象和复杂的科学知识，学生往往难以理解和掌握。可能会陷入思维定式，无法从多个角度去思考和分析问题，导致学生对知识的理解停留在表层。

（二）学生参与度不高

初中科学深度学习的一个主要问题是学生参与度不高。传统教学方法将教师置于中心地位，而学生在课堂上缺乏积极参与和思考的机会。这一问题可以从教学模式和学生心理两方面来深入剖析。传统教学模式强调教师灌输式讲解，而学生则被动接受知识。这种单向传递的教学方式没有充分激发学生自主学习的兴趣和积极性，导致学生对学科知识投入和参与度不高。教师往往过于注重知识传授和考试成绩，而忽视了学生的主体性和思维能力培养。这种教师导向教学模式限制了学生在课堂上表现出主动性和创造性。在初中阶段，学生正处于身心发展关键时期，心智成熟水平不同，个体差异明显。部分学生可能面临自身能力与任务要求不匹配，容易产生学习焦虑和自卑情绪，从而导致他们对参与学习有所抵触。学生可能面临着来自同伴压力或自身动机问题，对学习产生了兴趣不高或者消极态度。

（三）难以培养创新能力

现有教学模式往往过于注重知识灌输和应试成绩，忽视学生创新思维和创造力培养。这一问题的根源可以从教学目标和教学方法两方面进行深入剖析。教学目标设定往往偏重于知识掌握与记忆，而忽视了学生创新能力的培养。当前教育评价体系普遍偏向标准化考试形式，对学生创新能力考察相对较少。这种情况下，学生往往更注重临时记忆和机械运用，而缺乏对知识深度的理解和创新应用能力培养。传统教学方法往往限制了学生创新能力的发展。传统教学模式通常是教师为中心，学生被动接受知识灌输。忽视了学生主体性和创新思维的培养，学生缺乏探究和解决问题的机会。传统评估方式偏向套用标准答案，对学生创新性和独立思考能力缺乏有效考察和激励。

（四）知识与实际应用脱节

学生在学习过程中往往只注重理论知识学习，忽视了知识与实际应用的联系。他们可能只是机械地记忆和理解知识点，没有深入思考这些知识在实际生活中的应用价值。导致学生对知识掌握停留在表层，无法将所学知识应用到实际问题中去。学生缺乏实践机会和实践经验，难以将所学知识与实际应用相结合。由于学校教学资源限制和学习任务的压力，学生缺乏实践的机会和时间。可能只是在课堂上听讲、做练习题，没有参与实验、观察和探究。学生难以将所学知识与实际应用相连接，限制了他们创新能力和问题解决能力的发展。

学生对知识与实际应用之间联系的认识也受到自身思维方式和认知能力的限制。初中学生正处于认知发展初级阶段，思维方式相对简单和直观。他们往往难以从抽象理论知识中联想到具体实际应用情境，无法将所学知识与实际问题相联系，限制了对知识的理解和应用。

（五）评估方式不充分

传统考试评估方式过于注重对知识点的记忆和理解，忽视了学生高阶思维能力的培养。在这种评估方式下，学生往往只追求记住知识点，忽略了对知识的理解和应用。他们可能只是机械地背诵和重复，没有深入思考和探索知识内在联系与逻辑结构。无法全面评价学生思维能力和创新能力的发展。传统考试评估方式往往只关注结果，忽视了学习过程的重要性。学生往往只追求得到一个好成绩，忽略了学习过程中的思考、探究和实践。可能只是为了应对考试而死记硬背，没有真正理解和掌握知识。无法全面评价学生学习态度和学习方法的改进。传统考试评估方式限制了学生创新思维和问题解决能力的发展。学生往往只追求标准答案，而不敢有独立思考和创新想法，只是按照老师的要求去回答问题，没有培养批判性思维和创造性思维，无法激发创新潜能和解决问题的能力。

三、 高阶思维流程图在初中科学深度学习中应用策略

（一）引导学生思考

教师可以提出一个具有挑战性的问题或情境，激发学生思考的欲望。然后，教师可以指导学生使用高阶思维流程图来梳理知识，将问题分解为更小的问题，找出解决问题的方法和步骤。在制作高阶思维流程图的过程中，教师应注重培养学生的批判性思维和创造性思维。教师可以鼓励学生提出不同观点和解决方案，引导他们进行深入讨论和辩论。教师还可以提供一些启发性的问题，引导学生思考问题的多个方面和可能的结果。可以设计一些实际的问题，要求学生运用所学知识和技能来解决。在解决问题过程中，教师可以引导学生使用高阶思维流程图来分析问题、制订解决方案，进行反思和评估。

例如，在学习化学反应课程时，教师设计了一个实验活动，让学生通过实验观察和分析不同物质之间的化学反应。教师向学生介绍了实验目和步骤，然后提供了所需实验材料，如硫酸、氢氧化钠、酚酞等。接下来，学生分组进行实验操作，观察反应过程中的现象，并记录实验数据。在实验结束后，教师引导学生使用高阶思维流程图来分析和展示研究成果。学生需要确定实验目和假设，“硫酸和氢氧化钠反应会产生什么物质？”学生需要收集实验数据，如反应物质量、生成物质量等。学生需要根据实验数据进行分析，找出反应过程的规律和特点。将分析结果整理成高阶思维流程图（如下图1），清晰地展示实验过程和结论。在这个案例中，学生通过使用高阶思维流程图来分析和展示研究成果，使得他们思考更加系统和有条理。学生通过参与实验操作，培养了观察力、分析能力和动手能力，更加深入地理解了化学反应原理和应用。

图1  高阶思维流程图（二）激发学生兴趣

设计有趣的学习任务和活动是关键。学生会对那些能够引起他们兴趣的活动更感兴趣和投入。教师应该选择具有吸引力的学习任务，例如实验、观察和模拟活动，以激发学生好奇心。例如，在学习物质性质和变化时，学生可以参与实验，以及观察不同物质之间的化学反应。这将让学生逐渐形成对科学浓厚的兴趣。用高阶思维流程图来促进学生深入研究和呈现相关知识。高阶思维流程图是一种强大的工具，可以帮助学生组织和展示思路。教师可以引导学生使用高阶思维流程图来探索感兴趣的科学主题。例如，学生可以选择研究太阳系的组成和行星的运动，然后使用高阶思维流程图来分析和展示研究成果（如图2）。这样深入研究将让学生对科学产生更大兴趣。鼓励学生进行科学实践和探索也是重要策略。通过实践和探索，学生可以亲身体验科学的乐趣和挑战。教师可以设计一系列实验和探究活动，让学生主动参与。学生可以通过实验了解光折射原理，或者通过设计并制作简单电路来探索电流和电压的关系。这样实践和探索将培养学生科学思维和解决问题能力，同时激发他们对科学的兴趣。

图2  高阶思维流程图

（三）组织合作学习

学习合作是指学生在小组中共同合作，共同完成学习任务。在制作高阶思维流程图过程中，鼓励学生进行小组合作，能够增强学习效果，同时也能够培养学生团队合作和沟通的能力。在小组中，学生可以相互学习、分享思考，共同解决问题。这种学习方式让学生相互理解和信任，有助于学生缩小认知差距，更好地理解学科知识。在组织学生学习合作时，应该明确任务和目标，以确保学生明确自己的职责和任务内容。鼓励学生相互协调、配合，共同解决问题。教师可以定期组织小组内部讨论，鼓励学生根据自己的思考和理解，对他人的意见提出质疑和建议。这样交流和讨论将帮助学生更好地理解和掌握学科知识。教师可以进行一些信息交流和资源共享活动，帮助学生更好地学习和掌握知识，同时培养学生的合作精神和团队协作能力。

例如，在学习生态系统的课程时，教师组织学生进行小组合作学习。将学生分成若干个小组，每个小组由4～5名学生组成。教师向学生介绍生态系统基本概念和组成部分，以及如何制作高阶思维流程图来分析和展示生态系统的结构和功能。教师为每个小组分配了一个具体生态系统主题，如森林生态系统、草原生态系统等。在小组合作学习过程中，学生需要共同完成任务，收集与所选生态系统主题相关的资料，如物种多样性、食物链、能量流动等方面的信息。对收集到的资料进行分析，找出生态系统中的关键环节和相互关系。学生需要根据分析结果，使用高阶思维流程图来展示所选生态系统的结构和功能（如图3）。每个小组需要在课堂上展示研究成果，包括高阶思维流程图和相关解释说明。

图3  高阶思维流程图

（四）个性化拓展

在初中科学深度學习中，教师可以根据高阶思维流程图，提供个性化拓展学习任务。教师可以通过评估学生的学习能力和兴趣，了解他们的学习需求和潜力。教师可以根据这些信息，为每个学生设计适合他们能力水平的拓展学习任务。对学习能力较强的学生，教师可以要求他们制作更复杂和综合性的高阶思维流程图。这可以包括更多子问题和解决方案，以及更深入分析和评估。教师可以鼓励学生运用高级思维技能，如批判性思维和创造性思维，来解决问题和提出新观点。教师还可以为学生提供一些挑战性的拓展学习任务，以激发他们学习的兴趣和动力。例如，教师可以引导学生进行科学研究或实验设计，并要求他们使用高阶思维流程图来整理和分析研究结果。这样的任务可以帮助学生将所学知识应用到实际情境中，培养他们的实践能力和创新思维。

例如，初中科学课上，教师通过评估学生的学习能力和兴趣，发现某同学对生物学特别感兴趣并且具有较强的学习能力。教师想帮助某同学深入了解细胞的结构和功能，运用高级思维技能进行综合分析和评估。教师为该同学设计了一个个性化的拓展学习任务。任务要求某同学使用高阶思维流程图，制作一个关于细胞结构和功能的综合性思维导图。某同学需要将细胞分为植物细胞和动物细胞，并进一步探究它们的结构特征和功能差异。可以进一步拓展，将细胞结构与其功能联系起来，探索细胞膜、细胞器和细胞核等组成部分之间的相互作用与适应关系。某同学还可以加入关于细胞分裂和细胞特化等高级概念，以及与环境和遗传相关的因素。通过这个任务，教师引导某同学应用高级思维技能，如批判性思维和创造性思维，来解决问题和提出新观点。通过制作综合性思维导图（如图4），某同学不仅仅是记忆和理解细胞的结构和功能，而是进行更深入的分析和评估。他将不同细胞组成部分之间的联系整理出来，可以更好地理解细胞是如何运作的。同时，这个任务也促使某同学将所学知识应用到实际情境中，培养了实践能力和创新思维。

图4  综合性思维导图

（五）评估方式创新

在评估学生学习成果时，教师可以采用综合性评价和思维能力考察方式。首先，教师可以要求学生展示他们制作高阶思维流程图，并进行讨论和交流。通过观察学生的展示和交流，教师可以评估他们对知识的理解和应用能力，以及他们的问题解决能力和思维逻辑。教师可以评估学生对知识深入理解和综合运用的能力。通过观察学生制作高阶思维流程图，教师可以了解学生是否能够将所学知识进行整合和应用，以及他们是否能够提出创新解决方案。通过观察学生展示和交流中的表现，教师可以了解学生是否能够分析问题、制定解决方案，并能够清晰地表达自己思路和推理过程。教师还可以评估学生的批判性思维能力，即他们是否能够对问题进行深入思考和分析，并提出合理质疑和改进意见。除了观察学生的展示和交流外，教师还可以结合作业、小组讨论、实验报告等方式进行评估。通过综合运用多种评估方式，教师可以更全面地了解学生的学习和能力发展情况，为他们提供有针对性的指导和支持。

例如，在学习化学反应的课程中，教师要求学生进行实验并制作高阶思维流程图来展示研究成果。在评估学生的学习成果时，教师采用了综合性评价和思维能力考察方式。教师组织了一个小组讨论，让学生展示他们制作的高阶思维流程图，并进行讨论和交流。在讨论过程中，教师观察学生的表现，评估了他们对知识的理解和应用能力，以及问题解决的能力和思维逻辑。当一个学生提出一个新的解决方案时，教师会询问他如何得出这个方案，以及他的推理过程是否合理。通过这样的评估方式，教师可以了解学生是否能够将所学知识进行整合和应用，以及他们是否能够提出创新解决方案。教师结合作业、实验报告等方式进行评估。在作业中，教师要求学生根据实验结果撰写一份实验报告，并在报告中使用高阶思维流程图来展示实验过程和结论。通过阅读学生的实验报告和高阶思维流程图，教师可以评估学生对知识深入理解和综合运用的能力。

四、 结论

高阶思维流程图能够帮助学生提高思维能力和问题解决能力，培养创新思维和批判性思维。值得注意的是，高阶思维流程图不仅适用于科学教育，对其他学科深度学习也具有参考价值。未来，应进一步研究和探索高阶思维流程图在不同学科和教育阶段中的应用，并结合新技术手段，进一步优化和完善教学方法和策略。

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