谈高阶思维视角下科学教学设计策略
冯茹
[摘 要]高阶思维能力是指一种认知能力和逻辑能力相对较高的，可以综合理解、分析、运用思维的能力。科学素养包含各个方面，其中一项即是发展学生的思维能力。以苏教版小学科学四年级《冷热与温度》为例，谈如何从“优化教学目标”“设计问题串”“抓住错误时机”这三个教学策略出发，发展学生的高阶思维。
[关键词]高阶思维;科学教学;设计策略
[中图分类号] G623.6[文献标识码] A[文章编号] 1007-9068（2021）27-0079-02
高阶思维能力是指一种认知能力和逻辑能力相对较高的，可以综合理解、分析、运用思维的能力。在科学课上，培养学生的高阶思维能力，主要有四个载体：研究问题、实践活动、评价的实施、技能的应用。其中，问题是起点，在问题的研究中，可以使学生保持长期的思考;活动的设计可以使学生的思考过程转移到实践探究;评价是指学生对探究过程是否合理、实验数据是否正确的一种批判;在得到可以实证的结论后，学生可以获得一种技能，并将其应用到生活中。这四个过程可以培养学生的批判性思维、策略性思维、创新性思维等。
那么，在教学实践中，如何培养学生的高阶思维呢？笔者在执教四年级科学《冷热与温度》一课时，尝试用“优化学生思维发展的教学目标”“探究性问题串的设计策略”“巧用容错，加强对实验数据的分析”的方式发展学生的高阶思维。
一、优化教学目标，提高思维深度
在制定教学目标时，教师应结合科学学科性质和学生的实际情况对教学目标进行适当的调整，并根据教学目标对教学内容进行科学加工，从而使学生的思维得到有层次地发展。
《冷热与温度》一课的原教学目标如下：（1）使学生知道如何正确使用温度计测水温。（2）能够连续测量一杯热水的温度变化并分时段记录数据。（3）根据记录的数据概括热水变凉的规律。笔者认为，这样的教学目标看似合理，实则忽略了对学生高阶思维的培养，主要表现在：（1）注重学生对实验操作技能的掌握，探究活动多，缺少思维加工的过程。（2）学生在连续测量进行探究活动时，局限于知道、理解如何连续测量一杯热水的温度，并发现温度的变化，思维深度不足。总之，原教学目标过于简单，没有突出思维的重要性，难以有效促进学生高阶思维能力的发展。
为此，笔者基于学生思维发展的层次性对本课的教学目标进行了优化：（1）重视数据分析，知道可靠数据是科学实验成功的基础。（2）用科学的方法设计实验来探究热水变凉的规律，通过分析实验数据得出结论。通过对数据的分析，学生知道什么样的数据是可靠的、能利用的;同时，对错误数据的分析，可以为学生重新设计实验做好铺垫。这样的目标制定，更能促进学生科学探究意识的培养和高阶思维的发展。
二、设计问题串，提供思维支架
问题串就是跟随情境提出的一连串的问题，每个问题都是学生思维上升的阶梯。好的问题串可以引导学生逐步深入地分析和解决问题，有效提升学生的思维发展和科学素养。本课的重点是先让学生猜测热水变凉的过程有没有规律，然后围绕自己的猜测去设计实验进行探究。笔者从四年级学生的年龄、认知、思维特点出发，设置积极的、具体的、有层次的问题串，引导学生建立不同概念之间的联系。
教学片段：
教师让学生代表1测量一杯热水的温度，并观察红色液柱的变化。
师：你看到红色的液柱有什么变化？
生：上升了。
师：回答得很好！那么，能具體描述一下液柱上升时的速度是如何变化的么？
生：先是很快上升，然后变慢了，最后不动了。
师小结：刚才液柱上升的规律很明显，先快后慢，最后不动了。那它会一直停在这个位置么？
生：不会的，过一会热水会变凉，液柱就会下降。
师：那你们猜猜看，液柱下降的速度（温度下降的速度）有没有规律呢？
生1：可能和液柱上升的规律一样，先是很快，然后变慢，最后不动。
生2：可能先很慢下降，然后很快下降。
生3：可能一直很快的下降。
生4：可能匀速下降，也可能慢慢地下降。
在这一教学片段中，笔者首先制造条件，让学生观察热水中红色液柱的变化情况，获得“测量热水温度时液柱上升的规律变化”的前概念，这时，他们对温度的变化有了一个比较直观的印象。接着，笔者引导全体学生合理的推断热水下降时的规律。笔者设计的问题串是：
（1）用温度计测量热水温度时，液柱有什么变化？
（2）液柱上升时的速度是如何变化的？
（3）液柱会一直稳定在这个位置么？
（4）推测热水温度变凉时，液柱下降的速度是如何的？
问题（2）（3）（4）是在问题（1）的基础上提出，整个问题串呈递进的关系。其中，问题（1）主要考查学生对一种实验现象的陈述，属于低阶思维，而问题（4）是学生在问题（2）的基础上，对另外一种未知实验现象的推断，属于高阶思维。由此可见，低阶思维和高阶思维是互相转化的，教师可以利用有层次的问题串引发学生深度的、复杂的思考，为学生高阶思维的发展提供支架。
三、抓住错误时机，激发思维火花
在教学中，教师要把学生出现的错误当作难得的资源，并加以运用。例如，当某一学生发表了自己“错误”的观点后，教师并不急于否定，而是给学生足够时间思考，逐步引导学生识错、议错、纠错。这个过程可以培养学生的批判性思维，使学生学会批判，在批判中培养学生的创新思维能力。
教学片段：初步分析数据，发现问题
教师分别给每组准备一杯热水。小组成员按照从1号到6号的顺序依次测量水温，并分别做好记录，活动结束后引导学生分析数据。
案例1：某组的1号同学测量的温度低，2号同学测量的温度反而高了。
师：大家觉得这样的数据合理么？为什么？
生：不合理，因为热水会变凉的，所以第一个测量的同学记录的数据是最高的，而后面测量的同学记录的数据应该会变低的。
师：出现这样的原因可能是什么？
生1：可能没有等到液柱稳定就读数了。
生2：也有可能他们读数时视线没有平视刻度线。
案例2：某组1号同学测量的数据和6号同学测量的数据差距不明显。
师：请同学们相互讨论并思考下列问题。
（1）在预测热水温度下降的规律时，你打算怎样分析这6个数据？
（2）为什么会出现数据之间太接近甚至一模一样的情况？
（3）你打算如何重新设计实验？
生讨论后汇报。
生1：分析这6个数据的规律时，可以前后数据相减。
生2：数据太接近甚至一模一样是因为间隔时间太短了。
生3：我打算重新设计实验时要保证有一定的时间间隔，间隔时间要相同，而且长短要合适，比如我们组认为间隔时间可以设置为两分钟。
……
高阶思维总是从低级思维逐渐发展的，因此，这一教学环节，首先强调了学生的实验操作技能，并没有思维的深度加工，属于低阶思维。接着，学生在分析数据之间有没有规律，并说明自己是如何分析的，这一环节体现了学生的思辨过程，属于高阶思维。
显然，在第一次测量热水温度的活动中，学生记录的数据是有问题的，通过分析有错误的数据，学生可以为接下来重新设计实验做好铺垫。在案例1中，1号同学测量的温度比2号同学测量的温度低，这一错误的数据可以使学生重新审视自己的操作是否规范。在案例2中，出现温度数值太接近甚至一模一样的情况。这时，教师可以让学生分析可能的原因是什么。全班学生都参与了这一探究活动，他们清楚这一测量过程是1号到6号同学轮流进行的，也就是有间隔的测量，所以大多数学生都可以想到是测量时间间隔太短导致数据太接近。这时，教师再顺势追问：“你如何把握时间间隔？”经过学生对数据的讨论分析，他们便清楚设计热水变凉规律的实验要满足两个条件：间隔时间要长短合适、间隔时间要相同。学生也会明白在实验的过程中要注意哪些细节，如第一次读数要等到液柱稳定、操作要规范、温度计要固定、需要计时器等。
通过教师的引导，学生可以找到错误的根源，为接下来自主设计实验探究热水变凉的过程提供了更为清晰的思路。可见，错误也是课堂中的一种宝贵资源，只要合理利用，就会得到意想不到的教学效果。在学生初次轮流测量热水温度时，教师让学生分析数据之间是否有规律，大部分学生不会找出规律。接着，教师再引导学生分析原因，学生会逐步认识到初次测量的错误操作。在识错的基础上，教师再引导学生分析错误，最终使得他们纠正错误，重新设计实验。这一环节发展了学生的批判性思维和创新性思维。由此可见，“巧用容错”可以使学生的思维呈现出螺旋上升趋势，帮助发展学生的高阶思维。
综上所述，高阶思维的课堂并不是盲目地追求知识的数量和难度，而是关注学生在学科能力、推理能力、问题解决能力、在核心素养等方面的发展。每个儿童都具有自己的独特性，他们对这个世界充满了好奇心，具有与生俱来的探究学习的天性。在科学课堂上，教师应该保护学生的这种好奇心和探究欲望。这就要求我们每一位科学教师遵循儿童的天性，不断創造良好的探究情境，使学生真正享受到学习给他们带来的愉悦和成就感。如此一来，我们就可以打造真正的高阶思维课堂。
（责编 韦淑红）
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