基于實(shí)驗(yàn)探究的高階思維教學(xué)策略

【摘 要】 文章以“植物光合作用的實(shí)質(zhì)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，從情境創(chuàng)設(shè)以激發(fā)高階思維、任務(wù)驅(qū)動(dòng)以培養(yǎng)高階思維、遷移運(yùn)用以發(fā)展高階思維這三個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)整節(jié)課進(jìn)行了詳細(xì)的評(píng)析。文中分析了教學(xué)中各種任務(wù)及活動(dòng)的設(shè)計(jì)意圖，總結(jié)了教師如何在不同的教學(xué)環(huán)節(jié)中鍛煉學(xué)生的高階思維，并結(jié)合2022年版《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中的課程目標(biāo)，以及團(tuán)隊(duì)對(duì)高階思維教學(xué)策略的相關(guān)研究成果，提出了基于實(shí)驗(yàn)探究的高階思維教學(xué)策略。

【關(guān)鍵詞】 深度學(xué)習(xí)；高階思維；情境創(chuàng)設(shè)；任務(wù)驅(qū)動(dòng)；遷移運(yùn)用

一、探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

2022年，教育部頒布了最新一版的《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》，其中清晰地介紹了生物學(xué)核心素養(yǎng)的內(nèi)涵，包括：生命觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐和態(tài)度責(zé)任。一線生物教師們對(duì)探究實(shí)踐尤為關(guān)注，期望能在探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有效培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。然而，在當(dāng)前的探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，許多教師只是披著“科學(xué)探究”的外衣，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“假探究”，生硬地照搬科學(xué)探究的一般過程，導(dǎo)致許多探究實(shí)驗(yàn)實(shí)質(zhì)上變成了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。這樣的教學(xué)方式不僅無法有效地培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，甚至可能禁錮學(xué)生本該活躍的思維。

2022年版《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，學(xué)生通過初中生物學(xué)課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)達(dá)到如下目標(biāo)：初步掌握科學(xué)思維方法，具備一定的科學(xué)思維習(xí)慣和能力；初步具備科學(xué)探究和跨學(xué)科實(shí)踐能力，能夠分析解決真實(shí)情景中的生物學(xué)問題；初步確立嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，樂于探索生命的奧秘。

本文以南京市中華中學(xué)教師開展的“植物光合作用的實(shí)質(zhì)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例。該實(shí)驗(yàn)課程巧妙地將驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)“綠葉在光下制造淀粉”轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄繉?shí)驗(yàn)“綠葉在哪種光源下產(chǎn)生淀粉”，十分精彩。在理論學(xué)習(xí)結(jié)合實(shí)踐探究教學(xué)的基礎(chǔ)上，本文對(duì)高階思維教學(xué)策略展開了相關(guān)研究。

研究結(jié)果顯示，教師應(yīng)推動(dòng)日常教學(xué)向深度學(xué)習(xí)發(fā)展。深度學(xué)習(xí)注重知識(shí)的批判性理解，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)內(nèi)容的有機(jī)整合，關(guān)注學(xué)習(xí)過程的建構(gòu)與反思，重視學(xué)習(xí)過程中的知識(shí)遷移、高階思維和問題解決。它是一種以高階思維為主導(dǎo)的學(xué)習(xí)過程，是一種更接近知識(shí)本質(zhì)和智慧內(nèi)核的學(xué)習(xí)方式。

二、基于實(shí)驗(yàn)探究的高階思維教學(xué)策略

（一）情境創(chuàng)設(shè)，激發(fā)高階思維

情境導(dǎo)入：“根據(jù)課程安排，‘綠葉在光下制造淀粉’的實(shí)驗(yàn)原定于12月初進(jìn)行，但近期連續(xù)陰雨，缺乏充足的陽光。我們?cè)撊绾螒?yīng)對(duì)這種情況呢？”

學(xué)生提出：“我們可以使用其他光源來代替太陽光嗎？”學(xué)生們聯(lián)系生活實(shí)際，提出了多種生活中常見的光源，如操場(chǎng)上的照明燈、報(bào)告廳中的舞臺(tái)燈，家中常見的白熾燈、日光燈、浴霸，校醫(yī)務(wù)室的遠(yuǎn)紅外理療燈、紫外線燈，以及馬路上的紅綠燈等。經(jīng)過討論，他們確定了選擇標(biāo)準(zhǔn)：光源需像太陽一樣溫暖且亮度高。最終，學(xué)生們選定了白熾燈、補(bǔ)光燈、與照明燈同款的金鹵燈、舞臺(tái)燈、遠(yuǎn)紅外理療燈這幾種光源，并決定分組選擇不同的光源進(jìn)行探究，以探究“綠葉在哪種光源下能產(chǎn)生淀粉”。

設(shè)計(jì)意圖：探究實(shí)驗(yàn)的引出環(huán)節(jié)應(yīng)激發(fā)學(xué)生的興趣，而非強(qiáng)行、生硬地引入探究。直接引出“綠葉在光下制造淀粉”的實(shí)驗(yàn)可能難以激發(fā)學(xué)生的思維，而結(jié)合生活中遇到的真實(shí)問題進(jìn)行情境創(chuàng)設(shè)，則更能吸引學(xué)生參與探究，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，并為下一步鍛煉學(xué)生的思維能力提供可能。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生綜合運(yùn)用已有知識(shí)，結(jié)合生活實(shí)際，尋求解決問題的思路，這有助于提高學(xué)生的問題求解能力和創(chuàng)造力，進(jìn)而有效發(fā)展他們的高階思維能力。

情境的創(chuàng)設(shè)應(yīng)聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際、自然現(xiàn)象、社會(huì)熱點(diǎn)以及科技進(jìn)展等，以引發(fā)認(rèn)知沖突，激活學(xué)生思維，推動(dòng)學(xué)生在新舊知識(shí)、概念和經(jīng)驗(yàn)之間建立聯(lián)系，尋求解決問題的方法，并發(fā)展分析性思維等高階思維能力。

（二）任務(wù)驅(qū)動(dòng)，培養(yǎng)高階思維

在“綠葉在哪種光源下制造淀粉”這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備過程中，教師充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，調(diào)動(dòng)學(xué)生的活動(dòng)積極性。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生們把整個(gè)探究活動(dòng)視為一次有趣的“挑戰(zhàn)性任務(wù)”。結(jié)合教學(xué)中遇到的實(shí)際問題，教師給學(xué)生提出了一系列任務(wù)：

1. 任務(wù)一：請(qǐng)各實(shí)驗(yàn)小組選擇合適的光源，探究除了太陽光，還有哪些光源可以進(jìn)行光合作用。

各個(gè)實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行商量和討論，自主選擇想要探究的光源，他們分別選擇了白熾燈、補(bǔ)光燈、金鹵燈、舞臺(tái)燈和紅外線理療燈進(jìn)行探究。

設(shè)計(jì)意圖：此任務(wù)旨在充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)生在選擇光源的過程中展現(xiàn)批判性思維，能夠多角度、辯證地分析問題，提出自己的見解，同時(shí)鍛煉決策力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

2. 任務(wù)二：請(qǐng)各小組針對(duì)本組所選光源，提出相應(yīng)的問題，并作出假設(shè)。

為了完成這項(xiàng)任務(wù)，學(xué)生們主動(dòng)回憶上學(xué)期學(xué)過的科學(xué)探究的一般過程，從而創(chuàng)造性地針對(duì)要研究的不同光源提出相應(yīng)問題，并作出假設(shè)。

設(shè)計(jì)意圖：此過程注重新舊知識(shí)的整合，同時(shí)也發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造力。

3. 任務(wù)三：辨析小組的實(shí)驗(yàn)操作是否遵循了實(shí)驗(yàn)探究的原則。

第一組：一盆天竺葵暗處理一晝夜后進(jìn)行照光，再取一葉片繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

第二組：兩盆天竺葵暗處理一晝夜后，其中一盆進(jìn)行照光，另一盆繼續(xù)暗處理。再各取一葉片進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

第三組：同一盆天竺葵暗處理后分別選用兩個(gè)葉片，一片完全遮光，一片照光，分別進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

第四組：暗處理和遮光這兩個(gè)步驟顛倒。

第五組：對(duì)葉片進(jìn)行部分遮光時(shí)只遮葉片正面。

學(xué)生們聯(lián)系以前學(xué)過的科學(xué)探究相關(guān)知識(shí)，分析出以下結(jié)論：第一組沒有設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，第二、三組沒有遵循單一變量原則，第四組步驟顛倒后沒有光照，不能探究綠葉在光下產(chǎn)生淀粉的問題，第五組遮光時(shí)應(yīng)該遮住同一葉片正反面對(duì)應(yīng)位置。他們發(fā)現(xiàn)這些操作都沒有遵循實(shí)驗(yàn)探究的原則。

設(shè)計(jì)意圖：通過一系列設(shè)疑，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系以前學(xué)過的科學(xué)探究相關(guān)知識(shí)回答全新的問題，注重新舊知識(shí)的整合。在完成辨析任務(wù)的過程中，鍛煉學(xué)生的批判性思維，學(xué)生通過分析錯(cuò)誤操作的具體原因能夠獲得隱性知識(shí)，對(duì)高階思維能力的培養(yǎng)起到了很大的推動(dòng)作用，這也是一個(gè)深度學(xué)習(xí)的過程。

4. 任務(wù)四：對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行排序，討論并理解各個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟的目的。

學(xué)生們通過小組討論，順利進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)步驟的排序，結(jié)合任務(wù)三的思考，大多數(shù)同學(xué)也能比較準(zhǔn)確地說出各個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟的目的。其中，酒精脫色的原理，學(xué)生一開始不太理解。但是，有的小組主動(dòng)請(qǐng)教老師，有的小組提前搜集了資料，在了解了一些化學(xué)知識(shí)后，學(xué)生也就掌握了酒精脫色的原理。

設(shè)計(jì)意圖：在完成任務(wù)三的基礎(chǔ)上，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行排序，此時(shí)學(xué)生已理解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則，積累了完成此任務(wù)的知識(shí)基礎(chǔ)。小組討論并理解各個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟的目的，可以讓學(xué)生不僅是知其然，而且是知其所以然，促使學(xué)生的認(rèn)知走向深入。討論各個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟的過程，充分提升了學(xué)生的問題求解能力和分析能力。

5. 任務(wù)五：搭建“酒精脫色”這個(gè)步驟的裝置。

學(xué)生在任務(wù)四中知道了“酒精脫色”這一步驟的原理，并嘗試把自己的理解運(yùn)用到裝置的設(shè)計(jì)中。對(duì)“酒精和水分別放在哪個(gè)燒杯里”這個(gè)問題，他們已基本清晰。每一組都能通過自己的理解、討論和嘗試，搭建出正確的裝置。

設(shè)計(jì)意圖：本任務(wù)可以鍛煉學(xué)生的問題求解能力、動(dòng)手操作能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力，對(duì)學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)的提升意義重大。

6. 任務(wù)六：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分享小組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

各小組自己分工合作，動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)本組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，不是所有的光源都能讓綠葉進(jìn)行光合作用，綠葉在白熾燈、補(bǔ)光燈、金鹵燈和舞臺(tái)燈下可以進(jìn)行光合作用，而在紅外線理療燈下卻不可以。對(duì)于不同光源結(jié)果不同的疑問，教師在課堂上為學(xué)生連線名師，幫助大家解決疑問。

設(shè)計(jì)意圖：在本任務(wù)的完成過程中，學(xué)生鍛煉了動(dòng)手操作能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，讓學(xué)生充滿了疑問與探索的興趣，想要更深入地了解不同光源的根本區(qū)別。這時(shí)候，引導(dǎo)學(xué)會(huì)充分發(fā)掘身邊的資源了解新知識(shí)也非常重要，對(duì)學(xué)生提升科學(xué)素養(yǎng)有很大幫助。

由此可見，設(shè)計(jì)具有趣味性、探究性、思維進(jìn)階性的“任務(wù)群”，能引導(dǎo)學(xué)生走向深度學(xué)習(xí)，提升高階思維能力。

（三）遷移運(yùn)用，發(fā)展高階思維

遷移運(yùn)用：在南京天竺葵并不常見，購(gòu)買也不易，這可怎么辦呢？

學(xué)生們對(duì)探究產(chǎn)生了興趣，又提出了新的問題：除了天竺葵，其他植物能否也用來做這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)?？在選擇植物這方面，學(xué)生再次發(fā)揮了他們的聰明才智。最后，各個(gè)小組選擇了不同的常見植物來進(jìn)行探究，包括一串紅、矮牽牛、玫瑰、菊花腦、礬根、荷蘭菊、綠蘿等。

由于課堂時(shí)間有限，而酒精脫色步驟耗時(shí)過長(zhǎng)會(huì)影響課堂進(jìn)度，學(xué)生進(jìn)行了進(jìn)一步的探究：什么樣的葉片更易脫色呢？在教師的啟發(fā)下，學(xué)生們針對(duì)葉片的四個(gè)維度進(jìn)行了深度探究，分別是：嫩與老、薄與厚、軟與硬、表皮茸毛與光滑。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們得出結(jié)論：植物材料應(yīng)選擇嫩、薄、軟、茸毛的葉片，比如幼嫩的一串紅、矮牽牛，脫色8分鐘后現(xiàn)象明顯，而礬根只需要脫色6分鐘。另外，他們還發(fā)現(xiàn)青菜菜秧也可以用來做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，但脫色困難的綠蘿和荷蘭菊則不符合要求。

設(shè)計(jì)意圖：由課堂探究實(shí)驗(yàn)遷移到實(shí)際材料準(zhǔn)備中遇到的問題，這樣的遷移過程可以激發(fā)一些學(xué)生在課后繼續(xù)探究的興趣，這又是一次思維的碰撞。這樣的過程可以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和分析能力。這就給師生在選擇植物材料做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)提供了很多新的思路，這些植物比天竺葵要常見得多。通過知識(shí)的遷移運(yùn)用，學(xué)生可以分析和解決更多有趣且有意義的問題，還可以創(chuàng)造出一些新的研究機(jī)會(huì)，從而使學(xué)生思維能力的培養(yǎng)得到延續(xù)，而不局限于這一節(jié)課。另外，這里的選材也可能會(huì)觸及教師的知識(shí)盲區(qū)，因此教師應(yīng)該提前進(jìn)行充分的知識(shí)準(zhǔn)備。教師應(yīng)該是終身學(xué)習(xí)者，唯有終身學(xué)習(xí)，才能扎下教學(xué)的生命根須，才能不斷發(fā)展自我、發(fā)展學(xué)生。

可見，教師需要讓學(xué)生回到實(shí)際生活場(chǎng)景中，合理利用所學(xué)知識(shí)和方法，嘗試分析和解決生活中的實(shí)際問題。這樣不僅能促進(jìn)學(xué)生在遷移運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的同時(shí)深化、內(nèi)化知識(shí)，還能發(fā)展他們的分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造等高階思維能力。

三、結(jié)語

在實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)過程中，教師可以通過設(shè)置進(jìn)階任務(wù)的方式，引導(dǎo)學(xué)生逐步進(jìn)行探究，這樣既降低了學(xué)生進(jìn)行整體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難度，又讓學(xué)生在完成一個(gè)個(gè)細(xì)化任務(wù)的同時(shí)不斷思考，從而更好地發(fā)展思維能力。此外，不應(yīng)拘泥于課本，探究活動(dòng)的材料也可以用其他材料來代替。教師應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生通過思考重新設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單但效果相同的實(shí)驗(yàn)，要解放思想，鍛煉批判性思維，發(fā)揮創(chuàng)造力。這樣，探究才會(huì)更有意義，學(xué)生的思維才能得到更好的鍛煉和提升。

另外，在平時(shí)的教學(xué)中，教師還可以鼓勵(lì)學(xué)生把學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中，積極參與實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，再通過自己的嘗試逐一去解決，充分提升學(xué)生的分析能力、創(chuàng)造力、決策力，并鍛煉、發(fā)展批判性思維，注重知、情、意、行的統(tǒng)一。這也與2022年頒布的《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中核心素養(yǎng)的內(nèi)涵不謀而合。教師在課堂中運(yùn)用合適的教學(xué)策略，可以有效地幫助學(xué)生掌握生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、掌握科學(xué)思維方法、培養(yǎng)科學(xué)探究和跨學(xué)科實(shí)踐能力、確立嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度、樹立健康意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感，也可以助力生物學(xué)課程的育人導(dǎo)向真正從“三維”走向“素養(yǎng)”。

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