化学教学中高阶思维训练拓展设计
摘要：在化学教学中，运用多领域知识的有机融合，对相应的教学理念用具体的教学设计进行诠释，设置适当而有梯度的学科教学内容，是培养实用型、创新型、综合型的具有高阶思维能力的人才的方式之一。一些有效的化学教学拓展设计完全能支撑学生的高阶思维训练。
关键词：化学教学；高阶思维；思维训练；拓展设计
文章编号：10050021- 04
中图分类号：C633.8
文献标识码：B
1高阶思维概述
1.1 高阶思维与高阶能力
高阶思维（Higher-order Thinking），是指发生在较高认知水平层次上的心智活动和综合性能力。一般以美国教育学家布卢姆的认知领域教育目标的分析、综合、评价三个阶层定义为高阶思维能力，主要指创新能力、问题求解能力、决策力和批判性思维能力。学习者运用初级思维来处理信息，如辨认简单的数学符号，而需要运用高阶思维去探讨并解决较为复杂的问题。
高阶思维是高阶能力的核心，集中体现了知识时代对人才素质提出的新要求，是适应知识时代发展的关键能力。培养学习者高阶思维能力需要设计系列新型的教学过程。事实上，高阶思维能力包含着几种交迭的范畴，如元认知技能、批判性思维、创造性思维。但是学术界还是较肯定地认为高阶思维能力是复杂的，它包括自我调节的思维过程和产生多个决策的思维过程。高阶思维能力包含的五种能力不是单独存在的。如当学习者运用推理能力解决问题的同时也证明了学习者的问题求解能力。
因此，学习者仅学习传统的核心课程是不够的。需要学会运用多种学科知识与高阶思维能力解决问题以及创造新观念、新产品和新服务，成为具有应变能力、适应能力和持续的终身学习者。良好的思维能力必须辅助有针对性的训练。高阶思维能力的发展必须有教学环境和教学手段的支持，以增强学习者持续学习的能力。
1.2化学教学特点与高阶思维训练
化学已经渗透到人类社会生活的各个方面，从衣食住行到高科技太空探险，从纸墨笔砚到迅速发展的计算机等等，无一不是和化学密切相关。能源、材料、环境、生命和信息等社会各界普遍关心的热点问题，其产生、发展乃至最终解决，都离不开化学。
因此，在中等教育过程中学习化学不仅要学习化学的核心基础知识，同时也需要学会运用化学的学科思维解决相应的生活、社会问题。如何围绕重大的社会、政治、经济、道德问题，在基本知识的基础上建立起对化学原理的理解。通过解决问题发展学生自身批判思考的能力、更好地评估风险和收益的能力以及引导他们对技术相关问题做出有见识而且合理的决定的技巧。
目前的化学学科在中等教育中已经包含如物理、生物、地理等学科知识，但比较突出本学科特点。虽然开设各种选修课，培养学生的综合实践能力，但学生解决问题的能力相对单一，高阶思维发展不够充分。因此，借助与科学、技术、工程及数学相关的所有领域，甚至与心理学、经济学、社会学和政治学相关课程的学习，通过设计围绕着化学学科基础知识原理的项目可以对学生进行高阶思维的训练。
2拓展教学阶梯式设计
2.1设计依据
高阶能力可以通过分别抽取能力要素，就能力本身来予以训练和提高，但是最有效的方法是与课程内容和教学方式整合，让学习者投入到需要运用高阶能力/高阶思维的学习活动（如问题求解、任务驱动学习、协作学习、项目学习、反思学习等）之中。这种学习活动一般称之为高阶学习。
高阶思维的教学并不是单纯的思考技巧的教学，为达到成效，可以将教学进一步解构为四个向度：为思考教学（ Teaching for Thinking）、教思考方法（ Teaching of Thinking）、教关于思考（Teachingahout Thinking）和运用思考的教学（Teaching withThinking），理解这四个向度的意义可见表l。
高阶能力的学习需要有阶梯式训练过程。需要考虑学生的思维现状，设置合适的思维阶梯，达到思维高阶的发展要求。
2.2设计要点
通过教学可以发现，对学生的高阶思维培养设计需要遵循一些原则。
第一，学习者需要在特定的知识领域发展高阶思维能力。
第二，通过构架的教学来支撑高阶学习，从低阶的思维逐步上升到高阶能力。
第三，为学习者提供模拟高阶思维能力的机会，发挥同伴学习者的认知相互支持作用。
第四，设定能激发高阶思维能力发展的复杂任务。
第五，通过构架的教学来支撑高阶学习。
教师在进行拓展设计时，需要对各个阶段有明确的要求，以有利于学生进行上升式的研究。
教学的初阶准备，即是第一向度。首先为思考教学，需要挑选围绕相应学科的、精准的课题内容，教会学生围绕相应基础知识原理，通过收集整理信息，选择自己的问题观点，此时需要教会学习者一些基本的、可实际操作的思考方法，并及时与同伴分享。为后面的研究整体结构搭建相应的组成部分。
当教学阶段过渡到中阶探究过程时，即是训练思维的第
二、三向度的教学过程，可以是学生自己在初阶准备时发现某些知识可以通过实验或调查进行进一步的研究；也可以是在与同伴分享结果时，由同伴提出的能进一步思考的问题。判断当前材料背后潜在的观点、偏见、价值和意图。如果这个思维过程能上升到进一步的研究过程，可以通过对新问题的研究达到高阶解决问题的过程。但是，学生的学习停留在任何一??阶段，都应该是值得肯定的，这些准备在所有的科学研究中都是必经阶段。
高阶的研究过程，属于第四向度的教学，需要教导学习者形成一种解决问题的计划，建构科学、完整的研究过程。这个过程需要融合各科的知识。同时也需要有一个分析、归纳、演绎和反思的过程，并最后分享白己的研究，发挥同伴学习者的认知相互支持作用。
以此，可以建立学习者学习过程、教学者思维训练与思维向度的相关模式（如图1）。
3训练设计实例
以《化学与社会》中“选择你的海水淡化方案”为训练实例。
训练课题：“如果你居住在一座极其缺水的城市，或是一座小海岛的居民，每天等着从内陆运淡水的小船来接济你急需的淡水，比较上述各种淡化海水的方法，站在居民、淡水供应商、市政建设部门的角度，阐述你的淡化方案，并打算如何收费（与你目前的家庭水费做比较）。”
通常可选作训练实例的课题涉及内容有足够的发展空间，起点低，如“海水淡化”即苏教版《化学与技术》“专题1多样化的水处理技术”中“第三单元海水淡化”内容。
3.1初阶准备
以“为思考教学”为目的的初阶准备，是通过查询资料、收集信息，从化学等基本学科知识了解海水的成分、海水淡化的意义、淡化海水的材料以及能耗等等。这些信息是学生进一步思考的基本素材，查询有实证的信息的途径、辨别有效信息的方法、收集并保存参考文献的方法等都是初阶准备所必须的。可以采用KWL等方法反思学习者的思考过程：
K--What I already know？我已经知道什么？
W--What l want to know？我想知道什么？
L--What I have learned？我学到了什么？
3.2中阶探究
中阶探究以“教思考方法和教关于思考”为教学目的，是一个通过对初阶准备的反思，学会提问的过程。如海水淡化对人类生存的影响有哪些？对自然的影响有哪些？各国淡化海水的方法有哪些？为什么每个国家会选择不同的海水淡化方法，有哪些因素会制约选择，起决定作用的因素是什么，等等。教会学生提问，是利用信息进行进一步分析，达到学习者思维进阶的过程，运用思维导图（见图2）、曼陀罗思维法、PMI（plus，mmus，interest）等引导学生思考、训练学生的思维能力的方法。并以此进行新的推论：即从方法、成本、效果、利弊分析等，结合假想的小岛条件等各方面阐述优劣，学会制成海报等向同伴分享。
海水淡化主要解决沿海城市或海岛居民的用水隋况，自己所居住的城市可能不需要通过海水淡化供应居民用水。通过中阶探究学习，可以进一步引导学生研究自己所在城市的用水情况，并解决自己身边存在的一些问题。即学会通过反思自己的思维方法，在新问题情景中进行高阶思维的运用。学习者根据自己城市供水的水源实际情况，污染及其净化处理，调查居民的用水情况，浪费是否严重，收费是否合理等等。运用所得信息进行数据处理，讨论是否可以实行阶梯水价，大概制定什么价格，并将自己结论和方案提供给相关部门，讨论可行性。这一过程完成从初阶准备到高阶研究的递进。
3.3高阶研究
在教学中100名学生参与了家庭用水情况调查，学生设计了包含用水方向、用水习惯（如通过发放温度计调查洗澡水温的高低，发放量杯了解各种用途用水的多少等）及水费等内容的调查问卷，发现城市水资源的缺少，除了每年发生的突发性水污染事件以外，家庭的用水“浪费”也是其中之一，与市政部门不分类、不分级的低收费有一定关系。“目前大多数的城市现行单一计量水价，使价格杠杆不能很好地发挥调节供需的作用。单一计量水价，即对居民生活用水实行无基本用水量的计价方式；对非居民用水，实行无基本定额的计价方式，只是简单按照用水量乘以统一价格的方式计收水费。在单一计量水价模式下，定价太低，不能激发用水户的节约意识，造成大量浪费；定价太高又损害了低收入群体的利益，不符合公益性原则。近些年来，随着经济的发展，单一计量水价已不适应当前经济发展的形势，造成了高收入者过多侵占用水福利的不公平现象”。（学生调查结论）。因此，学生进一步提出建立实行阶梯水价的模型，即在合理核定居民用水及各类企业营业用水基本用量的基础上，对基本用量以内的用水实行低价，超过基本用水量的部分实行超量累进加价。通过查阅我国个别已经实行阶梯收费的城市水价，发现有些定价参数不符合本城市的要求，“选择对定价方案有最显著影响的参数。确定该方法的适用的地区范围。编写相应计算机程序，搜索一定范围内给定的方案，模拟这些方案，寻求最优解”。其中城市居民最低正常用水量/户，最低收入均为重要的参数。学生采用VB程序设计模拟最优阶梯水价定价方案，算法部分采用遗传算法，因为该算法从概率而言可以很好地生成最优方案（经过多次测试，当遗传代数在1000代左右时，方案基本趋于收敛）。
因此在高阶研究阶段学生可以在初阶准备、中阶探究后，建立自己的研究思维模式，对实际生活中的问题提出相应的解决方法，完成高阶的学习过程。
4结论
在我国，激发和培养学生高阶思维能力存在明显的不足。因此，课程教学可以超越对学科知识的认知性掌握，在核心素养中强调高阶思维能力的培养。而高阶思维能力与核心学科知识是不可分割的，学校需要在所有核心学科中传授基本的和高阶的思维技能。培养学生的高阶思维能力，需要变革教与学的方式，鼓励学生的发现学习、创造学习、探究学习和合作学习，学、思、做相?Y合，尝试运用项目式、问题式、探究式的教学方式，使学生通过分享思想观点、与同伴合作、将不同学科主题联系起来、用新方法解决问题等方式，发展高阶思维能力。在化学教学中，运用跨学科的教学理念和教学设计进行具体诠释，设置适当而有梯度的学科教学内容，一些有效的拓展设计是完全能支撑学生的高阶思维训练的。
