【摘要】實驗是小學科學重要的教學內(nèi)容和教學形式。基于將培養(yǎng)學生的高階思維作為實驗教學的重要目標，文章從高階思維的內(nèi)涵、高階思維的特質(zhì)、實驗教學對培養(yǎng)高階思維的作用以及在實驗教學中培養(yǎng)高階思維的策略四方面展開論述，以期提高學生的思維能力。

【關鍵詞】高階思維；創(chuàng)造性思維；小學科學實驗

作者簡介：呂卉（1987—），女，江蘇省常州市武進區(qū)湟里中心小學。

小學科學是一門以培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)為宗旨的基礎型課程，實驗是小學科學重要的教學內(nèi)容，也是小學科學教學重要的組織形式。引導學生開展以分析、評價和創(chuàng)造為主的高階思維活動，對于促進學生實現(xiàn)深度學習和形成科學素養(yǎng)具有十分重要的作用。

一、高階思維的內(nèi)涵

心理學家本杰明·布魯姆將思維過程從認知角度細分為６個教學目標，即記憶、理解、應用、分析、評價和創(chuàng)造，其中記憶、理解、應用是低階思維，是較低層次的認知水平，主要用于學習事實性知識或完成簡單任務的能力；分析、評價和創(chuàng)造為高階思維，是發(fā)生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力［1］。高階思維的核心是創(chuàng)造性思維和批判性思維。

當前，隨著科技的進步和社會的發(fā)展，低階思維能力越來越不能適應當代社會，因此，注重高階思維能力的培養(yǎng)是當前教育發(fā)展的必然趨勢。

二、小學生高階思維的特質(zhì)

根據(jù)著名兒童心理學家皮亞杰所劃分的感知運算階段、前運算階段、具體運算階段、形式運算階段四個兒童認知發(fā)展階段論，小學生（7—12歲）處于具體運算階段。這個時期，學生的心理操作以抽象概念為主，思維具有一定的彈性，此時學生已經(jīng)有了思維的完整性和邏輯性。也就是說這一時期的學生已初步具備高階思維特質(zhì)，雖然抽象邏輯思維能力還有所欠缺，但他們已經(jīng)具有表象邏輯思維。

三、小學科學實驗教學對培養(yǎng)學生高階思維的作用

小學科學是一門以實驗為基礎的自然學科，實驗是開展科學探究最主要的方法?！读x務教育小學科學課程標準》（以下簡稱《課程標準》）指出，科學探究是獲取科學知識的主要途徑，是通過多種方法尋找證據(jù)，運用創(chuàng)造性思維和邏輯思維推理和解決問題，并通過評價和交流等方式達成共識的過程［2］。

分析、評價、創(chuàng)造等高階思維能力是進行科學探究的主要能力。收集證據(jù)、處理信息、得出結論需要分析思維；表達與交流、反思與評價需要評價思維；提出問題、設計實驗方案、制作模型需要創(chuàng)造性思維。因此，在科學實驗探究中經(jīng)常開展高階思維的活動，不斷地積累和運用高階思維品質(zhì)，提升思維的靈敏性和深刻性，才能讓科學探究真正發(fā)生，達到培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的終極目標。

四、小學科學實驗教學培養(yǎng)學生高階思維的策略

（一）確立指向高階思維的實驗教學目標

目標是教學的靈魂，教學目標既是教學的出發(fā)點，也是教學的歸宿，同時又是教學評價的依據(jù)。只有明確地將培養(yǎng)學生的高階思維作為實驗教學的目標，才有可能設計出支持高階思維發(fā)展的實驗活動并予以落實。在設計實驗活動之前，教師應深入解讀教學內(nèi)容，分析學生的認知特點，運用各種實驗資源制訂具體的指向高階思維的教學目標。

《課程標準》中提出的課程目標包括科學知識目標、科學探究目標、科學態(tài)度目標和科學、技術、社會與環(huán)境目標。實驗教學目標不僅關注知識的掌握、技能的提升、態(tài)度的形成，更加注重培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，以及批判性和創(chuàng)造性思維能力。與常規(guī)的實驗教學目標相比，指向高階思維的實驗活動目標增加了思維目標，常用的行為動詞有設計、假設、辨別、發(fā)現(xiàn)關系等。

例如，蘇教版小學科學四年級下冊“水遇冷以后”一課研究水蒸氣遇冷以后的變化，常規(guī)的活動目標這樣描述：通過觀察與描述，知道水遇冷以后形態(tài)會發(fā)生變化。而指向高階思維的活動目標可以這樣描述：會選擇合適的材料，模擬露水的形成，具有分析和設計實驗的能力；根據(jù)實驗現(xiàn)象，分析露水形成的過程，知道水蒸氣遇冷形態(tài)會發(fā)生變化。

（二）聚焦思維，優(yōu)化實驗活動設計

培養(yǎng)高階思維需要有高階學習活動的支持，只有將高階思維的發(fā)展落實到具體的學習活動中，才能有效促進學生思維能力和探究能力的提升。因此，在實驗教學中，教師應積極開發(fā)對學生具有挑戰(zhàn)意義的、開放的、富含高階思維特征的實驗活動，引發(fā)學生不斷突破原有的思維定式，搭建新的認知圖式，由此逐步發(fā)展學生的高階思維能力。

下面筆者以蘇教版小學科學四年級下冊第一單元“冷和熱”為例，具體闡述提升學生高階思維的實驗教學設計。

1.創(chuàng)設問題情境，激活思維

實驗探究活動的起點是提出問題，因此創(chuàng)設真實的情境、提出問題是設計實驗探究活動的首要任務。

例如，“水遇冷以后”一課，以生活中常見的露水為課堂導入，讓學生說說什么時候見過露水，那時的氣溫在一天之中是高還是低，根據(jù)露水形成的時間和溫度你能猜猜露水形成的原因嗎？用生活中常見的現(xiàn)象導入教學，激發(fā)學生的興趣，通過遞進的問題串，激活學生的思維。

2.重視猜想與假設，發(fā)展思維

在科學研究中，當科學家發(fā)現(xiàn)用已有知識無法解釋的現(xiàn)象時，會根據(jù)自己掌握的資料和經(jīng)驗對問題或現(xiàn)象做出預判，即提出科學假設或猜測［3］。做出假設也是科學探究活動的重要環(huán)節(jié)之一，需要綜合運用分析、類比、歸納、想象等思維方法，因此教師在設計探究活動時也應該重視學生的猜想與假設，在實驗活動中，利用追問和質(zhì)疑的方式引導學生做出假設，并說出自己的依據(jù)。

例如，“冷熱與溫度”一課的研究問題為熱水在變亮的過程中，水溫是勻速下降，還是先快后慢地下降，或是其他？請同學們說說自己的假設。有的學生認為先快后慢，有的學生認為先慢后快，還有的認為沒有規(guī)律。面對學生的不同回答，教師會詢問：“你為什么這樣想？”有的學生說：“水溫比較高，熱量散發(fā)快?！边€有的學生說：“水溫和環(huán)境溫度相差大，下降快，后面水溫降低，與環(huán)境溫差小，下降就慢?！蓖ㄟ^教師的追問和質(zhì)疑，學生調(diào)動已有的知識經(jīng)驗進行分析，做出自己的假設，在這個過程中，學生的邏輯思維和批判性思維得到發(fā)展。

3.制訂實驗方案，提升思維

實驗方案設計是學生具有一定的相關知識和習得一定的操作經(jīng)驗的基礎上，根據(jù)思維程序來完成的心智活動，是最能體現(xiàn)一個人思維能力的一項活動［4］。實驗設計是探究活動的組成部分，是實驗證據(jù)搜集和問題解釋等活動的前提條件。為了讓學生能充分有效地進行實驗設計，并落實設計內(nèi)容，教師可以從問題情境的創(chuàng)設、提供假設的依據(jù)、搭建活動的“腳手架”等方面入手，提升學生實驗設計的能力。

例如，“熱脹冷縮”一課研究空氣受熱和遇冷時，體積會有什么變化。在已知液體有熱脹冷縮的性質(zhì)之后，學生心里也有疑惑，其他物體有沒有熱脹冷縮的性質(zhì)呢？教師可順勢提出研究問題：“氣體，如最常見的空氣，有沒有熱脹冷縮的性質(zhì)呢？”學生猜想有。教師繼續(xù)引導：“你能用實驗來驗證自己的想法嗎？聯(lián)系剛剛液體熱脹冷縮的實驗，想一想我們可以用哪些材料來驗證呢？”教師給予學生充分思考的時間，學生在生活中接觸過氣球和皮球，因此部分學生就會想到利用氣球，將其套在瓶口放入熱水中。教師可繼續(xù)提問：“這個想法是否可行？”以此引發(fā)學生思考并討論實驗的可行性。

另外，教師也可以在驗證性實驗中融入綜合性、探索性內(nèi)容，為學生搭建好“腳手架”，逐步引導學生設計實驗方案。

例如，“水遇冷以后”研究水蒸氣遇冷以后的變化，在充分討論了露水形成的原因后，教師拋出問題：“你能制造露水嗎？”問題剛提出時，學生可能想不到方法，這個時候教師要給他們一個“腳手架”，問：“要想制造露水，先要制造什么？”學生馬上就能想到先要制造水蒸氣，此時教師繼續(xù)問：“水蒸氣怎么制造呢？制造了水蒸氣后還需要什么呢？”在教師一步一步的引領下，學生設計出了實驗裝置和實驗步驟。

4.收集和分析數(shù)據(jù)，深化思維

實驗數(shù)據(jù)的收集與分析往往是最容易被忽視的環(huán)節(jié)，但其實運用好數(shù)據(jù)的收集和分析能培養(yǎng)學生的實證意識，這也是克服目前科學教學中普遍存在的“重過程，輕結論”問題的有效途徑?？茖W實驗活動中，教師要引導學生主動收集數(shù)據(jù)，學會整理數(shù)據(jù)，關注每個數(shù)據(jù)，培養(yǎng)分析概括能力，能基于數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象，更要能基于證據(jù)提出批判性的問題，使學生養(yǎng)成實事求是、嚴謹細致、基于證據(jù)的批判性思維。

例如，“水受熱以后”一課研究水沸騰前后溫度和水位的變化。在實驗前，教師問：“你們知道一般情況下，水沸騰的溫度是多少攝氏度嗎？”學生回答：“100℃。”在實驗過程中，學生用酒精燈加熱燒杯中的水，每隔一分鐘測量一次水的溫度，直到水沸騰4分鐘后，停止加熱。教師指導學生實事求是地記錄數(shù)據(jù)，并畫出溫度變化的曲線圖，再提問：“實驗時你是如何知道水已經(jīng)沸騰了？”學生答：“水翻滾了，冒大量氣泡時就沸騰了?！苯處熡謫枺序v時的溫度是多少。根據(jù)學生的測量，當水沸騰時，溫度計示數(shù)只有95℃。這時教師提問：“你們有疑問嗎？剛剛說水沸騰時的溫度是100℃，為什么測量出來是95℃呢？是我們測量錯了嗎？”此后，教師通過對比高原地區(qū)和高壓鍋水的沸點，幫助學生理解水沸騰時的溫度還和當時的氣壓有關。

通過教師適時的引導，學生主動分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題數(shù)據(jù)并嘗試解釋，運用數(shù)據(jù)來解決問題，培養(yǎng)了對數(shù)據(jù)的敏感性，提高了分析思維能力和科學素養(yǎng)。

5.關注表達和評價，活躍思維

表達與交流也是科學探究的過程，清晰、準確、公正地表達與交流是任何活動所必需的，也是一切科學工作的基礎，同樣也是小學科學探究活動的重要環(huán)節(jié)。在表達與交流過后，教師要對學生進行及時評價，同時鼓勵學生之間互相評價，促進學生思維的不斷深入。在課堂上，教師要鼓勵學生大膽地說出自己的實驗結論，并鼓勵他們對同學的回答進行質(zhì)疑和評價，以此培養(yǎng)學生的歸納能力和批判性、發(fā)散性思維。

例如，“冷熱與溫度”一課，學生做完熱水降溫實驗后，得到了一組數(shù)據(jù)，此時教師問：“根據(jù)數(shù)據(jù)，你能說一說熱水降溫是什么規(guī)律嗎？”學生回答：“是先快后慢的規(guī)律?！苯處熇^續(xù)問：“我怎么沒有看出來呢？同學們看出來了嗎？你是怎么看出來的呢？”學生回答，還需要看每兩分鐘水下降的溫度，這時教師再問：“你們同意他的觀點嗎？你們還有什么好的辦法嗎？”學生繼續(xù)評價并補充。

教師的正面激勵和學生的相互評價共同作用，讓學生在課堂上敢于表達，善于表達，從而使思維能力在思辨中得到發(fā)展和提升。

（三）開發(fā)多樣化的實驗教學組織形式

為發(fā)展學生的高階思維，教師還需開發(fā)多種實驗教學組織形式，利用學校、社區(qū)、家庭等資源，開發(fā)延伸實驗作為課后探究活動，讓學生以小組合作的方式展開探究，甚至可以開展一些長期的課外探究活動，以彌補課堂教學的不足，拓展學生思維的廣度。

例如，在學生學習了如何制造露水，如何制造冰之后，教師可以設計制造霜的實驗活動，鼓勵學生利用家庭生活中常見的材料，充分利用課后、興趣小組等時間完成實驗探究，并且可以鼓勵學生將水的三態(tài)變化制作成漫畫、思維導圖等形式在班內(nèi)交流分享。

總之，在小學科學實驗教學中培養(yǎng)學生的高階思維有非常重要的價值和研究意義。在實驗教學中，教師首先要轉(zhuǎn)變思想，開展思維培養(yǎng)教學，不斷探索和運用各種教學策略來組織活動，真正發(fā)展學生的思維能力和科學素養(yǎng)。

【參考文獻】

［1］陳懋.基于學生高階思維培養(yǎng)的初中物理實驗教學［J］.物理教師，2021，42（09）：56-58.

［2］中華人民共和國教育部.義務教育小學科學課程標準［M］.北京：北京師范大學出版社，2017.

［3］柴西勤.小學科學課上發(fā)展學生“猜想與假設”能力的思考［J］.課程·教材·教法，2019，39（07）：127-131.

［4］王愛生.實驗是發(fā)展思維之伴［J］.中小學實驗與裝備，2019，29（03）：31-34.