高中生物学教学中高阶思维能力的培养——以“探讨加酶洗衣粉的洗涤效果”为例*

丁 婷 曹燕波

（江苏省无锡市辅仁高级中学 江苏无锡 214123）

当今世界，科学技术迅猛发展，科学教育的重要性愈发突显。《生物课程标准（解读）》中提到，科学教育的基本任务是培养学生必备的、可持续发展的科学素养。其中关于“生物科学素养”的论述是：“科学素养可以增加人们的观察事物的能力，思考问题的能力，创造性的解决问题的能力，具有批判性思维的能力以及在团队中的合作能力等。”这些能力都是高阶思维能力的体现。可见对学生科学素养培养的核心之一在于对学生高阶思维能力的培养。

对于高阶思维（high-order thinking，HOTS），不同的学者提出了不同的说法。美国著名教育学家布鲁姆（B.S.Bloom）发表“认知领域教育目标分类”，依据思维方式的复杂程度，将思维分成从低层次到高层次、从简单到复杂的6个思维层次，即知道（knowledge）、领会（comprehension）、应用（application）、分析（analysis）、综合（synthesis）、评价（evaluation）。其中分析、综合和评价为“高阶思维”［1］。国内对于高阶思维能力的研究大都以钟志贤教授的高阶学习理论为基础。钟志贤教授认为，所谓高阶思维，是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或较高层次的认知能力，高阶思维能力主要由问题求解、决策、批判性思维、创造性思维四大能力构成［2］。

本文以“探讨加酶洗衣粉的洗涤效果”的教学实践为例，探讨如何培养学生分析、综合、评价和创新的高阶思维能力。

1 创设思维情境，培养分析能力

最适合思维的教学，是以思维为基础的问题教学，问题能促进学生高阶思维能力的形成。学生在分析问题、解决问题的过程中，既获得知识和技能，又培养了发现问题的能力。因此第1课时的教学重点是引导学生进行问题分析，掌握探究实验设计的核心要点。

首先，通过一段加酶洗衣粉的广告导入新课，教师简单介绍加酶洗衣粉的主要成分及其作用：表面活性剂具有湿润、乳化、混悬、起泡的作用，可去除衣物污渍；水软化剂例如三聚磷酸钠会优先与钙离子、镁离子等结合，防止表面活性剂与水中的钙、镁离子结合形成沉淀而失活，提高表面活性剂的利用率；酶制剂可降低表面活性剂和三聚磷酸钠的用量，其中常用的碱性蛋白酶、碱性脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶能将难溶于水的大分子物质水解为可溶于水的小分子物质，使洗衣粉具有更好的去污能力。然后，教师引导学生联系生活实际，并回顾已经学过的有关酶的知识，探讨影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素。学生总结得出影响加酶洗衣粉洗涤效果的主要因素包括：温度、pH、洗涤时间、洗衣粉的用量、水量、衣物的大小和质地等。教师补充资料：研究表明，含有上述多种酶的复合酶的最适反应温度为45℃，最适pH为10.0，在温度20～60℃、pH9～10范围内均具有良好的稳定性［3］。教师顺势提出“探讨加酶洗衣粉的洗涤效果”这一大课题可细化成许多个子课题，然后指导学生4～5人为一组决定一个想要探究的子课题，例如 “探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对污渍的洗涤效果的不同”“探究不同温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响”“探究同种加酶洗衣粉对不同种污渍的洗涤效果”等。

实验设计的过程其实也是将先前实验经验迁移的过程。为了训练学生能科学、系统地设计实验，教师需为学生的实验设计提供科学的引导。可提出以下几个问题：1）小组的探究实验需要用到哪些材料和用具？2）该实验的自变量是什么？如何设置？3）该实验的因变量是什么？选择怎样的观察指标？4）该实验有哪些无关变量？如何控制？5）该实验是否需要设置对照？如果需要，怎样设置？

学生结合本组的课题独立分析上述问题，教师请几位学生依次作出回答。期间，教师要注意对以下几个问题的引导：1）设置温度梯度时既要考虑酶的最适温度，也要考虑当地一年中的实际气温变化；2）要选择一个客观的观察指标评价洗涤效果；3）要确定合适的用水量、洗衣粉用量和布料大小。

2 整合思维亮点，培养综合能力

通过第1课时的问题分析，学生对于自选课题的实验设计已有了大致的思路，几位学生的发言也让其他人发现了自己思维上的漏洞。于是教师要求学生小组利用课余时间相互讨论，合作撰写一份自选课题的实验设计方案，方案中应包括实验课题、实验材料、方法步骤、实验结果记录表格等，以电子稿或手写稿的形式提交，同时鼓励学生利用周末时间按照本组实验方案开展实验，用相机拍下实验过程（图1），在第2节课上展示实验方案和实验照片。

图1 学生实验“探究同种加酶洗衣粉对不同污渍（酱油、墨水、红酒）的洗涤效果”

合作学习提倡“个人争论+互相合作”，小组成员相互交流自己对于实验设计的想法，学习和综合不同组员看待问题、思考问题的不同方法，可以不断地促进对问题积极的思维，还可以有更多的情感体验，最终达到一起成长、一起进步的目的。

3 引导思维碰撞，培养评价能力

第2课时的教学重点是各小组展示实验方案，师生共同探讨分析、评价改进。在教学过程中，教师鼓励学生小组相互评价，提出改进建议，教师可作适当引导，例如可建议学生从无关变量考虑是否全面、实验步骤的顺序是否合理、实验记录表格是否完整等方面评价。每个小组在设计方案时都或多或少会有漏洞，在这节课上，学生除了对其他小组的方案作出评价，还可以对自己的学习结果进行自我判断与分析，及时自我纠正，取长补短，完善本组的实验方案。

教师要关注学生在课堂上的表现，及时给予鼓励，调动学生学习的主观能动性，使学生看到自己的优点和不足。在评价内容上，应该坚持多元化的思想，既要关注结果，又要重视过程，更要鼓励创新的思想。对于存在明显问题的实验方案也要进行鼓励、肯定，再引导学生找到改进之处［4］。教师要留有充足的时间让学生展示、讨论，若1课时不够可再延长1节课，让每个小组都能上台汇报交流。课后，教师可将部分照片打印后在学习园地中展示，让学生充分体验成功感。

4 激发思维灵感，培养创新能力

素质教育是以培养学生创新能力为重点的教育，在探究性学习中教师要鼓励学生提出除教材所列的3个子课题外自己感兴趣的实验课题，引导学生反复深入地思考问题，不拘泥于教材，不依循于常规，激发学生的求异思维、多向思维，培养学生的创新能力和敢于质疑的精神［5］。在展示课上要大力宣扬实验设计的独到之处，让每位学生的聪明才智得到发挥。

图2 学生实验“探究不同温度下加酶洗衣粉去除酱油污渍效果的区别”

例如有的学生提出在实验室条件下模拟洗涤过程，可使用可控温的磁力搅拌器以相同速度搅拌相同时间。有的小组通过设置重复实验使结论更具有说服力（表1、图2）。有的学生提出探究加酶洗衣粉使用的最适温度时，可先设置较大的温度梯度，然后根据预实验结果设置更小的温度梯度。有的方案中提出在同一块布条的不同位置分别滴加食用油、酸奶、墨水，按同样的方法处理多块布条，探究不同牌子的加酶洗衣粉对不同污渍的洗涤效果。有的学生设计了如下的实验结果记录表（表2），提出空格中以 x（y）形式填写，x 表示其在同行中洗涤效果等级，y表示其在同列中洗涤效果等级，用1～4等表示，1等最好，4等最差。

表1 “探究不同温度下加酶洗衣粉去除酱油污渍效果的区别”实验结果

表2 学生设计的实验结果记录表格

汇报课结束后，教师要求各组修改自己的实验方案，并鼓励学生提出与教材不同的新思路、新设计、新方法，引发学生提出新的问题，保持学生的创新热情。

对学生进行高阶思维能力的培养，应贯穿于课堂教学的全过程，要突出学生的主体性，改变学生被动接受的状态，融合各种教学资源，培养学生发现问题、解决问题、合作交流、反思评价和创新实践能力。