基于“问-想-做-评”模式下的高中生化学高阶思维的实践研究

张婉芳 孔祥斌

【摘要】文章主要结合“问-想-做-评”模式的概述，通过分析化学高阶思维，提出基于“问-想-做-评”模式并联合运用矩道虚拟实验室进行教学实践的策略，以有效培养学生的高阶思维，旨在为相关教育者提供一定参考。

【关键词】“问-想-做-评”模式；高中生；化学高阶思维

高中生化学高阶思维要求学生在解决复杂化学问题过程中要能够立足能量守恒、化学平衡、宏微结合等视角，通过化学模型、语言及实验等手段，以评价、推理、抽象、归纳以及分析等方法，深化理解化学知识原理，逐渐发展创造性思维、批判性思维等高阶思维能力。在高中生化学高阶思维培养过程中，可积极应用“问-想-做-评”这一有效的教学模式，并结合矩道软件建立VR/3D虚拟仿真实验室，和课堂相融合促进虚实相补，引导并鼓励学生推陈出新，勇于打破常规，提出不同的意见及想法，有效培养其创新精神及发散性思维。

一、“问-想-做-评”模式概述

“问-想-做-评”教学模式当中的“问”主要是设问以及提问，在问题设置过程中，需要教师充分研究教学内容，基于教材知识以及学生学情优化设置问题，并要在教学期间合理选择提问时机，所提问题要促进学生深入思考，避免提问过于简单的记忆类问题，相关问题要具有一定开放性、启迪性以及发散性，可让学生在思考过程中发展高阶思维；“想”主要是猜想、联想以及思考，此部分要着重凸显学生的主体地位，实际教学中要关注为学生提供充足的思考及想象空间与时间，并要在学生思考期间提供有效指导，帮助学生把握正确方向，还要鼓励其突破固化思维，勇于质疑与创新，以有效培养其批判性以及创造性思维；“做”主要是让学生在各种教学活动当中进行实践，实现做中学，并体现边想边做，通过实践操作找到解决问题的方法[1]。在“做”过程中，可组织学生进行多样化的探究活动，像竞答以及辩论等，或者进行演讲、实验操作、表演以及书写等，重点是通过各类可用资源找出问题解决路径，培养学生问题解决能力。“评”即为评价，主要是师生协同制定评价标准，并由师生共同参与评价，经过多方交流和讨论得出更客观、全面的评价结果。在“评”的过程中，学生间可发生思维碰撞，促进学生思维不断成长与完善。

二、化学高阶思维分析

对于高中生来说，其化学高阶思维包括多个组成部分和维度，不同结构之间存在密切关联，并相互发挥作用，而且不同思维要素有着不同的能力要求，主要包括以下几种。

1.化学实验思维

要求学生在解决化学实验问题过程中要能立足整体层面整理相关信息，并进行信息整合与分析，作出抽象概括，從而对实验问题有深刻理解。还要在化学实验开展过程中，根据所学知识以及既有经验优化选定试剂、装置，合理选择实验方法，对实验中的变量予以控制，逐渐建立科学、全面的实验方案，而且要考虑实验过程中可能出现的意外情况，预先做好准备工作，保证实验能够顺利且安全完成。

2.化学模型思维

主要要求学生在面对具有较高复杂度的化学问题过程中，要合理选定模型予以解决或作出解释，同时要能够对问题情境当中所涉及的重点因素展开深入分析，合理建立问题分析模型，明确模型表现出的局限性，结合运用所学知识及经验持续优化模型。

3.化学微观思维

要求学生在解决复杂化学问题过程中要能对其中所涉及的物质化学变化以及能量转化进行深入分析，并把握微观物质结构相互之间存在的关联，以物质微观结构为基础对物质所表现出的性质做出合理预测，分析特定条件之下可能出现的化学反应及变化，还要结合微观以及宏观视角阐释物质和所发生的变化，适当予以分类。

4.化学创新思维

具体要求学生可结合实际情况以及相关知识、资料提出探究性问题，做出合理假设，并围绕假设制定多元化、合理化的探究方案，通过方案评估以及优化有效处理实验信息，并要通过图表、数据以及符号等方式呈现出来，而且要在化学实验过程中根据既有结论以及所出现的异常情况作出反思，结合所学知识提出自己的疑问，并做出新的设想，为后续实验研究奠定基础[2]。

三、基于“问-想-做-评”模式的高中生化学高阶思维培养实践策略

1.巧妙设置情境与问题，激发学生探究意识

在高中化学教学过程中，为通过建立“问-想-做-评”模式培养学生的化学高阶思维，首先要精心设问，通过创设合理、生动、多元化的问题情境，为学生营造浓郁的思考氛围，使其基于既有经验以及所学知识进行问题探究与解决。教师在创设问题情境过程中，要对教学内容进行深入分析和梳理，注重创设蕴含多样化元素的问题情境，相关问题要具有一定启发性以及开放性，而且在问题情境创设过程中可灵活应用化学实验、化学史以及化学相关故事等，有效培养学生的发散性思维。

比如在化学教学期间进行滴水生火实验，教师可先利用矩道软件创设VR/3D虚拟仿真实验，在虚拟仿真实验当中融合大量教学资源，促进学生沉浸在虚拟实验场景当中，基于此展开互动化、探究式以及体验式学习，促进学生发展高阶思维。如通过软件为学生营造VR/3D滴水生火实验场景后，引导学生在逼真的虚拟实验场景中认真观察实验现象，并在观察结束后适时抛出问题：怎么会着火？是什么原因导致着火？进而引导学生根据实验现象以及所学知识和经验创设实验方案，通过实验验证自身猜想。矩道软件集成了VR虚拟现实技术以及多媒体处理技术，在教学中可有效创新与优化知识呈现方式，学生在戴上VR装置之后，将脱离宏观世界走进微观粒子世界，更细致、直观地观察化学反应，当学生摘下装置，可再次回到真实世界，因为VR具有交互性以及沉浸式等特征，可使课堂从二维变为三维，使学生在虚实结合之间深化理解化学知识原理，在身临其境中可视化地感受抽象知识概念，促进学生养成高阶化学思维。

又比如在“氯气的性质”教学期间，教师可先进行情境创设，如：在新冠疫情暴发期间，人们常用消毒剂进行消毒，而且在相关通知和文件当中都提出人们可用含氯消毒剂进行日常消毒，那么为何氯可作为消毒剂呢？人们是怎么发现氯元素的？通过创设和学生亲身经历及日常生活息息相关的教学情境，可有效激发学生学习兴趣，并在相关问题的引导下深入探索知识原理。在相关问题解决中，教师可适时为学生介绍氯气被发现的化学史，相关化学史中不止包含一位科学家，而是在多位科学家协同努力之下经过多年验证才确认氯属于一种新型化学元素。通过引入科学家如何发现氯气的化学史，可启迪学生学习化学家们坚持不懈、勇于探究的精神。

2.鼓励学生创新与质疑，促进学生类比想象

“问-想-做-评”教学模式建立过程中的“想”，主要是让学生进行联想以及思考，此环节教学期间，教师要围绕教学目标指导学生坚持一定方向展开创新性思考，既要为学生保留充足的思考空间与时间，以发展其发散性思维，还要合理控制教学节奏，在学生想的过程中适时予以点拨，具体是在教学期间要鼓励学生勇于质疑、不断创新，促进学生进行类比想象。其一，教师可通过头脑风暴法让学生在合作讨论过程中积极提出个人观点，通过思维碰撞，促进思维升华。在学生讨论期间要引导其畅所欲言，可以异想天开，逐步优化及改进实验设计，通过思考和讨论促进学生之间思维碰撞，发展学生创新性思维。而且在学生设计实验方案之后，可利用矩道化学仿真实验室实施相关实验，既可满足实验教学需求，也能解决传统实验操作的缺陷，实现以虚补实。其二，可通过联想类比法引导学生进行思考和想象，具体可在学习事实性知识过程中，着重引导学生结合递变规律或者是相似的物质结构进行合理性推理，并在此过程中发展学生的知识迁移应用能力[3]。此方法应用中，可让学生通过一个事物逐渐联想到另外一个同性质的事物，以活跃其思维，并通过合理联想以及对比，对物质发展规律以及可能出现的结果作出推测。通过应用此方法，有助于拓展学生思路，使其展开多维度思考。而在学生联想以及对比过程中，教师要适时作出指导，使学生通过因果联想、自由联想、接近联想以及对比联想等方法掌握物质发展规律。如在化学元素学习过程中，要引导学生联想到动植物、山川以及海洋等相关组成元素不同性质的转化过程等，或者在学习同类结构物质相关知识时，可根据相关物质间存在类似的化学特性引导学生进行联想思考，如可让学生类比讨论和思考浊液、胶体以及溶液相互之间的区别，并可想象和预测卤族元素所表现出的递变规律或者对比分析醇酚性质等。教师可通过矩道软件，利用软件中的3D引擎，在虚拟场景中还原卤族元素递变过程，通过鼠标、键盘及触屏同步操作试验过程，适时引导学生对接下来的发展规律作出判断和预测，使其通过类比想象培养发散性思维，并结合沉浸式场景更直观、深化地理解知识点。

3.合作探究与实践操作，帮助学生积累经验

在高中化学教学中，以培养学生化学高阶思维为目标建立“问-想-做-评”教学模式，要在“做”环节强调让学生进行合作探究，通过交流和讨论激发学生学习兴趣，灵活运用所学知识及技能解决现实问题，并培养其合作探究能力。如在有机物教学过程中，就可为学生准备球棍模型，使其更直观、立体地理解与掌握有机物结构。在学生语言表达过程中，教师要做好指导，鼓励学生通过相互交流及语言表达实现思维碰撞，培养其创新性思维。在学生写的过程中，主要引导学生围绕实验方案设计实验过程，并通过对比不同的实验方法推进学生深度思考。

比如在氯气的性质教学期间，可使“想”“做”两个环节交叉进行，具体是让学生根据教师所提出的问题进行思考以及讨论，经过小组总结，由小组代表发言回答，在学生回答之后由教师进行总结和归纳，同步作出点评。另外，可通过矩道软件还原钠在氯气当中燃烧的真实实验过程，让学生进行沉浸式观察，随后让其结合观察讨论实验现象，并思考实验反应过程中会产生什么产物？同时让学生利用氧化还原反应相关知识进行化学反应方程式的书写。矩道化学探究平台可为学生提供更丰富的实验所需药品与器材，并可通过科学化的算法引擎精准、实时地计算实验操作，既能还原真实的实验现象，也能精准呈现相关数据，还可以图像或者表格等可视化地呈现实验数据，方便学生操作实验并更细致地展开实验观察，促进学生进行探究式、启发式以及互动式学习[4]。在教师发布探究性任务之后，学生通过矩道软件建立实验并观察实验现象，同步从平台中获取实验反馈信息和数据，后续可通过小组讨论总结归纳实验中为什么会出现黄光。并运用所学知识讲述白烟具体组成成分，根据小组合作讨论最终写出化学方程式。此教学设计使“想”“做”结合起来，既可培养学生的学习兴趣，还能巩固所学知识，有效培养其分析思维以及求解思维等。

4.归纳总结与评价反思，发展学生批判性思维

在“问-想-做-评”教学模式建立中，“评”主要是对教学期间存在的问题以及表现出的优势进行总结和评价。在总结归纳以及评价反思期间，教师要关注为学生营造包容性的教学氛围，当学生提出不同意见时，不能直接予以反驳和否认，鼓励学生质疑，即便学生实验操作失败也要用善意的眼光看待学生的問题，让学生明白失败是正常的，着重引导其总结错误的原因，生成经典案例，使学生能够不断成长与进步。比如在实验类知识教学过程中，不能单一以实验成功与否进行评价，还要关注学生是否能够就实验成败进行原因分析，关注自我反思，总结实验经验，通过综合性、多元化评价有效激发与培养学生的批判性思维以及创造性思维。

又比如在“氯气的性质”教学中，学生在“想”和“做”环节进行实验设计，通过蓝色石蕊试纸对溶液H+进行检验，并通过硝酸酸化的硝酸银溶液对Cl-进行检验。在相关实验操作结束后，教师要对学生实验方案作出客观、合理的点评，指出相关方案是否具备可行性以及有无不合理之处等，或者教师可通过矩道软件演示错误的实验方案，使学生直观地看到实验细节错误可带来怎样的后果和影响等，充分认可教师的点评，正视自身不足，明确未来改进方向[5]。或者可在各小组实验方案设计之后，让学生进行自我评价或者进行小组互评。

高中化学教学期间建立“问-想-做-评”教学模式，可通过灵活应用以及优化组合各个环节，有效培养学生的创造性、发散性等思维，促进学生高级思维发展。结合学情，在课前、课中、课后运用矩道虚拟实验室，能将“问-想-做-评”这一教学模式落实到化学教学活动中，有效促进学生高阶思维发展。

【参考文献】

[1]佘明明.ATDE模式在高中生物学复习课中的实践研究[D].贵阳：贵州师范大学，2022.

[2]蒋龙飞，黄都.化学高阶思维的关键特征及其培育策略[J].广西教育，2022（26）.

[3]高颖端.基于“问题链”发展高中生化学高阶思维策略研究[J].数理化解题研究，2022（33）.

[4]王齐耀.虚拟实验室技术在高中化学实验教学中的应用[J].新课程教学（电子版），2023（03）.

[5]吴燕.NOBOOK虚拟实验室在高中化学实验教学中的应用[J].高考，2021（22）.

【课题项目】本文系2023年度福建省电化教育馆教育信息技术研究课题“基于矩道虚拟实验室助力区域化学课堂教学的应用研究”（课题编号：KT23048）；2023年泉州市教育信息技术研究课题“基于矩道虚拟实验室的化学教与学应用研究”（课题编号：QZDJKT2341）。