基于“問-想-做-評”模式下的高中生化學高階思維的實踐研究

張婉芳 孔祥斌

【摘要】文章主要結合“問-想-做-評”模式的概述，通過分析化學高階思維，提出基于“問-想-做-評”模式并聯合運用矩道虛擬實驗室進行教學實踐的策略，以有效培養學生的高階思維，旨在為相關教育者提供一定參考。

【關鍵詞】“問-想-做-評”模式；高中生；化學高階思維

高中生化學高階思維要求學生在解決復雜化學問題過程中要能夠立足能量守恒、化學平衡、宏微結合等視角，通過化學模型、語言及實驗等手段，以評價、推理、抽象、歸納以及分析等方法，深化理解化學知識原理，逐漸發展創造性思維、批判性思維等高階思維能力。在高中生化學高階思維培養過程中，可積極應用“問-想-做-評”這一有效的教學模式，并結合矩道軟件建立VR/3D虛擬仿真實驗室，和課堂相融合促進虛實相補，引導并鼓勵學生推陳出新，勇于打破常規，提出不同的意見及想法，有效培養其創新精神及發散性思維。

一、“問-想-做-評”模式概述

“問-想-做-評”教學模式當中的“問”主要是設問以及提問，在問題設置過程中，需要教師充分研究教學內容，基于教材知識以及學生學情優化設置問題，并要在教學期間合理選擇提問時機，所提問題要促進學生深入思考，避免提問過于簡單的記憶類問題，相關問題要具有一定開放性、啟迪性以及發散性，可讓學生在思考過程中發展高階思維；“想”主要是猜想、聯想以及思考，此部分要著重凸顯學生的主體地位，實際教學中要關注為學生提供充足的思考及想象空間與時間，并要在學生思考期間提供有效指導，幫助學生把握正確方向，還要鼓勵其突破固化思維，勇于質疑與創新，以有效培養其批判性以及創造性思維；“做”主要是讓學生在各種教學活動當中進行實踐，實現做中學，并體現邊想邊做，通過實踐操作找到解決問題的方法[1]。在“做”過程中，可組織學生進行多樣化的探究活動，像競答以及辯論等，或者進行演講、實驗操作、表演以及書寫等，重點是通過各類可用資源找出問題解決路徑，培養學生問題解決能力?！霸u”即為評價，主要是師生協同制定評價標準，并由師生共同參與評價，經過多方交流和討論得出更客觀、全面的評價結果。在“評”的過程中，學生間可發生思維碰撞，促進學生思維不斷成長與完善。

二、化學高階思維分析

對于高中生來說，其化學高階思維包括多個組成部分和維度，不同結構之間存在密切關聯，并相互發揮作用，而且不同思維要素有著不同的能力要求，主要包括以下幾種。

1.化學實驗思維

要求學生在解決化學實驗問題過程中要能立足整體層面整理相關信息，并進行信息整合與分析，作出抽象概括，從而對實驗問題有深刻理解。還要在化學實驗開展過程中，根據所學知識以及既有經驗優化選定試劑、裝置，合理選擇實驗方法，對實驗中的變量予以控制，逐漸建立科學、全面的實驗方案，而且要考慮實驗過程中可能出現的意外情況，預先做好準備工作，保證實驗能夠順利且安全完成。

2.化學模型思維

主要要求學生在面對具有較高復雜度的化學問題過程中，要合理選定模型予以解決或作出解釋，同時要能夠對問題情境當中所涉及的重點因素展開深入分析，合理建立問題分析模型，明確模型表現出的局限性，結合運用所學知識及經驗持續優化模型。

3.化學微觀思維

要求學生在解決復雜化學問題過程中要能對其中所涉及的物質化學變化以及能量轉化進行深入分析，并把握微觀物質結構相互之間存在的關聯，以物質微觀結構為基礎對物質所表現出的性質做出合理預測，分析特定條件之下可能出現的化學反應及變化，還要結合微觀以及宏觀視角闡釋物質和所發生的變化，適當予以分類。

4.化學創新思維

具體要求學生可結合實際情況以及相關知識、資料提出探究性問題，做出合理假設，并圍繞假設制定多元化、合理化的探究方案，通過方案評估以及優化有效處理實驗信息，并要通過圖表、數據以及符號等方式呈現出來，而且要在化學實驗過程中根據既有結論以及所出現的異常情況作出反思，結合所學知識提出自己的疑問，并做出新的設想，為后續實驗研究奠定基礎[2]。

三、基于“問-想-做-評”模式的高中生化學高階思維培養實踐策略

1.巧妙設置情境與問題，激發學生探究意識

在高中化學教學過程中，為通過建立“問-想-做-評”模式培養學生的化學高階思維，首先要精心設問，通過創設合理、生動、多元化的問題情境，為學生營造濃郁的思考氛圍，使其基于既有經驗以及所學知識進行問題探究與解決。教師在創設問題情境過程中，要對教學內容進行深入分析和梳理，注重創設蘊含多樣化元素的問題情境，相關問題要具有一定啟發性以及開放性，而且在問題情境創設過程中可靈活應用化學實驗、化學史以及化學相關故事等，有效培養學生的發散性思維。

比如在化學教學期間進行滴水生火實驗，教師可先利用矩道軟件創設VR/3D虛擬仿真實驗，在虛擬仿真實驗當中融合大量教學資源，促進學生沉浸在虛擬實驗場景當中，基于此展開互動化、探究式以及體驗式學習，促進學生發展高階思維。如通過軟件為學生營造VR/3D滴水生火實驗場景后，引導學生在逼真的虛擬實驗場景中認真觀察實驗現象，并在觀察結束后適時拋出問題：怎么會著火？是什么原因導致著火？進而引導學生根據實驗現象以及所學知識和經驗創設實驗方案，通過實驗驗證自身猜想。矩道軟件集成了VR虛擬現實技術以及多媒體處理技術，在教學中可有效創新與優化知識呈現方式，學生在戴上VR裝置之后，將脫離宏觀世界走進微觀粒子世界，更細致、直觀地觀察化學反應，當學生摘下裝置，可再次回到真實世界，因為VR具有交互性以及沉浸式等特征，可使課堂從二維變為三維，使學生在虛實結合之間深化理解化學知識原理，在身臨其境中可視化地感受抽象知識概念，促進學生養成高階化學思維。

又比如在“氯氣的性質”教學期間，教師可先進行情境創設，如：在新冠疫情暴發期間，人們常用消毒劑進行消毒，而且在相關通知和文件當中都提出人們可用含氯消毒劑進行日常消毒，那么為何氯可作為消毒劑呢？人們是怎么發現氯元素的？通過創設和學生親身經歷及日常生活息息相關的教學情境，可有效激發學生學習興趣，并在相關問題的引導下深入探索知識原理。在相關問題解決中，教師可適時為學生介紹氯氣被發現的化學史，相關化學史中不止包含一位科學家，而是在多位科學家協同努力之下經過多年驗證才確認氯屬于一種新型化學元素。通過引入科學家如何發現氯氣的化學史，可啟迪學生學習化學家們堅持不懈、勇于探究的精神。

2.鼓勵學生創新與質疑，促進學生類比想象

“問-想-做-評”教學模式建立過程中的“想”，主要是讓學生進行聯想以及思考，此環節教學期間，教師要圍繞教學目標指導學生堅持一定方向展開創新性思考，既要為學生保留充足的思考空間與時間，以發展其發散性思維，還要合理控制教學節奏，在學生想的過程中適時予以點撥，具體是在教學期間要鼓勵學生勇于質疑、不斷創新，促進學生進行類比想象。其一，教師可通過頭腦風暴法讓學生在合作討論過程中積極提出個人觀點，通過思維碰撞，促進思維升華。在學生討論期間要引導其暢所欲言，可以異想天開，逐步優化及改進實驗設計，通過思考和討論促進學生之間思維碰撞，發展學生創新性思維。而且在學生設計實驗方案之后，可利用矩道化學仿真實驗室實施相關實驗，既可滿足實驗教學需求，也能解決傳統實驗操作的缺陷，實現以虛補實。其二，可通過聯想類比法引導學生進行思考和想象，具體可在學習事實性知識過程中，著重引導學生結合遞變規律或者是相似的物質結構進行合理性推理，并在此過程中發展學生的知識遷移應用能力[3]。此方法應用中，可讓學生通過一個事物逐漸聯想到另外一個同性質的事物，以活躍其思維，并通過合理聯想以及對比，對物質發展規律以及可能出現的結果作出推測。通過應用此方法，有助于拓展學生思路，使其展開多維度思考。而在學生聯想以及對比過程中，教師要適時作出指導，使學生通過因果聯想、自由聯想、接近聯想以及對比聯想等方法掌握物質發展規律。如在化學元素學習過程中，要引導學生聯想到動植物、山川以及海洋等相關組成元素不同性質的轉化過程等，或者在學習同類結構物質相關知識時，可根據相關物質間存在類似的化學特性引導學生進行聯想思考，如可讓學生類比討論和思考濁液、膠體以及溶液相互之間的區別，并可想象和預測鹵族元素所表現出的遞變規律或者對比分析醇酚性質等。教師可通過矩道軟件，利用軟件中的3D引擎，在虛擬場景中還原鹵族元素遞變過程，通過鼠標、鍵盤及觸屏同步操作試驗過程，適時引導學生對接下來的發展規律作出判斷和預測，使其通過類比想象培養發散性思維，并結合沉浸式場景更直觀、深化地理解知識點。

3.合作探究與實踐操作，幫助學生積累經驗

在高中化學教學中，以培養學生化學高階思維為目標建立“問-想-做-評”教學模式，要在“做”環節強調讓學生進行合作探究，通過交流和討論激發學生學習興趣，靈活運用所學知識及技能解決現實問題，并培養其合作探究能力。如在有機物教學過程中，就可為學生準備球棍模型，使其更直觀、立體地理解與掌握有機物結構。在學生語言表達過程中，教師要做好指導，鼓勵學生通過相互交流及語言表達實現思維碰撞，培養其創新性思維。在學生寫的過程中，主要引導學生圍繞實驗方案設計實驗過程，并通過對比不同的實驗方法推進學生深度思考。

比如在氯氣的性質教學期間，可使“想”“做”兩個環節交叉進行，具體是讓學生根據教師所提出的問題進行思考以及討論，經過小組總結，由小組代表發言回答，在學生回答之后由教師進行總結和歸納，同步作出點評。另外，可通過矩道軟件還原鈉在氯氣當中燃燒的真實實驗過程，讓學生進行沉浸式觀察，隨后讓其結合觀察討論實驗現象，并思考實驗反應過程中會產生什么產物？同時讓學生利用氧化還原反應相關知識進行化學反應方程式的書寫。矩道化學探究平臺可為學生提供更豐富的實驗所需藥品與器材，并可通過科學化的算法引擎精準、實時地計算實驗操作，既能還原真實的實驗現象，也能精準呈現相關數據，還可以圖像或者表格等可視化地呈現實驗數據，方便學生操作實驗并更細致地展開實驗觀察，促進學生進行探究式、啟發式以及互動式學習[4]。在教師發布探究性任務之后，學生通過矩道軟件建立實驗并觀察實驗現象，同步從平臺中獲取實驗反饋信息和數據，后續可通過小組討論總結歸納實驗中為什么會出現黃光。并運用所學知識講述白煙具體組成成分，根據小組合作討論最終寫出化學方程式。此教學設計使“想”“做”結合起來，既可培養學生的學習興趣，還能鞏固所學知識，有效培養其分析思維以及求解思維等。

4.歸納總結與評價反思，發展學生批判性思維

在“問-想-做-評”教學模式建立中，“評”主要是對教學期間存在的問題以及表現出的優勢進行總結和評價。在總結歸納以及評價反思期間，教師要關注為學生營造包容性的教學氛圍，當學生提出不同意見時，不能直接予以反駁和否認，鼓勵學生質疑，即便學生實驗操作失敗也要用善意的眼光看待學生的問題，讓學生明白失敗是正常的，著重引導其總結錯誤的原因，生成經典案例，使學生能夠不斷成長與進步。比如在實驗類知識教學過程中，不能單一以實驗成功與否進行評價，還要關注學生是否能夠就實驗成敗進行原因分析，關注自我反思，總結實驗經驗，通過綜合性、多元化評價有效激發與培養學生的批判性思維以及創造性思維。

又比如在“氯氣的性質”教學中，學生在“想”和“做”環節進行實驗設計，通過藍色石蕊試紙對溶液H+進行檢驗，并通過硝酸酸化的硝酸銀溶液對Cl-進行檢驗。在相關實驗操作結束后，教師要對學生實驗方案作出客觀、合理的點評，指出相關方案是否具備可行性以及有無不合理之處等，或者教師可通過矩道軟件演示錯誤的實驗方案，使學生直觀地看到實驗細節錯誤可帶來怎樣的后果和影響等，充分認可教師的點評，正視自身不足，明確未來改進方向[5]?；蛘呖稍诟餍〗M實驗方案設計之后，讓學生進行自我評價或者進行小組互評。

高中化學教學期間建立“問-想-做-評”教學模式，可通過靈活應用以及優化組合各個環節，有效培養學生的創造性、發散性等思維，促進學生高級思維發展。結合學情，在課前、課中、課后運用矩道虛擬實驗室，能將“問-想-做-評”這一教學模式落實到化學教學活動中，有效促進學生高階思維發展。

【參考文獻】

[1]佘明明.ATDE模式在高中生物學復習課中的實踐研究[D].貴陽：貴州師范大學，2022.

[2]蔣龍飛，黃都.化學高階思維的關鍵特征及其培育策略[J].廣西教育，2022（26）.

[3]高穎端.基于“問題鏈”發展高中生化學高階思維策略研究[J].數理化解題研究，2022（33）.

[4]王齊耀.虛擬實驗室技術在高中化學實驗教學中的應用[J].新課程教學（電子版），2023（03）.

[5]吳燕.NOBOOK虛擬實驗室在高中化學實驗教學中的應用[J].高考，2021（22）.

【課題項目】本文系2023年度福建省電化教育館教育信息技術研究課題“基于矩道虛擬實驗室助力區域化學課堂教學的應用研究”（課題編號：KT23048）；2023年泉州市教育信息技術研究課題“基于矩道虛擬實驗室的化學教與學應用研究”（課題編號：QZDJKT2341）。