劉淑玲 （山東省威海市古寨中學(xué) 山東威海 264200）

高階思維是指發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或認(rèn)知能力，具體表現(xiàn)為分析、綜合、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造能力。生物學(xué)教學(xué)應(yīng)創(chuàng)設(shè)學(xué)生主動(dòng)參與、樂于探究、勤于動(dòng)手的體驗(yàn)活動(dòng)，通過體驗(yàn)活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生交流展示、評(píng)價(jià)反思及創(chuàng)新的能力。教學(xué)中將培養(yǎng)和促進(jìn)學(xué)生的高階思維能力作為重要的發(fā)展方向。本文以魯科版初中生物學(xué)“發(fā)生在肺內(nèi)的氣體交換”一節(jié)課為例，論述如何以活動(dòng)體驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生高階思維能力的發(fā)展。

1 課前設(shè)置體驗(yàn)活動(dòng)，啟迪思考培養(yǎng)創(chuàng)造性思維

創(chuàng)造性思維是指認(rèn)識(shí)主體在強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí)下，以頭腦中已有的信息為材料，通過發(fā)散思維與集中思維，借助想象與聯(lián)想，直覺與靈感，以漸進(jìn)性或突發(fā)性形式對(duì)頭腦中的現(xiàn)有知識(shí)和信息進(jìn)行新的加工組合，從而產(chǎn)生新觀點(diǎn)、新設(shè)想的過程。

“發(fā)生在肺內(nèi)的氣體交換”一課，對(duì)于7年級(jí)學(xué)生來說有很大難度，難點(diǎn)是概述外界氣體如何通過呼吸運(yùn)動(dòng)到達(dá)肺泡。針對(duì)教學(xué)難點(diǎn)，要求學(xué)生課前自主閱讀教材，制作模擬膈肌運(yùn)動(dòng)物理模型（圖1），學(xué)生在制作中培養(yǎng)創(chuàng)造性思維不斷創(chuàng)新模型（圖2）。設(shè)置前置體驗(yàn)活動(dòng)的目的，一是在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下，讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)教材，動(dòng)手、動(dòng)腦制作模型；二是通過自制模型幫助學(xué)生理解膈肌運(yùn)動(dòng)與呼吸的關(guān)系[2]。

圖1 學(xué)生制作的膈肌運(yùn)動(dòng)模型

圖2 學(xué)生創(chuàng)新的膈肌運(yùn)動(dòng)模型

教師提供任務(wù)單，鼓勵(lì)學(xué)生可自行選擇材料，創(chuàng)造性地制作模型。要求模型實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，做工精細(xì)。任務(wù)單還包括驅(qū)動(dòng)性問題：①橡皮膜、礦泉水瓶、吸管、小氣球分別模擬人體什么結(jié)構(gòu)？②氣球在什么情況下脹大？在什么情況下回縮？③要使氣球能明顯地脹大或回縮，整個(gè)裝置需要有怎樣的特點(diǎn)？為什么？④思考是氣體進(jìn)入導(dǎo)致了瓶壁的變化，還是瓶壁變化導(dǎo)致了氣體的進(jìn)入？要求學(xué)生將4 個(gè)問題的見解和創(chuàng)新體驗(yàn)寫在任務(wù)單上。

課前，教師收集任務(wù)單了解學(xué)生自主學(xué)習(xí)的情況，發(fā)現(xiàn)問題①和②屬于記憶和理解的低階思維層次問題，學(xué)生能自行解決，而問題③和④屬于分析和綜合的高階思維問題，學(xué)生交流有難度，需要通過課堂進(jìn)一步的體驗(yàn)活動(dòng)解決。

2 課中創(chuàng)設(shè)體驗(yàn)活動(dòng)，構(gòu)建概念培養(yǎng)高階思維

高階思維是高階能力的核心，主要指分析綜合能力、問題求解能力、決策力和判斷性思維能力。生物學(xué)課堂在各種不同的體驗(yàn)活動(dòng)中引導(dǎo)學(xué)生從低階思維活動(dòng)逐漸過渡到高階思維活動(dòng)[3]。

2.1 交流前置體驗(yàn)，發(fā)展學(xué)生分析綜合能力 分析就是將研究對(duì)象分離成幾個(gè)部分，找出這些部分的本質(zhì)屬性和彼此之間的關(guān)系。綜合，就是在分析的基礎(chǔ)上，將研究對(duì)象的各個(gè)組成部分或要素在思維中重新結(jié)合為一個(gè)整體，從而在整體上把握事物的本質(zhì)和規(guī)律。通過交流，在分析的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生相互評(píng)價(jià)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

上課前，教師將模型收起再隨機(jī)發(fā)放至學(xué)生手中，先讓學(xué)生從制作的角度評(píng)價(jià)手中的模型，在交流制作中有哪些創(chuàng)造。學(xué)生互相評(píng)價(jià)，哪一個(gè)模型更科學(xué)合理，為什么？該過程需要學(xué)生通過自主閱讀教材和思考問題作出評(píng)價(jià)[1]。例如，有的學(xué)生說人體有2 個(gè)肺，所以，用2 個(gè)氣球能更形象地模擬人體的呼吸器官；有的說模型要在密封性較好的情況下，才能觀察到氣球明顯的變化……學(xué)生在模型創(chuàng)造方面有許多奇思妙想，例如，2 個(gè)氣球的支氣管有各種拼接，有創(chuàng)新用三角管；各種模擬材料不同，有將橡皮手套剪成膜或?qū)馇蚣舫赡ぃ粚?duì)于瓶蓋的開口，有借力家長(zhǎng)用氣鉆開孔，保證開口規(guī)則、大小合適；為防止脫落將瓶底套的氣球膜與瓶壁用熱熔膠固定等。在交流中，學(xué)生運(yùn)用前置知識(shí)分析比較、綜合判斷，這也是高階思維形成的過程。學(xué)生交流的知識(shí)都是通過體驗(yàn)獲得的事實(shí)性知識(shí)，可為后續(xù)的新授環(huán)節(jié)構(gòu)建概念作好鋪墊。

2.2 創(chuàng)設(shè)多層次體驗(yàn)，提高學(xué)生問題求解能力 高階思維不是自然發(fā)生的，它是由“難題和疑問”或“一些困惑、混淆或懷疑”引發(fā)的。高階思維的發(fā)生，就是反思—問題生成—探究、批判—解決問題的過程。問題是開展高階思維的最大動(dòng)力。在生物學(xué)學(xué)科的體驗(yàn)活動(dòng)過程中，教師應(yīng)采取多種方式，給予學(xué)生更多自主學(xué)習(xí)的空間，讓學(xué)生主動(dòng)參與問題探究的過程，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑、發(fā)現(xiàn)問題，并不斷解決問題。在對(duì)問題深入探究的過程中，逐步提高學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平，并通過解決問題發(fā)展高階思維。

在新授課過程中教師設(shè)置了3 個(gè)探究環(huán)節(jié)，創(chuàng)設(shè)多個(gè)體驗(yàn)活動(dòng)進(jìn)行探究，培養(yǎng)學(xué)生高階思維。

環(huán)節(jié)1：探究胸腔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

體驗(yàn)活動(dòng)：雙手按在胸部?jī)蓚?cè)，深吸氣再深呼氣，反復(fù)2～3 次，感受身體有哪些變化？有的學(xué)生說吸氣時(shí)胸廓變大，有的學(xué)生說吸氣時(shí)胸腔變大；教師再次追問：胸廓和胸腔概念是否一樣？教師出示圖片引導(dǎo)學(xué)生分析，胸廓由胸骨、肋骨、胸椎組成，讓學(xué)生對(duì)應(yīng)自己身體感受胸廓位置，感知胸廓近似圓錐體，并能辨別胸廓的上下徑、左右徑和前后徑；但胸腔又是指什么？學(xué)生利用制作的模型幫助構(gòu)建胸腔的概念，胸腔即胸廓內(nèi)側(cè)壁、胸廓上口及膈肌所圍成的腔隙；胸腔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？教師引導(dǎo)學(xué)生通過瓶蓋的擰緊和打開模擬胸腔密閉性不同時(shí)氣球的變化，最終構(gòu)建概念“胸腔是一個(gè)密閉的結(jié)構(gòu)”。

學(xué)生制作的模型也體現(xiàn)了“密閉結(jié)構(gòu)”的思維過程，并在制作中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，開口略大的瓶蓋與吸管結(jié)合處纏上了一層膠帶（圖3），或用熱熔膠讓開口盡可能小到無(wú)縫隙（圖4）。這樣的體驗(yàn)活動(dòng)是一個(gè)從感性認(rèn)識(shí)到分析、構(gòu)建概念的過程，也是高階思維形成的過程。

圖3 學(xué)生用膠帶密封模型

圖4 學(xué)生用熱熔膠密封模型

環(huán)節(jié)2：探究肌肉與胸腔變化的關(guān)系。

本環(huán)節(jié)有2 個(gè)探究體驗(yàn)活動(dòng)，探究“膈肌與胸腔容積變化的關(guān)系”和探究“肋間肌與胸腔容積變化的關(guān)系”。

探究“膈肌與胸腔容積變化的關(guān)系”時(shí)，通過前置體驗(yàn)，學(xué)生感知到向下拉橡皮膜，氣球變大，反之，向上頂橡皮膜，氣球變小，進(jìn)而得出“膈肌頂部下降，胸廓變大，肺擴(kuò)張；反之，肺縮小”的結(jié)論。在答疑時(shí)，仍有部分學(xué)生不明白膈肌收縮時(shí)膈頂部上升還是下降？教師點(diǎn)撥肌肉收縮是用力，舒張是放松。學(xué)生再次操作模型，體驗(yàn)到膈肌向下拉時(shí)用力即是收縮，此時(shí)膈的頂部下降（圖5），通過體驗(yàn)學(xué)生很好地理解了膈肌的收縮和舒張，引起胸廓體積變化。

圖5 學(xué)生體驗(yàn)膈肌運(yùn)動(dòng)

體驗(yàn)活動(dòng)后，學(xué)生完成學(xué)案內(nèi)容，在圖中寫出膈肌2 種狀態(tài)并畫出不同狀態(tài)下胸廓的上下徑，思考呼吸時(shí)膈肌的舒縮狀態(tài)怎樣？有的學(xué)生在學(xué)案上回答A、B 都是舒張狀態(tài)。究其原因是模型誤導(dǎo)了學(xué)生的思考。學(xué)生解釋橡皮膜下拉是收縮，A、B 都是上升，所以，都是舒張。教師出示胸廓的仿真人圖片和視頻，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)真實(shí)情況下膈肌的舒縮狀態(tài)。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生畫出吸氣與呼氣狀態(tài)的上下徑（圖6），最終得出“膈肌收縮→膈頂部下降→胸腔上下徑變大→胸腔容積變大，反之，胸腔容積變小”的結(jié)論，完成思維體系的構(gòu)建。

圖6 膈肌運(yùn)動(dòng)示意圖

探究“肋間肌與胸腔容積變化的關(guān)系”時(shí)，由于前置體驗(yàn)活動(dòng)不能模擬肋間肌的收縮和舒張，所以，學(xué)生不能形象理解“肋間肌收縮，胸骨肋骨向上向外運(yùn)動(dòng)”。為解決此難點(diǎn)，教師引導(dǎo)學(xué)生小組合作，利用實(shí)驗(yàn)室已有菱形木條模型進(jìn)行體驗(yàn)活動(dòng)（圖7）：將模型放在一張白紙上，體驗(yàn)橡皮筋舒張時(shí)胸骨、肋骨的位置并用紅筆畫出，再用黑筆畫出橡皮筋收縮時(shí)胸骨、肋骨的位置（圖8）。通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型圖進(jìn)行比較，直觀得出“肋間肌收縮時(shí)胸腔容積變大”的結(jié)論。

圖7 學(xué)生體驗(yàn)肋間肌運(yùn)動(dòng)

圖8 肋間肌運(yùn)動(dòng)示意圖

體驗(yàn)活動(dòng)后，學(xué)生在學(xué)案上完成構(gòu)建知識(shí)原理“肋間肌收縮→胸骨肋骨向______運(yùn)動(dòng)→胸腔前后徑左右徑變____→胸腔容積變____”時(shí)，對(duì)于胸骨、肋骨的運(yùn)動(dòng)方向，部分學(xué)生只簡(jiǎn)單根據(jù)平面圖所示理解為向上運(yùn)動(dòng)。教師引導(dǎo)學(xué)生將雙手放在肋骨上深吸氣和深呼氣，學(xué)生親身體驗(yàn)到胸骨，肋骨除了向上還向外運(yùn)動(dòng)。

在體驗(yàn)過程中運(yùn)用比較、分析和判斷，構(gòu)建概念“呼吸肌收縮胸腔變大，呼吸肌舒張胸腔變小”，這也是高級(jí)思維形成的過程。

環(huán)節(jié)3：探究胸腔容積變化與呼吸的關(guān)系。

胸廓變化與呼吸有怎樣的關(guān)系？通過前置體驗(yàn)交流，學(xué)生初步感知胸廓有變化，氣體才能進(jìn)、出肺。但解決這部分難點(diǎn)，還需涉及學(xué)生尚未學(xué)習(xí)的物理學(xué)有關(guān)氣體壓力知識(shí)，利用“注射器”實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主體驗(yàn)活動(dòng)（圖9）：將注射器拉至20 mL 處，左手食指封住注射器筒口，右手向里推針把，直至推不動(dòng)；松開食指，推動(dòng)針把，感受氣體的流向。學(xué)生甲交流體驗(yàn)感受：“推不動(dòng)”感覺手受到一定的阻力，“松開手”有氣體排出，結(jié)合小學(xué)科學(xué)課學(xué)過的容器內(nèi)壓強(qiáng)變大、變小相關(guān)知識(shí)，得出結(jié)論“容積縮小時(shí)氣壓增大，反之，容積擴(kuò)大時(shí)氣壓減小，氣體由氣壓高的地方流向氣壓低的地方?！睂W(xué)生乙補(bǔ)充：食指堵住筒口模擬密閉容器，所以，應(yīng)該說“在密閉容器中，容積縮小時(shí)氣壓增大；反之，容積擴(kuò)大時(shí)氣壓減小，氣體由氣壓高的地方流向氣壓低的地方”（圖10）。教師及時(shí)評(píng)價(jià)乙學(xué)生的補(bǔ)充使探究結(jié)論更嚴(yán)謹(jǐn)。

圖9 學(xué)生體驗(yàn)肺內(nèi)氣壓變化

圖10 模擬氣壓變化示意圖

通過以上體驗(yàn)活動(dòng)，再交流解決任務(wù)單上的問題③和④，學(xué)生分析綜合，有了合理明確的解釋：整個(gè)裝置需密閉的特點(diǎn)，瓶壁變化形成壓力差，氣體才能進(jìn)、出。學(xué)生通過分析體驗(yàn)活動(dòng)，糾正前概念，形成科學(xué)概念[4]，這也是高級(jí)思維形成的過程。

2.3 多輪認(rèn)知體驗(yàn)，發(fā)展學(xué)生綜合構(gòu)建能力 模型構(gòu)建是生物學(xué)科學(xué)研究非常重要的方法之一。初中生物學(xué)中許多生物學(xué)術(shù)語(yǔ)概念所反映的都是用肉眼無(wú)法觀察到的，或?qū)嶋H操作時(shí)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，或以目前條件根本無(wú)法達(dá)到的現(xiàn)象，因此，模型構(gòu)建教學(xué)將更有助于學(xué)生體驗(yàn)概念的形成和基本規(guī)律的探究過程，使原本抽象的問題形象化和簡(jiǎn)約化，從而幫助學(xué)生理解復(fù)雜的問題，使得整個(gè)學(xué)習(xí)過程更加高效。

學(xué)生有了多層次的體驗(yàn)活動(dòng)，初步構(gòu)建了呼吸相關(guān)的概念。師生共同總結(jié)，以結(jié)構(gòu)圖形式進(jìn)行梳理。教師指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真閱讀教材，嘗試構(gòu)建概念模型。組織學(xué)生小組內(nèi)分析，顯示胸廓體積、肺內(nèi)壓力、呼吸肌變化、呼吸的先后順序或因果關(guān)系，以流程圖加箭頭形式呈現(xiàn)概念模型（圖11）。有的學(xué)生構(gòu)建概念模型不準(zhǔn)確，組內(nèi)互助答疑解惑。

圖11 呼吸流程圖

3 課后拓展體驗(yàn)活動(dòng)，有效評(píng)價(jià)培養(yǎng)批判性思維

批判性思維是審慎地判斷是非和正確決策的能力，是集知識(shí)、價(jià)值和思維方法于一體的綜合能力與品格。批判性思維需要有分析和評(píng)價(jià)，且做到清楚、準(zhǔn)確、相關(guān)、有深度，并具有嚴(yán)密的邏輯性。推理過程中使用到的數(shù)據(jù)、概念都必需得到相應(yīng)的解釋，概念必需清楚，并將概念的內(nèi)涵和外延都表述清楚。在教學(xué)中，發(fā)展批判性思維應(yīng)重視學(xué)生自我評(píng)價(jià)、生生互評(píng)，以學(xué)生評(píng)價(jià)為主體。

課后，教師引導(dǎo)學(xué)生回歸課堂，從知識(shí)性角度反思評(píng)價(jià)制作的模型，哪些方面需要改進(jìn)？可將改進(jìn)、創(chuàng)新的模型再展示交流。為此，教師在每個(gè)班的釘釘交流群中建立了生物學(xué)體驗(yàn)活動(dòng)家校本，教師將學(xué)生的所思、所想、所做推為優(yōu)秀作業(yè)，通過釘釘平臺(tái)讓學(xué)生有更多的交流展示和分享，從而相互學(xué)習(xí)、相互評(píng)價(jià)、共同提高。

在此過程中，學(xué)生主動(dòng)思考作出評(píng)價(jià)，逐步形成批判性思維。有的學(xué)生通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)比較，發(fā)現(xiàn)用較小的2 個(gè)氣球現(xiàn)象更明顯，原因是很容易產(chǎn)生壓力差；有的學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，用注射器向自制模型中打氣，觀察到肺被動(dòng)擴(kuò)張，有效地幫助學(xué)生理解了醫(yī)院呼吸機(jī)增壓擴(kuò)肺的工作原理；有的學(xué)生思考創(chuàng)新，用一種特殊膜達(dá)到收縮、舒張時(shí)膜頂部與真人一樣在水平線以上，就不會(huì)產(chǎn)生認(rèn)知上的沖突……通過評(píng)價(jià)活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的思維碰撞，形成批判性思維，并嘗試進(jìn)行合理的創(chuàng)造，這也是高階思維形成的過程。高階思維的培養(yǎng)不僅限于課堂，也延伸到課后。

縱觀本節(jié)課，通過體驗(yàn)活動(dòng)，高階思維的培養(yǎng)貫穿其中。體驗(yàn)活動(dòng)中并沒有固定的模式發(fā)展高階思維，但均突出學(xué)生的主體性，改變學(xué)生被動(dòng)接受的狀態(tài)。本節(jié)課以前置體驗(yàn)活動(dòng)制作模型開始，動(dòng)手、動(dòng)腦的體驗(yàn)活動(dòng)為學(xué)生打造思維平臺(tái)和留出思維空間；學(xué)生在“自我反思—生成問題—探究、批判—解決問題”的過程中，提出問題能力、解決問題能力得到極大提升；最后，通過構(gòu)建模型提高分析和綜合能力。教師基于學(xué)生認(rèn)知困惑，于課前、課中、課后設(shè)置多層次的實(shí)踐體驗(yàn)活動(dòng)。學(xué)生在體驗(yàn)活動(dòng)中能自我反思、自我升華，更好地理解知識(shí)、內(nèi)化知識(shí)，進(jìn)而促進(jìn)高階思維的發(fā)展。