摘? ? 要：科學知識的表現(xiàn)形式包含科學事實、概念、原理、規(guī)律、模型和理論，具有高度的抽象性和嚴密性。而高階思維流程圖是基于分析、評價和創(chuàng)造等高階思維形成有效解決策略和認識思路的一種圖文表達系統(tǒng)，其呈現(xiàn)的嚴密邏輯契合了科學學科的知識特點和思維方法，能有效促進初中科學深度學習的發(fā)生。其應用策略為：“圖景和結構”促進科學知識的深度組織;“聯(lián)想和推理”促進科學經驗的深度轉化;“評判和改進”促進科學模型的深度修正;“審查和證明”促進科學規(guī)律的深度論證;“本質和變式”促進科學原理的深度遷移;“綜合和創(chuàng)新”促進科學項目的深度實踐。

關鍵詞：初中科學;高階思維流程圖;深度學習

一、價值意義

布盧姆將思維過程具體化為六個教學目標：記憶、理解、應用、分析、評價、創(chuàng)造。其中分析、評價和創(chuàng)造被認為是高階思維，是發(fā)生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力，其核心是創(chuàng)造性思維和批判性思維。高階思維流程圖是學習者在對解決問題或認識事物的過程進行反思提煉的基礎上，通過分析、評價或創(chuàng)造等高階思維方法形成有效解決策略和認識思路的一種圖文表達系統(tǒng)。它和思維導圖具有較大差異，具體區(qū)別見表1。

由表1可見，思維導圖通過可視的圖像化記憶可以加快記憶速度，但無法加深對知識的理解，故并不適用于理科教學，尤其是理科的深度學習。科學知識的表現(xiàn)形式包含科學事實、概念、原理、規(guī)律、模型和理論，具有高度的抽象性和嚴密性，而高階思維流程圖呈現(xiàn)的嚴密邏輯正契合了科學學科的知識特點和思維方法，有助于推進科學學科的深度學習。

二、應用原理

深度學習讓學生的成長從提高“解題的能力”轉向提高“解決問題的能力”，具體知識作為解決問題的工具被探索、被發(fā)現(xiàn)的過程，就是實現(xiàn)深度學習的過程[1]100。實現(xiàn)這樣的深度學習，必須抓住“學習過程中的思維外顯”這一關鍵策略。在以學生發(fā)展為中心的深度學習過程中，面對各種復雜問題，強調思路方法的建構、打破和重構，是提升學習力的有效措施。這需要關注學習的過程，特別是思路方法的形成過程。所以讓學習過程中內隱的思維顯性化，是實現(xiàn)深度學習的一個重要策略[1]103。而高階思維流程圖就是高階思維方法的一種圖文表達系統(tǒng)，正是思維過程顯性化的有效載體。在繪制高階思維流程圖的過程中，可以幫助學生厘清思路、提煉方法、構建問題解決的基本模型，增大學生的思維容量，進而促進分析、評價和創(chuàng)造等高階思維的進階發(fā)展，促進深度學習的有效發(fā)生。

三、構建原則

（一）自反性原則

一是時間上的自反性，指的是對已經發(fā)生的思維過程的反思。二是學習上的自反性，構建思維流程圖不是個體直接獲取知識的過程，而是以這個學習活動為認識對象的再學習過程[2]。

（二）邏輯性原則

思維流程圖展示的是一個連續(xù)的思維過程，前后節(jié)點之間具有因果關系，因此在銜接上必須強調嚴密的邏輯推理，注重因果關聯(lián)，體現(xiàn)出思維推理的嚴密性。

（三）直觀性原則

思維不僅要借助概念，還要借助表象來進行。表象是指事物在頭腦中具體的形象，它具有直觀性。而高階思維流程圖作為思維過程的媒介，其本質就是高階思維的表象，所以它的表達必須是直觀的。

四、繪制方法

一幅完整的高階思維流程圖必須具備四個基本要素：節(jié)點、鏈接、形制、關系。一般用一個概念、事實或某個量的變化來表示一個節(jié)點;節(jié)點間的聯(lián)系常用箭頭或格式鏈接，用來表達構圖者的推理過程和系統(tǒng)思考;形制指每幅圖的呈現(xiàn)形式，一般是由文字、圖像和箭頭組合成的示意圖;節(jié)點間的關系是通過推理或事實建立連接的。

繪圖的基本步驟可概括為五個字：“回、理、定、繪、修。”回：回顧解決問題的思維過程。理：理出最重要的思維節(jié)點。定：確定思維流程圖的形制。繪：根據內容和形式的需要繪制思維流程圖。修：進一步修正和完善。

五、應用策略

（一）基于分析的高階思維流程圖

所謂分析，是將事物進行拆分，以顯示其中的關系、動機、原因、聯(lián)系和運行方式?；诜治龅母唠A思維流程圖體現(xiàn)的思維方式主要包括分析、推理、檢驗、組織、分類等高階思維[3]18。

1.圖景和結構：促進科學知識的深度組織

以聯(lián)想、結構化的方式去學習學科的基本結構，這是深度學習的重要特征[1]50?！安徽撐覀冞x教什么學科，務必使學生理解學科的基本結構。如果先前的學習使往后的學習更為容易的話，那就必須提供一個一般的圖景，按照這個圖景，使先前與往后所遇到的事物間關系更加清晰?！盵4]8這就需要引導學生根據當前的學習活動去聯(lián)想、調動、激活以往的經驗，以融會貫通的方式對學習內容進行組織，從而建構自己的知識結構。在這一建構過程中，組織策略是重要的學習策略。所謂“組織”，實質上是一種復雜的有意義的信息編碼，是對信息更深層次的二次加工。下面就以對“人體消化吸收過程”的信息加工為例，展示學生創(chuàng)造的多種形制、不斷遞進的高階思維流程圖。

【進階一：表式圖】主要采用定性分析、結構分析和功能分析的思維方法，用表格形式表示消化吸收的全過程（表略），這種結構的組織特點是全而淺。

【進階二：坐標圖】主要采用數學分析中的函數方法，建立食物中各成分消化的坐標曲線圖（見圖1），這種結構的組織特點是小而深。

【進階三：進程圖】從多維角度對消化和吸收的整個過程進行深入的組合分析，通過高度的組織化，呈現(xiàn)一幅立體化的圖景（見圖2），這種結構的組織特點是全而深。

上述信息的重新編碼過程就是以圖景方式組織材料的，學習者通過自己獨有的信息加工方式，通過高度組織化的信息整合，把零散的、碎片式的、雜亂無章的信息組織成有邏輯的、有體系的、有結構的知識，從而有利于對信息的系統(tǒng)理解和長效保持。

2.聯(lián)想和推理：促進科學經驗的深度轉化

個體經驗和人類知識在深度學習過程中不是對立的，而是相互成就、相互轉化的?？茖W知識不是孤立的，而是能夠被喚醒、被調用的。所謂“聯(lián)想”，就是喚醒和調動學生的個體經驗，幫助學生建立已有經驗和新知識之間的聯(lián)系，從而使學生與知識建立意義關聯(lián)。簡單地說，學習事物的結構就是學習事物是怎樣相互關聯(lián)的[4]5。在具體的科學問題解決過程中，學習者可以采用正向推理和反向推理兩種方法，最終建立已知條件與目標結果之間的意義關聯(lián)。下面通過兩個案例來說明這兩種推理具體的思維流程圖。

【反向推理圖】 問題：“假定地球的大氣層是均勻的，如何估算大氣的質量？”相關思維流程圖見圖3[5]7-8。

轉化思路是：以目標問題為起點，通過反向的科學推理，逐步轉化為已知經驗和信息。如圖3中的“思路②”的形成就是通過五次物理量的轉化實現(xiàn)的，把未知的“大氣質量”問題最終轉化為已知的“地球半徑”信息。

【正向推理圖】 問題：“有一包固體粉末，可能含有K2CO3、K2SO4、CuSO4、CaCl2、KNO3等物質中的一種或幾種，將粉末溶于水得到無色溶液，滴入硝酸鋇溶液后產生白色沉淀，再加足量稀硝酸，沉淀部分溶解。請分析：這包固體粉末中一定含有? ? ? ? ? ，一定不含有? ? ? ? ? ，可能含有? ? ? ? ? 。”相關思維流程圖見圖4。

轉化思路是：以已知信息為起點，通過正向的科學推理，逐步轉化為目標問題。

（二）基于評價的高階思維流程圖

所謂評價，是在有效論證的支撐下對事物進行正確的評判?；谠u價的高階思維流程圖體現(xiàn)的思維方式，主要包括評估、論證、評論、鑒定、證明、批判、辯護、檢查、估量、審查等高階思維[3]75。

1.評判和改進：促進科學模型的深度修正

評價可以產生有效的反饋循環(huán)，即綜合—分析循環(huán)。如果個體通過評估在做出了某個判斷后，發(fā)現(xiàn)做判斷時沒有考慮到某些信息，個體就可以基于新獲得的這些信息，改進之前做出的判斷。也就是說，評價可以作為試驗和錯誤反饋循環(huán)的基礎[3]24。縱觀整部科學史，科學也是在不斷的否定中逐漸接近真理的，科學知識永遠處在一個不斷發(fā)展的狀態(tài)，科學模型也需要一個不斷完善和修正的過程。通過不斷的評判—改進循環(huán)，就能不斷促進科學模型的深度修正。下面展示的兩個高階思維流程圖例，正是體現(xiàn)了科學模型在評判—改進循環(huán)中得到深度修正的過程。

在學習原子結構的模型時，筆者引導學生評價不同時代的原子模型，找出其不足，并通過科學史上的實驗不斷獲得新的發(fā)現(xiàn)，從而不斷改進和修正原子模型，最終提煉得到如圖5所示的原子模型發(fā)展圖。

在設計并畫出一套簡易氫氣發(fā)生裝置示意圖時，隨著對實驗缺陷的不斷評判和改進，便逐漸出現(xiàn)了一個啟普發(fā)生器的原型，然后再通過四次否定評價，最終改進得到啟普發(fā)生器裝置圖，如圖6。

2.審查和證明：促進科學規(guī)律的深度論證

科學論證是以證據為基礎提出主張，并通過推理過程使主張和證據之間建立合乎邏輯關系的方法。這種證明是用可靠的邏輯關系在證據和主張之間建立嚴密的、具有說服力的推導和解釋過程[6]。在這個過程中，既需要對科學事實進行全方位的審視和檢查，又要對論證方法和過程進行嚴格的審查和篩選，最終確定最嚴密的論證路徑。因此，基于審查和證明的高階思維能體現(xiàn)科學論證的嚴謹性，而通過科學論證可以加深學生對概念規(guī)律的深度理解，有效促進深度學習。下面以一個電路變化的經典問題為案例說明審查和證明這兩種思維方式對構建高階思維流程圖的價值。

【案例】在如圖7所示的電路中，當滑片P向右滑動時，請證明電壓表讀數變大。

【審查】在一般情況下，學生的思維過程呈現(xiàn)如下（↑表示變大，↓表示變?。篜向右 →R變↑→R總↑→I↓，但根據“U變=I↓R變↑→U變”仍無法確定。學生得出這一錯誤結論，原因就在于思維沒有發(fā)散開去，若啟發(fā)學生進行發(fā)散性思維，至少可形成如圖8[5]7-8所示的四條思路。再對這四條思路加以審視篩選，最后就很容易集中到U變=U-UL這一可行思路上，得出U變增大的正確結論。

【證明】把電燈視作R1，滑動變阻器視作R2，得到圖9，再對U，U1等9個物理量的變化進行矩陣分析（“—”表示不變，“↑”表示變大，“↓”表示變?。凑铡癙向右 →R2↑→R↑→I↓→I1↓→ U1↓→ U2↑=U-U1↓”的邏輯順序，就可以得到嚴密的證明。實踐表明，矩陣分析流程圖不僅使多個物理量一目了然，而且可以從橫向和縱向兩個角度去判斷變化，從而拓寬思維路徑，普遍適用于多個物理量關聯(lián)問題的解決。

（三）基于創(chuàng)造的高階思維流程圖

所謂創(chuàng)造，是指在分析和評價的基礎上進行模仿、遷移、重組、綜合和創(chuàng)新，具體包括組合、整合、融合、創(chuàng)造、發(fā)明、制作、設計等高階思維[3]74。

1.本質和變式：促進科學原理的深度遷移

發(fā)生深度學習的學生能夠抓住教學內容的本質屬性，全面把握知識的內在聯(lián)系，并能夠由本質推出若干變式，實現(xiàn)知識的遷移，從而做到“舉一反三”[1]56。學習中的遷移是學習者在理解或識別新舊知識之間的關聯(lián)性后，產生的已有知識在新情境中的應用[7]。要實現(xiàn)這樣的遷移，學生需要具備深刻而靈活的思維品質。思維的深刻性是指思維活動的抽象程度和邏輯水平，是一種善于透過紛繁的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題本質的思維品質。在科學深度學習中，這種思維品質通常是在把握科學原理的本質、對科學原理進行深度遷移的過程中發(fā)展起來的。如在分析“漂浮于水杯中的冰塊融化后杯中水面如何變化”這一問題時，面對各種變式，只要引導學生把握住萬變不離其宗的“水面變化看V排，V排大小看浮力，浮力計算看狀態(tài)，狀態(tài)變化看條件”的原理本質，就可以舉一反三，通過方法同類、情境分類的思路，系統(tǒng)解決“水面變化”的復雜問題（圖略），同樣也可以遷移解決包括“從船上拋物入水后水面如何變化”在內的很多變式問題。

2.綜合和創(chuàng)新：促進科學項目的深度實踐

深度學習的最終目的是讓學生將所學知識轉化為學生的綜合實踐能力，所以“遷移和運用”是深度學習的重要特征，而“遷移和運用”需要學生具有綜合的能力和創(chuàng)新的意識[1]60。發(fā)展綜合和創(chuàng)新素養(yǎng)的有效途徑是項目化學習。項目化學習是一種高階思維引領下的深度學習，具體是指針對真實和富有挑戰(zhàn)性的項目，在一段時間內持續(xù)探索實踐，最終創(chuàng)造性地解決問題并形成相關項目成果的學習過程[8]。在STEAM理念的引領下，將項目化學習融入科學學習，對進一步培養(yǎng)跨學科綜合素養(yǎng)，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，具有重要的教育價值。如在開展“腳印斷案”科學項目化學習中，要求“通過勘測沙地上留下的真實‘罪犯的腳印，創(chuàng)造性地測算出嫌疑人的身高、體重和性別等關鍵信息，從而科學鎖定嫌疑犯”。在這一項目實踐中，要求學生通過“鞋模澆鑄、打磨修邊、鞋模描樣、鞋型比對、石膏取樣、3D打印”等一系列工程實踐，創(chuàng)造性地完成“提取腳印、測量鞋模的長度和面積、測算鞋模平均深度、測量產生腳印的壓強、撰寫結案報告”等項目任務。在這個真實任務驅動的深度科學項目化學習過程中，學生圍繞著挑戰(zhàn)性問題，不僅深度理解了“壓強、密度”等核心概念，也綜合應用了“模型法、數學方法、方格法、轉換法、取樣法、等效替代法”等多種科學方法，并通過嚴密而系統(tǒng)的思維推理，形成基于問題解決的思維流程圖（見圖10），顯示出思維的深刻性、靈活性和廣闊性。

六、應用效果

（一）成效分析

基于分析、評價和創(chuàng)造等高階思維形成的高階思維流程圖，可以優(yōu)化思維品質，提升思維的深刻性、靈活性和廣闊性，促進科學深度學習的發(fā)生。實踐表明：學習者通過對科學知識的深度組織，提升了知識掌握的系統(tǒng)性;通過對科學思維的深度加工，促進了對科學概念、原理和規(guī)律的深度理解和反省領悟，實現(xiàn)了從“下海抓魚”到“上岸悟漁”的深刻轉變;通過對項目化學習的深度體驗，有效提升問題解決能力，促進科學核心素養(yǎng)的全面提升。

（二）問題反思

繪制高階思維流程圖的思維起點較高，對知識基礎和思維能力有一定的要求。實踐發(fā)現(xiàn)：對于基礎薄弱、思維能力一般的學習者來說，需要一個較長的適應期，早期實效并不明顯，尤其是基于評價和創(chuàng)造的高階思維流程圖的繪制。這也啟示研究者要關注低階和高階思維流程圖在促進深度學習中應用策略的差異化選擇。

七、結論綜述

應用高階思維流程圖能有效促進科學學科深度學習的發(fā)生，具體表現(xiàn)在：基于分析的高階思維流程圖通過“圖景和結構”能促進科學知識的深度組織，通過“聯(lián)想和推理”能促進科學經驗的深度轉化;基于評價的高階思維流程圖通過“評判和改進”能促進科學模型的深度修正，通過“審查和證明”能促進科學規(guī)律的深度論證;基于創(chuàng)造的高階思維流程圖通過“本質和變式”能促進科學原理的深度遷移，通過“綜合和創(chuàng)新”能促進科學項目的深度實踐。[□][◢]

參考文獻：

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