高中化学实验教学提升学生能力的 策略设计与应用*
魏艳萍 谭姣连
摘 要：高中阶段是培养学生思维能力的黄金时间，学生良好的思维品质是教育的主要目标。研究通过构建教学策略来提升学生批判性思维能力，选取桂林市某普通高中高一年级92名学生为研究对象，采用前后测对照组实验，通过前后测和过程性内容分析得出干预效果和研究结论。研究表明：实验班使用教学提升策略干预教学后，批判性思维能力及问题意识、分析能力、假设能力、推理能力等要素相较于对照班得到提高。技术支持的批判性思维能力教学提升策略能有效提升学生的批判性思维能力。研究建构的批判性思维培养策略为教师提供在教学中进行批判性思维培养的途径。
关键词：批判性思维;高中化学;实验教学;技术支持
中图分类号：G434? ? ? ? ?文献标志码：A? ? ? ? ?文章编号：1673-8454（2020）20-0067-05
批判性思维技能是用“有意义质疑”和“积极批判”的态度来看待周围事物，培养人们独立思考、发现问题和解决问题的能力[1]。信息时代，无论是学生、教师或其他教育工作者，批判性思维都是一项必需的技能。化学是一门以实验为基础的自然科学，实验对培养学生的批判性思维有着独特的优势。化学学科的核心素养与课程标准都要求培养学生具备有较强的问题意识，能够自主发现、提出具有探究性的问题，敢于质疑，勤于思考。针对传统实验教学存在缺少培养学生实验探究与创新意识的问题，笔者认为需要在化学实验教学中转变教学方式，故提出了相关教学策略，以培养学生的独立思考、敢于质疑和批判的创新意识。
一、批判性思维研究述评
国内外心理学界和教育学界对批判性思维有着多种理解。Ennis提出批判性思维的经典定义：“为决定相信什么或做什么而进行的合理的、反省的思维”[2]。不同的学者存在不一样的见解，更多的学者倾向于把批判性思维理解为具备反思的品质并且具有推理、论证的技能。
1.批判性思维研究进展梳理
威廉·斯迈利·豪厄尔在The effects of high school debating on critical thinking（高中辩论对批判性思维的影响）一文中提到，在1942年有一项关于批判性思维教学与评价问题的优秀调查，在《社会苏迪亚年鉴》中有关于批判性思维的记载[3]。而国内的批判性思维研究起步较迟，最早研究批判性思维的文献为1986年章少红发表的《批判性思维——风行美国的新教育法》，文章中提出“批判性思维”教育法由于适应新技术革命的要求而受到了普遍重视[4]。从这个时期开始，国内研究者开始重视批判性思维在教学中的培养。
2.中小学批判性思维培养
（1）实验教学与批判性思维
以“批判性思维”和“实验”为关键词进行高级检索，笔者综合收集的文献发现，大多数的研究都是集中在化学、物理等一些理科学科结合批判性思维培养的应用。研究者发现通过在实验教学中融入批判性思維教学实践，能够在确保学生掌握知识的同时提高其批判性思维能力。常规的实验教学授课的方式一般是教师介绍实验原理、步骤、注意事项，学生再动手做实验，教师进行随堂指导[5]。在这样的教学方式下，学生只是学习过程的被动接受者，长期处于这样的学习过程，很容易形成思想惰性。
（2）化学教学中培养批判性思维
20世纪60年代开始，西方教育界兴起了一场大规模的批判性思维研究思潮。许多学校开设课程来培养学生的批判性思维能力，但这些课程并没能提高学生的批判性思维能力。批判性思维培养研究这项工作在很多国家都已向制度化、正规化发展。例如，美国之前有化学教材配有专门的批判性思维训练手册，但是由于近年的课程改革，取消了专门的批判性思维训练手册，改成在化学教材中设置专门培养批判性思维的栏目和习题。国内批判性思维在中小学尝试实验的时间较晚，研究大多集中在理论层面。化学学习的效果与学习过程有着紧密的联系，由学生自己提出并验证假设的学习方式，其效果远远胜过单一地把知识施加于学生，并有利于培养和提高学生的创造性思维能力。一线教师与教育工作者都应该认识到化学教学中培养学生批判性思维的重要意义，加强对批判性思维的研究。
二、实证研究
1.理论基础
（1）基于问题的学习（PBL）理论
基于问题的学习是以问题为驱动的学习，该理论主要是将学生引入一定的问题情境，围绕一些真实性的问题，通过小组合作等方式开展具有针对性的实践探究，从而实现增长知识、提高能力、培养情感。PBL是在问题的解决过程中获得新知识，学习的动力源自解决问题的需要。基于问题的学习主要有三个特征：一是以学习者为中心，教师作为辅助者;二是问题作为学习活动开展的关键因素，学习活动都由问题驱动;三是基于问题的学习一般采用小组合作的方式开展，小组活动贯穿整个过程，研究中以问题为支架、学生为中心、以小组的方式开展学习活动，引导学生主动思考，积极探索。该理论有助于学生批判性思维的培养。
（2）活动理论
活动理论强调的是活动在知识技能内化过程中的桥梁作用，是人在发展过程中使用工具的本质、社会关系。主要有主体、客体和共同体三个核心成分，与工具、规则和劳动分工三个次要成分。教学过程中，主体即为学生;客体即学习目标，通过主体参与活动受到影响改变的东西;共同体是除学习者以外的其他学习者与教师;工具是教学环境;规则可以理解为用来协调主客体的制约或约定;劳动分工是指不同的成员在学习过程中要完成不同的任务。活动理论的关键点是内在与外在联系统一，教学设计中融入外在的硬、软件技术，教育向个性化延伸。基于活动理论开展教学设计有利于培养学生的认知水平、情感态度与技能水平。
2.研究对象
研究对象选取桂林某高中高一年级两个批判性思维水平相当的班级，分别为高一7班、8班，其中8班作为实验班，7班为对照班。研究采用由彭美慈、汪国成等人翻译修订的加利福尼亚批判性思维倾向测试问卷中文版（CTDI-CV）作为前后测问卷，问卷内容效度（CVI）等于0.89，α值为0.90，各维度内部一致性α值介于0.54～0.77，具有良好的信度与效度[6]。批判性思维技能调查选用心理测试专家学者叶玉珠编制的批判性思维技能测试问卷。过程性内容分析选用Newman等人的批判性思维深度分析模型，用于分析在信息技术支持下的学习群体的批判性思维水平。
3.研究设计
基于问题的学习理论为基础，活动理论为设计指导，结合化学实验教学的实际需求，尝试设计适合培养高中生批判性思维的教学提升策略。教学中学生是学习的主体，开展思维的活动（问题）是客体，教师和同伴是学生学习中的共同体。为了使教学提升策略有效实施，将学生與学习共同体按照不同的角色分工，提供合适的信息技术作为活动工具，具体设计如图1所示。
（1）设计原则
①生本教学原则
生本教学，即以学生为主体开展教学。传统高中化学实验教学大多采用教师讲授为主、学生被动接受的教学方式，严重违背了以学生为中心的教学理念。实际教学中应改变满堂灌的教学方法，把课堂充分还给学生，引导学生从问题出发自主开展科学探究，深刻感受化学的魅力，强化科学探究的批判精神。譬如在学习“金属的化学性质”一课时，为了让学生探究分析铝条的性质，设计开展两种探究方式：一是让学生把铝条放在空气中静置一段时间，二是用砂条打磨铝条的表面，学生主动操作观察，思考不同变化的原因。学习内容与学生的生活经验息息相关，能激起学生的好奇心和求知欲。通过问题意识与分析探究的学习过程开展批判性思维思考，提升批判性思维意识。
②开放性原则
课堂是开放的系统，不存在一成不变的教学方法和资源，教师要利用一切科学合理的方法与资源，最大程度地促进学生的学习，培养学生主体意识和提高学习能力。根据开放性的原则，要设置结构化、开放式的问题引导学生积极思考。问题的设计、解法和答案都应该适度的开放。譬如在学习物质的分类时，要求将化学进行分类，答案可以是从元素组成来区分，可以将化学分为金属元素和非金属元素;从物质存在的状态来区分，可以将化学分为固态物质、气态物质、液态物质;从是否含碳来区分，可以将化学分为有机化合物和无机化合物。开放性的题目，没有唯一的答案，让学生发散思维、活跃思维，勇于表达自己的想法和观点。
③反思性原则
反思是教学过程中必不可少的环节。反思是修正与完善，也是进一步提高后续学习的需要。学生做完实验后，如果不及时回忆实验过程中出现的错误操作和进行误差分析，容易遗忘实验内容。因此在实验后让学生撰写实验报告，记录实验的过程和结果，分析实验过程中的不足之处，反思实验过程，思考如何改善实验。实验报告能让学生回忆学习过程，重新梳理知识点，从反思中进行批判性思考。
（2）教学策略的提出
教学提升策略是在信息技术环境的支持下在化学实验教学中开展实施，主要分为实验前、实验中和实验后，教学策略紧紧围绕化学实验探究过程来设计。学生是学习活动的主体，问题是客体，教师和同伴是学习共同体。教师主要的任务是创设情境与提供问题支架教学，同伴主要是进行角色分工和讨论交流，参与评价，教学中提供相关软硬件资源作为活动工具来支持，如图2所示。
4.教学实施
实验内容为化学必修一“配置一定物质的量浓度”，设计安排有七个教学环节：①实验前，首先开展微课导学——《提出问题》，学生可以通过QQ群进行讨论，完成课前任务单。②新课导入环节，承接上节课所学的物质的量、气体体积和气体摩尔体积之间的关系。抛出问题，为引出物质的量浓度作好铺垫，接着引出物质的量浓度概念，让学生了解物质的量浓度的意义。提供问题支架，该实验的学习目标是什么？要掌握哪些知识？让学生自由讨论，发散思维。③实验中的自主探究，建立概念。找出关键概念，分析实验，并设置疑问：你能从试管中取出0.5mol的CuSO4溶液吗？怎么去提取出来？运用之前所学的公式可以解答这道题了吗？要求学生明确实验的元素，找出相关子概念，确定层级关系，自主构建概念体系。④提出假设，撰写实验方案。通过微课导学提前让学生了解假设，结合实际教学实验，引导学生根据已知提出相关假设。布置任务，帮助学生根据提出的假设，分步骤设计实验方案，完成课堂合作探究单的填写，利用提问引导学生思考。⑤自主探究实验。学生使用NB软件进行探究实验，体验实验的科学严谨性，提高自主学习和推理的能力。⑥总结归纳实验，以小组汇报的形式开展。各小组汇报实验方案，开展自我批判和异组评价，表达观点，⑦实验后是实验报告的撰写以及习题演练。完成实验后，布置小组在线上撰写实验报告，要求反思实验的过程，分析误差、提出结论等，并上传至石墨文档进行异组评价。习题演练主要是设计实验的相关内容，培养学生拓展知识点，激发求知欲，进行批判性思考，培养学生思维广度。
5.实验数据统计与分析
研究选择的调查对象整体素养基本良好。此次调查共发放问卷92 份，回收92份，有效率为100%。调查结果用SPSS Statistics20.0进行统计分析，结果如下：
（1）实验班与对照班批判性思维倾向后测结果分析
经过一学期教学研究，将开展批判性思维教学培养的实验班与传统教学的对照班的批判性思维倾向水平进行对比，结果如表1所示：
对比实验班和对照班实验研究后批判性思维倾向得分，将其进行独立样本T检验。由表1可知，实验班的平均分为313.45分，对照班的平均分为277.93分，实验班总体学生批判性思维倾向水平处于积极程度，对照班总体学生批判性思维倾向水平还处于中等水平。独立样本T检验结果显示，实验后实验班和对照班的学生批判性思维倾向存在明显的差异（P>0.05）。
（2）实验班与对照班批判性思维技能后测得分差异性分析
由表2可知，对比实验班和对照班实验研究后批判性思维技能得分，将其进行独立样本T检验。实验班的平均分为21分，对照班的平均分为15.89分，数据反映出实验后实验班总体学生批判性思维技能处于良好，对照班总体学生批判性思维倾向技能还仍处于中等水平。实验班学生的批判性思维技能水平差距不大，而对照班学生的批判性思维技能最高分与最低分差距大，水平差异大。实验班分析得到批判性思维技能实验班和对照班技能的得分具有显著性的概率P=0.00<0.01，差异极其显著。
（3）过程性评价数据分析
将实验班级8班的《配置一定物质的量浓度》实验和《制备胶体Fe（OH）3》实验的课堂任务单用 Newman批判性思维深度分析模型分析，每个实验发放47份，回收47份任务单，无一遗漏。分析的内容主要是学生对问题的回答，从以上所提及的10个类别来评判学生的批判性思维水平（见表3）。
相關性、重要性、准确性这三个指标在两次实验中都比较高，这说明学生在这三个方面的能力都比较强，他们的回答不存在离题、回答的不相关或者是含糊不清的现象，大多数学生都能抓住主题的关键部分。通过数据分析可以看得出，在批判性思维培养的三次干扰教学之后，学生在观点表达时所具有的新颖性，还有对于外部知识的引用，在不同观点、看法之间建立联系，思维的广度这四个方面的能力得到了明显的提升。这说明开展信息技术支持下的培养批判性思维实验研究在一定程度上帮助学生提高了创新性，学生更积极地去关注外部知识的收集，而且看问题角度也更多面。但是，前两次实验中辩护和批判性评估这两方面水平有点低，虽然在培养过程中这两方面有了明显的提升，但与别的方面相差还是比较大。这也说明了培养批判性思维是一个漫长的过程，需要不断地去努力。
（4）实验研究小结
①批判性思维倾向调查结论
批判性思维倾向问卷共调查了桂林某高中高一年级两个班 92 位同学，实验后，实验班的平均分为313.45分（Std=30.650），对照班的平均分277.93分（Std=29.510）。实验班和对照班学生的倾向水平存在极其显著的差异（P<0.01）。经过一学期的实验研究后，实验班学生的批判性思维倾向水平有了一定程度的提高。
②批判性思维技能调查结论
批判性思维技能问卷共调查测试了桂林某高中高一年级两个班级的92位学生，借鉴心理测试专家学者叶玉珠编制的《批判性思维技能测试问卷》，通过调研发现，实验班的平均分为 21分（Std=1.900），对照班平均分为15.89分（Std=3.391），独立样本T检验结果显示，实验班和对照班学生的倾向水平存在极其显著的差异（P<0.01）。经过一学期的批判性思维培养，实验班学生的批判性思维技能得到了提高。
③Newman 的批判性思维深度分析模型调查结论
通过分析可以了解到，在教学应用阶段学生批判性思维深度发生变化，学生对观点表达的新颖性、辩证与批判性以及看待别人观点的能力得到了明显的进步，外部知识的引用和建立不同案例、观点的联系这两方面也得到了一定程度的提高。学生的批判性思维的各个指标的变化，都可以证实这些教学提升策略应用教学的有效性。
三、研究结论
将信息技术与化学实验教学融合来培养学生的批判性思维，实验教学提升了一个新的层次，整个教学过程中不仅能有效激发学生的学习兴趣，也培养了学生科学探究能力。研究得到的主要结论为：
1.批判性思维教学提升策略有一定的合理性和有效性
研究针对高中生批判性思维倾向与技能的薄弱部分，依据相关的培养批判性思维的教学策略文献研究及在理论基础的支撑下，设计相应的批判性思维提升策略，最终的教学策略以实验前、中、后三个核心环节来进行设计。教学流程各个策略环环相扣，通过问题解决为主线建立起三个环节的联系，有利于学生批判性思维的培养与提升。
2.实验研究后学生的批判性思维得到明显提高
批判性思维培养融入化学实验教学环节，借助信息技术的支持，学生主动参与课堂，学习兴趣得到提高。由实验研究调查分析可知高中生的批判性思维倾向和技能水平在总体上都得到了较为明显的提升。在高中化学实验教学中实施批判性思维培养提升策略，教学过程中充分发挥学生的积极主动性，学生的问题意识和分析、推理能力、解决问题的能力、观点表达能力都在一定程度上得到了提升。
参考文献：
[1]王习胜.批判性思维及其技能研究[J].扬州大学学报（高教研究版），2006（2）：6-9.
[2]Ennis，R.H.A? taxonomy? of? critical? thinking? disposition? and? abililities. In? J.Baron &? R.Sternberg（Eds.），Teaching? thinking? skills：? Theory? and practice[M].New York：W.H.Freeman，1987.
[3]William Smiley Howell.The effects of high school debating on critical thinking[J].Communication Monographs，1943，10（1）：96-103.
[4]章少红.批判性思维——风行美国的新教育法[J].世界知识，1986（10）：4
[5]秦丹，闫鹏，李光仲，等.以批判性思维培养为导向的医学物理实验教学改革探索[J].中国医学物理学杂志，2012，29（2）：3332-3334.
[6]彭美慈，汪国成，陈基乐，等. 批判性思维能力测量表的信效度测试研究[J].中华护理杂志，2004（9）：645.
（编辑：鲁利瑞）
