陈 懋

（海宁市斜桥中学，浙江 海宁 314406）

美国教育家布卢姆将思维过程从认知角度细分为具体化为6个教学目标，记忆、理解、应用、分析、评价和创造（表1），其中记忆、理解、应用是低阶思维，是较低层次的认知水平，主要用于学习事实性知识或完成简单任务的能力；分析、评价和创造为高阶思维，是发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力.［1］发展高阶思维需要高阶学习活动为基础，以学习者为中心，以批判思维对待探究问题为前提，以创新性解决问题为根本.［2］实验活动是高阶学习活动，是培养高阶思维的重要载体.本文以“物质的密度”学生分组实验教学为例，变走马观花为寻根究底，变全盘接受为批判质疑，变依葫画瓢为拓展探究，不仅可以激发学生学习物理兴趣，而且可以帮助学生丰富感性认识，形成正确的物理观念，培养学生的高阶思维能力，提高学生的科学素养.

表1 布鲁姆教育目标分类表——认知维度

1 变走马观花为寻根究底

科学推理是一种学生思维能力发展到一定阶段之后的理性思维.［3］在实验教学中，针对教材的实验方案，教师稚化追问，提出新问题：为什么要进行这个实验？实验方案为什么这样设计？还有别的实验方法可以替代吗？从而避免学生走马观花，引导学生在面对新问题时如何正确分析、推理和判断，可以培养学生的高阶思维能力.

例如，在测量小石块的密度实验中，教师可先通过组织学生交流讨论实验方案，再按照教材的方案（如图1）进行实验.先调节天平平衡，测出石块的质量，在量筒中装入适量水，用细线把石块缓缓浸入量筒的水中，两次读数的差值就是石块的体积，最后教师稚化追问，引导学生进行科学推理.

图1

问题1：在量筒内装适量的水，为什么？如果水过多，或者过少，对实验有什么影响？经过学生讨论，大家一致认为，水过多，量筒上方没有刻度无法读数，还可能水满溢出，水过少，无法浸没石块，测量石块的体积不正确.

问题2：如果先在量筒内装适量水，再把小石块投入水中，最后把小石块取出，称出小石块的质量，可以吗？经过学生讨论，大家一致认为，先测石块的体积，从量筒中取出石块时，石块表面会残留部分水，再称石块的质量时偏大，导致测出的石块密度比真实值偏大.学生分小组活动论证，实验结果符合猜想事实.

问题3：如果石块、铁块等很大，根本放不进量筒，这个实验如果改进？经过学生讨论，大家一致认为，如图2所示，在烧杯中加水到标记，取出石块，准备补充水，将量筒中的水倒入杯中至标记.当然，学生认为这种测量会带来误差，石头从烧杯中取出会残留水，体积偏大，作标记时不准确，导致测量的密度偏小.当然也有学生提出，利用溢水杯，在溢水杯中装满水，把石块浸没水中，把溢出的水倒入量筒，水的体积就是石块的体积.

图2

问题4：如果是泡沫等比水轻的物体，如何测量密度？又如果是能溶于水的食盐、糖块等，又如何测量密度呢？经过学生讨论，大家一致认为，泡沫的密度比水小，可以用细铁丝压入水中，也可以在泡沫上捆绑小石块等；而对于食盐、糖等溶于水，可以选用细沙，在量筒内放适量细沙，把糖块放入量筒中，然后摇匀，读出两次的体积读数差.

问题5：如果在测量石块的体积时，在量筒中装适量的水，平视读数，再把石块浸入水中，俯视读数（如图3），则测出石块的密度偏大还是偏小？经过学生讨论，大家一致认为，俯视读数，结果偏大，则石块和水的体积偏大，导致石头的体积测量值偏大，所以石头的密度测量值偏小.

图3

问题是思维的源泉.学生对教材的实验方案有许多的疑难困惑.本案例中，教师基于学生的迷思概念，通过稚化追问，引导学生解决问题，避免学生走马观花，实现同化和顺应，不仅培养学生分析问题能力，同时促进科学知识的理解，也有利于发展学生高阶思维.

2 变全盘接受为质疑创新

质疑是创新的基础，创新是质疑的深化.质疑是提出疑问，创新是提出解决问题的方法.在实验教学中，教师要关注实验内涵，注重启发学生思考，提出自己的见解，通过挖掘实验中存在的误差原因，引导学生对新生成进行质疑反思，鼓励学生进行创造性解决问题，可以培养学生的高价思维.

例如，在测量食盐水的密度教学中，教师设问：根据密度公式，你认为如何测量盐水的密度？需要测量哪些物理量？学生认为，需要测量食盐水的质量和食盐水的体积，教师设问：那如何测量食盐水的质量和食盐水的体积呢？有学生认为先测食盐水的质量，考虑到食盐水是液体，不能直接倒在托盘上，所以先测空烧杯的质量，把食盐水倒入烧杯，再测食盐水和烧杯的质量，最后把食盐水倒入量筒测出体积，立即有学生提出另一种方案，先测食盐水的体积，测空烧杯的质量，把食盐水倒入烧杯，测烧杯和食盐水的质量（如图4）.

图4

教师设问：你认为哪种方案更准确？有的学生认为第1种方案好，也有学生认为第2种方案好，但都说不出所以然.教师提供实验器材，要求同意第1种选第1种，同意第2种方案的选第2种，并汇报实验结果.学生发现第1种方案普遍比第2种方案偏大.

教师追问：两种方案测量结果为什么不同？产生误差的原因是什么？有的学生认为第1种方案的结果错误，也有学生认为第2种方案的结果错误，但说不出所以然.教师演示：往烧杯内倒水，然后把烧杯内的水倒入量筒，再让学生观察烧杯，学生发现烧杯内有少量水残留.学生讨论产生误差的原因.第1种方案中，食盐水的质量正确，从烧杯倒入量筒时有少量食盐水残留，体积偏少，导致测出的密度偏大；第2种方案，食盐水的体积正确，从量筒倒入烧杯时有少量食盐水残留，质量偏少，导致测出的密度偏大.

教师追问：那如何改进该方案，可以减少误差呢？学生想到，产生误差的原因是倾倒液体时有残留，经过学生讨论，大家一致认可，在量筒内装适量食盐水读出体积V1，调平天平平衡，测出空烧杯的质量m1，再把量筒内食盐水部分倒入烧杯，称量烧杯和食盐水的总质量m2，读出量筒内剩余食盐水的体积V2，食盐水的质量是m2－m1，食盐水的体积是V1－V2，再求出密度.学生再一次测量食盐水的密度，发现两种方案的密度都比较接近.

误差是实验过程的普遍现象.本案例，教师引导学生通过关注物理教材实验产生的误差，鼓励学生进行评价，变全盘接受为质疑创新，开展创新实验操作，进行科学论证，培养学生问题解决能力，学生经历了选择、判断、创作的过程，发展了学生的高阶思维能力.

3 变“依葫芦画瓢”为拓展探究

探究是人在遇到问题时产生的一种探求答案的欲望和伴随而来的一系列思维和行为方式.初中学生有强烈的好奇心，勇于“跳一跳摘到桃”.在实验教学中，教师变换实验条件，质疑问难，提出新的实验内容，从而避免学生依葫芦画瓢，引导学生在面对新情境时如何正确评价、质疑和判断，有效地培养学生的高阶思维能力.

例如，在测量密度实验中，教师设问：假设只有天平、烧杯、水，如何测量牛奶的密度？因为没有量筒，学生突然感觉无法测量牛奶的体积，但考虑到有水，可以等体积替换的方法测出牛奶的体积.学生讨论得出，调节天平平衡，测出空烧杯的质量m1，在烧杯中加满水，测出烧杯和水的质量m2，然后倒出水，加满牛奶，测出牛奶和烧杯的质量m3.牛奶的体积等于（m2－m1）/ρ，牛奶的质量为m3－m2.

教师设问：假设只有天平（无砝码）、烧杯、水、量筒，如何测量酒精的密度？学生开始窃窃私语，觉得好有挑战性.学生讨论后得出，先在量筒内放50 m L水，调节天平平衡，将量筒内水倒入烧杯，将烧杯放在左盘，将另一个空烧杯放在右盘，往烧杯中加酒精直到天平平衡，最后把酒精倒入量筒测出体积.

教师设问：我们已经测量固体和液体的密度，那么如何测量气体的密度呢？学生自然想到，可以测量空气的质量，空气的体积，但考虑空气就有流动性，必须在密闭环境中测量气体的质量和体积，但感觉无处入手.

教师提示，测量小石块的体积采用的是排水法，通常空气也是不溶于水，那么空气的体积可以如何测量？学生提出，空气也可以通过排水法求体积，立即有学生补充，可以把篮球打足气，放出气体后通入量筒中，再称篮球的质量，求出空气的质量.

教师设问：那么，如何测量空气的质量和体积呢？经过学生讨论，大家一致认为，用气筒将小皮球打足气，用天平称出此时小皮球的质量，将如图5（甲）所示的量杯装满水后倒扣在水槽中，将皮球内空气用乳胶管导入量杯内［如图5（乙）］，当量杯内收集的空气达到量杯的最大测量值时，用止水夹夹紧乳胶管.再将量杯盛满水后重新集气，如此反复10次，用托盘天平称出放气10次后小皮球的质量［如图5（丙）］.学生计算出空气的密度约为1.4 kg/m3，学生豁然开朗，脸上露出笑容.

图5

教师设问：查阅资料显示，空气的密度是1.29 kg/m3，而测得的结果偏大，请你分析造成这一偏差的原因可能是什么？学生讨论得出，读数时没有平视凹液面的最低处，或每次量杯集满气体时低于水槽的液面，或漏气等.

本案例中，基于学生的认知规律，引导学生拓展延伸教材实验内容，有利于学生遇到类似陌生情境或障碍时，能灵活改变思路，并根据“最近发展区”把科学知识和科学方法迁移到新的情境中，进而培养学生迁移能力，发展学生的高价思维.

4 结语

实验教学贯穿于整个科学学习活动中，让学生多角度、多维度地评价、分析、创造，独立完成或合作探究，能促进学生对科学知识的理解和掌握.为了学生的终身发展需要，培养学生的高阶思维能力，在实验教学中，不要误将以葫芦画瓢的操作当成高阶思维能力培养的一种有效途径，而应该在批判与创新过程中碰撞出高阶思维的火花，把物理实验环节变成培育高阶思维能力的过程.