摘? ? 要：科學(xué)知識的表現(xiàn)形式包含科學(xué)事實(shí)、概念、原理、規(guī)律、模型和理論，具有高度的抽象性和嚴(yán)密性。而高階思維流程圖是基于分析、評價(jià)和創(chuàng)造等高階思維形成有效解決策略和認(rèn)識思路的一種圖文表達(dá)系統(tǒng)，其呈現(xiàn)的嚴(yán)密邏輯契合了科學(xué)學(xué)科的知識特點(diǎn)和思維方法，能有效促進(jìn)初中科學(xué)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。其應(yīng)用策略為：“圖景和結(jié)構(gòu)”促進(jìn)科學(xué)知識的深度組織;“聯(lián)想和推理”促進(jìn)科學(xué)經(jīng)驗(yàn)的深度轉(zhuǎn)化;“評判和改進(jìn)”促進(jìn)科學(xué)模型的深度修正;“審查和證明”促進(jìn)科學(xué)規(guī)律的深度論證;“本質(zhì)和變式”促進(jìn)科學(xué)原理的深度遷移;“綜合和創(chuàng)新”促進(jìn)科學(xué)項(xiàng)目的深度實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：初中科學(xué);高階思維流程圖;深度學(xué)習(xí)

一、價(jià)值意義

布盧姆將思維過程具體化為六個(gè)教學(xué)目標(biāo)：記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價(jià)、創(chuàng)造。其中分析、評價(jià)和創(chuàng)造被認(rèn)為是高階思維，是發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動或認(rèn)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(xué)習(xí)者在對解決問題或認(rèn)識事物的過程進(jìn)行反思提煉的基礎(chǔ)上，通過分析、評價(jià)或創(chuàng)造等高階思維方法形成有效解決策略和認(rèn)識思路的一種圖文表達(dá)系統(tǒng)。它和思維導(dǎo)圖具有較大差異，具體區(qū)別見表1。

由表1可見，思維導(dǎo)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(xué)，尤其是理科的深度學(xué)習(xí)。科學(xué)知識的表現(xiàn)形式包含科學(xué)事實(shí)、概念、原理、規(guī)律、模型和理論，具有高度的抽象性和嚴(yán)密性，而高階思維流程圖呈現(xiàn)的嚴(yán)密邏輯正契合了科學(xué)學(xué)科的知識特點(diǎn)和思維方法，有助于推進(jìn)科學(xué)學(xué)科的深度學(xué)習(xí)。

二、應(yīng)用原理

深度學(xué)習(xí)讓學(xué)生的成長從提高“解題的能力”轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的過程[1]100。實(shí)現(xiàn)這樣的深度學(xué)習(xí)，必須抓住“學(xué)習(xí)過程中的思維外顯”這一關(guān)鍵策略。在以學(xué)生發(fā)展為中心的深度學(xué)習(xí)過程中，面對各種復(fù)雜問題，強(qiáng)調(diào)思路方法的建構(gòu)、打破和重構(gòu)，是提升學(xué)習(xí)力的有效措施。這需要關(guān)注學(xué)習(xí)的過程，特別是思路方法的形成過程。所以讓學(xué)習(xí)過程中內(nèi)隱的思維顯性化，是實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的一個(gè)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(dá)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(xué)生厘清思路、提煉方法、構(gòu)建問題解決的基本模型，增大學(xué)生的思維容量，進(jìn)而促進(jìn)分析、評價(jià)和創(chuàng)造等高階思維的進(jìn)階發(fā)展，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的有效發(fā)生。

三、構(gòu)建原則

（一）自反性原則

一是時(shí)間上的自反性，指的是對已經(jīng)發(fā)生的思維過程的反思。二是學(xué)習(xí)上的自反性，構(gòu)建思維流程圖不是個(gè)體直接獲取知識的過程，而是以這個(gè)學(xué)習(xí)活動為認(rèn)識對象的再學(xué)習(xí)過程[2]。

（二）邏輯性原則

思維流程圖展示的是一個(gè)連續(xù)的思維過程，前后節(jié)點(diǎn)之間具有因果關(guān)系，因此在銜接上必須強(qiáng)調(diào)嚴(yán)密的邏輯推理，注重因果關(guān)聯(lián)，體現(xiàn)出思維推理的嚴(yán)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(jìn)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(zhì)就是高階思維的表象，所以它的表達(dá)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(gè)基本要素：節(jié)點(diǎn)、鏈接、形制、關(guān)系。一般用一個(gè)概念、事實(shí)或某個(gè)量的變化來表示一個(gè)節(jié)點(diǎn);節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)系常用箭頭或格式鏈接，用來表達(dá)構(gòu)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(diǎn)間的關(guān)系是通過推理或事實(shí)建立連接的。

繪圖的基本步驟可概括為五個(gè)字：“回、理、定、繪、修?！被兀夯仡櫧鉀Q問題的思維過程。理：理出最重要的思維節(jié)點(diǎn)。定：確定思維流程圖的形制。繪：根據(jù)內(nèi)容和形式的需要繪制思維流程圖。修：進(jìn)一步修正和完善。

五、應(yīng)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(jìn)行拆分，以顯示其中的關(guān)系、動機(jī)、原因、聯(lián)系和運(yùn)行方式。基于分析的高階思維流程圖體現(xiàn)的思維方式主要包括分析、推理、檢驗(yàn)、組織、分類等高階思維[3]18。

1.圖景和結(jié)構(gòu)：促進(jìn)科學(xué)知識的深度組織

以聯(lián)想、結(jié)構(gòu)化的方式去學(xué)習(xí)學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)，這是深度學(xué)習(xí)的重要特征[1]50?！安徽撐覀冞x教什么學(xué)科，務(wù)必使學(xué)生理解學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)。如果先前的學(xué)習(xí)使往后的學(xué)習(xí)更為容易的話，那就必須提供一個(gè)一般的圖景，按照這個(gè)圖景，使先前與往后所遇到的事物間關(guān)系更加清晰?！盵4]8這就需要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)當(dāng)前的學(xué)習(xí)活動去聯(lián)想、調(diào)動、激活以往的經(jīng)驗(yàn)，以融會貫通的方式對學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行組織，從而建構(gòu)自己的知識結(jié)構(gòu)。在這一建構(gòu)過程中，組織策略是重要的學(xué)習(xí)策略。所謂“組織”，實(shí)質(zhì)上是一種復(fù)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(xué)生創(chuàng)造的多種形制、不斷遞進(jìn)的高階思維流程圖。

【進(jìn)階一：表式圖】主要采用定性分析、結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的組織特點(diǎn)是全而淺。

【進(jìn)階二：坐標(biāo)圖】主要采用數(shù)學(xué)分析中的函數(shù)方法，建立食物中各成分消化的坐標(biāo)曲線圖（見圖1），這種結(jié)構(gòu)的組織特點(diǎn)是小而深。

【進(jìn)階三：進(jìn)程圖】從多維角度對消化和吸收的整個(gè)過程進(jìn)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(jié)構(gòu)的組織特點(diǎn)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(xué)習(xí)者通過自己獨(dú)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(jié)構(gòu)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(jìn)科學(xué)經(jīng)驗(yàn)的深度轉(zhuǎn)化

個(gè)體經(jīng)驗(yàn)和人類知識在深度學(xué)習(xí)過程中不是對立的，而是相互成就、相互轉(zhuǎn)化的?？茖W(xué)知識不是孤立的，而是能夠被喚醒、被調(diào)用的。所謂“聯(lián)想”，就是喚醒和調(diào)動學(xué)生的個(gè)體經(jīng)驗(yàn)，幫助學(xué)生建立已有經(jīng)驗(yàn)和新知識之間的聯(lián)系，從而使學(xué)生與知識建立意義關(guān)聯(lián)。簡單地說，學(xué)習(xí)事物的結(jié)構(gòu)就是學(xué)習(xí)事物是怎樣相互關(guān)聯(lián)的[4]5。在具體的科學(xué)問題解決過程中，學(xué)習(xí)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(biāo)結(jié)果之間的意義關(guān)聯(lián)。下面通過兩個(gè)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(zhì)量？”相關(guān)思維流程圖見圖3[5]7-8。

轉(zhuǎn)化思路是：以目標(biāo)問題為起點(diǎn)，通過反向的科學(xué)推理，逐步轉(zhuǎn)化為已知經(jīng)驗(yàn)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(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)的，把未知的“大氣質(zhì)量”問題最終轉(zhuǎn)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(zhì)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(chǎn)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? ? ? ? ? ?！毕嚓P(guān)思維流程圖見圖4。

轉(zhuǎn)化思路是：以已知信息為起點(diǎn)，通過正向的科學(xué)推理，逐步轉(zhuǎn)化為目標(biāo)問題。

（二）基于評價(jià)的高階思維流程圖

所謂評價(jià)，是在有效論證的支撐下對事物進(jìn)行正確的評判。基于評價(jià)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(hù)、檢查、估量、審查等高階思維[3]75。

1.評判和改進(jìn)：促進(jìn)科學(xué)模型的深度修正

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

在學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)的模型時(shí)，筆者引導(dǎo)學(xué)生評價(jià)不同時(shí)代的原子模型，找出其不足，并通過科學(xué)史上的實(shí)驗(yàn)不斷獲得新的發(fā)現(xiàn)，從而不斷改進(jìn)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(shè)計(jì)并畫出一套簡易氫氣發(fā)生裝置示意圖時(shí)，隨著對實(shí)驗(yàn)缺陷的不斷評判和改進(jìn)，便逐漸出現(xiàn)了一個(gè)啟普發(fā)生器的原型，然后再通過四次否定評價(jià)，最終改進(jìn)得到啟普發(fā)生器裝置圖，如圖6。

2.審查和證明：促進(jìn)科學(xué)規(guī)律的深度論證

科學(xué)論證是以證據(jù)為基礎(chǔ)提出主張，并通過推理過程使主張和證據(jù)之間建立合乎邏輯關(guān)系的方法。這種證明是用可靠的邏輯關(guān)系在證據(jù)和主張之間建立嚴(yán)密的、具有說服力的推導(dǎo)和解釋過程[6]。在這個(gè)過程中，既需要對科學(xué)事實(shí)進(jìn)行全方位的審視和檢查，又要對論證方法和過程進(jìn)行嚴(yán)格的審查和篩選，最終確定最嚴(yán)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(xué)論證的嚴(yán)謹(jǐn)性，而通過科學(xué)論證可以加深學(xué)生對概念規(guī)律的深度理解，有效促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。下面以一個(gè)電路變化的經(jīng)典問題為案例說明審查和證明這兩種思維方式對構(gòu)建高階思維流程圖的價(jià)值。

【案例】在如圖7所示的電路中，當(dāng)滑片P向右滑動時(shí)，請證明電壓表讀數(shù)變大。

【審查】在一般情況下，學(xué)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(jù)“U變=I↓R變↑→U變”仍無法確定。學(xué)生得出這一錯(cuò)誤結(jié)論，原因就在于思維沒有發(fā)散開去，若啟發(fā)學(xué)生進(jìn)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(jié)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(gè)物理量的變化進(jìn)行矩陣分析（“—”表示不變，“↑”表示變大，“↓”表示變?。?，按照“P向右 →R2↑→R↑→I↓→I1↓→ U1↓→ U2↑=U-U1↓”的邏輯順序，就可以得到嚴(yán)密的證明。實(shí)踐表明，矩陣分析流程圖不僅使多個(gè)物理量一目了然，而且可以從橫向和縱向兩個(gè)角度去判斷變化，從而拓寬思維路徑，普遍適用于多個(gè)物理量關(guān)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(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)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(shè)計(jì)等高階思維[3]74。

1.本質(zhì)和變式：促進(jìn)科學(xué)原理的深度遷移

發(fā)生深度學(xué)習(xí)的學(xué)生能夠抓住教學(xué)內(nèi)容的本質(zhì)屬性，全面把握知識的內(nèi)在聯(lián)系，并能夠由本質(zhì)推出若干變式，實(shí)現(xiàn)知識的遷移，從而做到“舉一反三”[1]56。學(xué)習(xí)中的遷移是學(xué)習(xí)者在理解或識別新舊知識之間的關(guān)聯(lián)性后，產(chǎn)生的已有知識在新情境中的應(yīng)用[7]。要實(shí)現(xiàn)這樣的遷移，學(xué)生需要具備深刻而靈活的思維品質(zhì)。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(zhì)的思維品質(zhì)。在科學(xué)深度學(xué)習(xí)中，這種思維品質(zhì)通常是在把握科學(xué)原理的本質(zhì)、對科學(xué)原理進(jìn)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(shí)，面對各種變式，只要引導(dǎo)學(xué)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(jì)算看狀態(tài)，狀態(tài)變化看條件”的原理本質(zhì)，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(fù)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(nèi)的很多變式問題。

2.綜合和創(chuàng)新：促進(jìn)科學(xué)項(xiàng)目的深度實(shí)踐

深度學(xué)習(xí)的最終目的是讓學(xué)生將所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，所以“遷移和運(yùn)用”是深度學(xué)習(xí)的重要特征，而“遷移和運(yùn)用”需要學(xué)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(xiàng)目化學(xué)習(xí)。項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是一種高階思維引領(lǐng)下的深度學(xué)習(xí)，具體是指針對真實(shí)和富有挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目，在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)探索實(shí)踐，最終創(chuàng)造性地解決問題并形成相關(guān)項(xiàng)目成果的學(xué)習(xí)過程[8]。在STEAM理念的引領(lǐng)下，將項(xiàng)目化學(xué)習(xí)融入科學(xué)學(xué)習(xí)，對進(jìn)一步培養(yǎng)跨學(xué)科綜合素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，具有重要的教育價(jià)值。如在開展“腳印斷案”科學(xué)項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中，要求“通過勘測沙地上留下的真實(shí)‘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(guān)鍵信息，從而科學(xué)鎖定嫌疑犯”。在這一項(xiàng)目實(shí)踐中，要求學(xué)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(shí)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(chǎn)生腳印的壓強(qiáng)、撰寫結(jié)案報(bào)告”等項(xiàng)目任務(wù)。在這個(gè)真實(shí)任務(wù)驅(qū)動的深度科學(xué)項(xiàng)目化學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生圍繞著挑戰(zhàn)性問題，不僅深度理解了“壓強(qiáng)、密度”等核心概念，也綜合應(yīng)用了“模型法、數(shù)學(xué)方法、方格法、轉(zhuǎn)換法、取樣法、等效替代法”等多種科學(xué)方法，并通過嚴(yán)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(yīng)用效果

（一）成效分析

基于分析、評價(jià)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(zhì)，提升思維的深刻性、靈活性和廣闊性，促進(jìn)科學(xué)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。實(shí)踐表明：學(xué)習(xí)者通過對科學(xué)知識的深度組織，提升了知識掌握的系統(tǒng)性;通過對科學(xué)思維的深度加工，促進(jìn)了對科學(xué)概念、原理和規(guī)律的深度理解和反省領(lǐng)悟，實(shí)現(xiàn)了從“下海抓魚”到“上岸悟漁”的深刻轉(zhuǎn)變;通過對項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的深度體驗(yàn)，有效提升問題解決能力，促進(jìn)科學(xué)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(diǎn)較高，對知識基礎(chǔ)和思維能力有一定的要求。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：對于基礎(chǔ)薄弱、思維能力一般的學(xué)習(xí)者來說，需要一個(gè)較長的適應(yīng)期，早期實(shí)效并不明顯，尤其是基于評價(jià)和創(chuàng)造的高階思維流程圖的繪制。這也啟示研究者要關(guān)注低階和高階思維流程圖在促進(jìn)深度學(xué)習(xí)中應(yīng)用策略的差異化選擇。

七、結(jié)論綜述

應(yīng)用高階思維流程圖能有效促進(jìn)科學(xué)學(xué)科深度學(xué)習(xí)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(jié)構(gòu)”能促進(jìn)科學(xué)知識的深度組織，通過“聯(lián)想和推理”能促進(jìn)科學(xué)經(jīng)驗(yàn)的深度轉(zhuǎn)化;基于評價(jià)的高階思維流程圖通過“評判和改進(jìn)”能促進(jìn)科學(xué)模型的深度修正，通過“審查和證明”能促進(jìn)科學(xué)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(zhì)和變式”能促進(jìn)科學(xué)原理的深度遷移，通過“綜合和創(chuàng)新”能促進(jìn)科學(xué)項(xiàng)目的深度實(shí)踐。[□][◢]

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