增强学生高阶认知分析能力需要注意的问题

刘春梅

〔摘    要〕  从认知角度看，分析能力属于高阶认知能力。教师重视对学生分析能力的培养，因为它是学生建立科学观念、解释现象、解决问题的必备能力，但也存在落实不到位的情况。本文针对这种现象，从材料的准备、问题的内容、分析活动的结果等三方面，提出教学需要注意的问题，以期更好地增强和发展学生的分析能力。

〔关键词〕  小学科学；高阶认知；分析能力

〔中图分类号〕  G424               〔文献标识码〕  A        〔文章编号〕  1674-6317  （2023）  20-0031-03

义务教育科学课程旨在培养学生的核心素养，为学生的终身发展奠定基础。科学学科的核心素养包括科学观念、科学思维、探究实践和态度责任。谈到科学思维，有教师往往又会谈到科学的高阶思维、高阶认知，认为培养学生的科学思维能力包括培养学生的高阶认知能力、高阶思维能力。在此有必要先对科学思维、高阶思维、高阶认知的关系进行如下说明。

从心理学的角度看，认知是指人获得知识或應用知识的过程，或信息加工的过程。它包括感觉、知觉、记忆、思维和语言，可见科学思维隶属于认知领域。布卢姆的教育目标分类学，将认知过程按照从简单到复杂、从促进知识保持到促进知识迁移的顺序，分成六个类别：记忆（回忆）、理解、应用、分析、评价、创造。前三个均属于知识本身层面，与知识保持的联系更为紧密，一般界定为低阶认知能力；后三个往往发生在把知识运用到更复杂的任务中，超越了知识本身，成为学生成功解决问题的必备能力，一般界定为高阶认知。高阶思维是发生在较高认知水平层次上的认知活动。从高阶思维的内涵来看，高阶思维能力与高阶认知能力表意相同，所以我们认为，高阶思维和高阶认知能力都包含分析、评价、创造能力。由此我们得出，培养学生的科学思维能力，包括培养学生的高阶认知能力，即分析、评价和创造能力。

分析、评价和创造这三种高阶认知能力在我们的科学课堂上确有落实，但也存在落实不到位的情况。教学中，教师应注意哪些问题以确保其落实到位？因高阶认知能力涵盖的范围相对广泛，所以笔者进行聚焦，以高阶认知能力中的“分析能力”为例，谈一谈在科学探究活动中培养学生分析能力这种高阶认知能力应该注意的问题。

一、提供充分的分析材料，让分析结果更具说服力

分析的关键词是“关系”，即找出观察对象各个组成部分之间的关系，或部分与整体的关系；或者是找出多个观察对象之间存在的关系；或找出现象与条件之间存在的关系；等等。找出关系，就是找到解决问题或解释现象的证据，在此基础上，学生应用科学的逻辑思维方法建立科学概念。找“关系”要经历怎样的过程呢？布卢姆认为，分析包括区别、组织、归因的过程。区别、组织、归因的结果是找到关系，所以我们也可以说找关系的过程经历了区别、组织、归因的过程。在这里需要指出的是，学生的分析材料要充足、全面，避免因分析的材料不足或不全面导致分析的结果不能成为科学结论得出的有力佐证。我们来具体举例说明。

湘科版科学四年级下册第4课《导体和绝缘体》，要求指导学生建立导体和绝缘体的科学概念。在教学中，教师向学生提供纸、铝片、铜钥匙、橡皮、塑料尺子、导线的外皮（橡胶）、木头、回形针、钉子、铁丝，让学生将它们分别连接在简单电路中，看哪些材料能够使小电珠亮起来，哪些材料不能，并进行记录。通过实验，学生发现：铜钥匙、回形针、钉子、铁丝、铝片能够使小电珠亮起来；橡皮、塑料尺子、导线的外皮（橡胶）、木头不能够使小电珠亮起来。

面对这些丰富的感性材料，教师组织学生进行分析活动。

观察：比较连接在简单电路中能使小电珠亮起来的材料和不能使小电珠亮起来的材料，你有什么发现？

学生经历以下分析活动。区别：观察连接在简单电路中能使小电珠亮起来的材料和不能使小电珠亮起来的材料，找出各种材料的共同特征，专注于这些特征。在这一过程中学生经历了两次求同，找到了“共同点之间的关系”。第一次：在不同环境中，将铜钥匙、铜丝、回形针、钉子、铁丝、铝丝分别安装在简单电路中，形成不同的环境，都有一个现象存在，即它们都是金属材料，都产生了相同的现象——小电珠亮起来。第二次：将橡皮、塑料尺子、导线的外皮（橡胶）、木头、布料、硬纸板连接在简单电路中，都有一个因素存在，即它们都是非金属材料，都产生了相同的现象——小电珠没有亮起来。将共同特征与小电珠的亮灭产生联系，这是组织。在组织过程中，学生又经历了求异的过程，找到了现象与条件之间的关系：当一个因素存在的时候，即连接简单电路中的材料是金属材料时，就能够使简单电路中的小电珠亮起来；当这个因素不存在时，即连接简单电路中的材料是非金属材料时，如橡皮、塑料尺等，简单电路中的小电珠就不能够亮起来。结合组织的结果进行判断，形成自己的观点就是归因。归因就是找到现象与条件之间最本质的原因：电流容易通过金属材料，不容易通过非金属材料。

上述分析活动的顺利进行，离不开丰富的证据支持。如果给学生提供的金属材料和非金属材料是一种或两种，学生在分析中也会发现金属材料和非金属材料连接到简单电路中，出现了不同的实验现象，但是因为例子少一些，就会从心理上减弱对“电流容易通过金属材料，不容易通过非金属材料”这一分析结果的可信度。

二、提出与思维特点相适应的问题，让分析活动顺利展开

科学概念是客观事物的特有属性或本质属性在人们头脑中的反映，是对科学事物的抽象，是人们观察实验和思维相结合的产物。观察和思维之间的桥梁是问题。结合观察实验思考问题，进行分析、评价，最终建立科学概念。在教学中，我们发现，有时教师提出的问题与所教学生的思维特点不适应，导致学生的分析活动受阻。

还是以《导体和绝缘体》一课为例，举例说明（学生所做实验内容相同，即将不同材料连接到简单电路中，观察小电珠的亮灭情况）。

第一位教师的问题设计：为什么有的小电珠亮了？有的小电珠没有亮？全班学生沉默。

第二位教师的问题设计如下：

问题一：观察连接在简单电路中能使小电珠亮起来的材料和不能使小电珠亮起来的材料，你有什么发现？

学生发现能使小电珠亮起来的是金属材料，不能使小电珠亮起来的是非金属材料（具体分析过程如上所述）。

问题二（承接上一问题）：在《点亮小灯泡》一课中，我们已经知道小灯泡被点亮的原因，结合这样的认识，你对刚才的发现有什么进一步的想法？

学生头脑中进行“演绎式”的分析活动，将三种情况进行区别。三种情况为：连接到简单电路中能使小电珠亮起来的金属材料、连接到简单电路中不能使小电珠亮起来的非金属材料、电流经过灯丝能够使小电珠被点亮。组织：建立三种情况之间存在的联系。结合这样的联系进行归因：电流容易通过金属材料，不容易通过非金属材料。需要指出的是，组织与区别这两种认识过程通常同时存在，即学生首先辨认相关的要素，然后确定要素之间的联系。此外，组织是归因的基础。在组织过程中，学生发现了“联系”，结合聯系，进行判断，这是归因。结合归因的结果，教师呈现科学上对导体和绝缘体的概念界定。不难发现，此时教师呈现的导体和绝缘体的概念，是学生自己分析的结果，教师只是在此基础上帮助学生给“容易让电流通过的物体和不容易让电流通过的物体”起了个名字。

同样的实验内容，面对不同的问题，学生的反应截然相反：面对教师一的问题，学生沉默；面对教师二的问题，学生侃侃而谈。问题出在哪里？将两位教师提出的问题进行对比，我们发现，教师二提出的问题与学生的思维发展相适应，教师一则相反。学生回答教师一的问题：为什么有的小电珠亮了？有的小电珠没有亮？学生需要自己从实验现象中寻找回答这个问题的答案。这对思维以形象思维为主，思维的敏捷性、灵活性有待提高的小学三年级学生来说，有一定的难度。此外，教师二的问题设计考虑到学生的思维特点，所以进行递进式的提问，前一个问题的答案是分析后一个问题的基础。这样递进式的提问，成为学生分析活动的脚手架，引领学生思考的方向，引导学生层层深入分析。

基于以上分析可以看出：针对不同年龄段的学生，教师的问题设计要考虑不同年龄学生的思维特点，让问题设计与学生的思维特点相适应。这样才能确保分析活动的有效落实，确保学生的分析能力得到切实发展和提高。

三、抓住概念的内涵，助推分析能力提高

科学素养的培养强调对知识和原理的深度理解和灵活应用。知识和原理的深度理解和灵活应用离不开分析活动。指向对知识和原理深度理解的分析活动，不但能够推动学生分析能力的提升，而且能助力学生对知识和原理的灵活应用。

指向对知识和原理深度理解的分析活动，需要教师首先分析概念的内涵，把握概念的内涵，在此基础上，结合小学生的思维特点（形象思维为主）和认识特点（形象性和直观性），确定指导学生进行分析活动的具体内容，使分析的结果指向概念（科学知识）的内涵。

湘科版科学五年级上册“热传递”单元，学生需要建立的科学概念为：热传导、热对流和热辐射。建立这三个科学概念不是最终目的，最终目的是学生能够对生活中的这些现象进行准确判断、解释，并尝试利用这三种热传递的方式解决生活中的实际问题。为此教材还单独设计了《制作保温装置》一课来考查学生对这些科学概念的理解和应用情况。这就提醒教师要指导学生通过分析活动把握其中的内涵，从而实现最终目的。

教材对这三个概念是这样描述的：热从物体温度高的部分传到温度低的部分，或者从温度高的物体传到温度低的物体，这种传热方式称为热传导；在给水加热的过程中，热水会上升，冷水会下沉，形成对流，随着水的流动，热由高温处传到低温处，这种热的传递方式称为热对流；物体还能不靠任何介质向外发射出热辐射。结合概念表述可以看出：这三个概念分别描述了各自热传递发生的过程和条件。这就提醒教师，在分析活动中，不但要指导学生感知其各自的发生过程，同时也要指导学生认识它们各自的发生条件：传导的发生过程，要注意物体内部传导是相互接触的，物体间的传导也是以接触为条件的，重点是与后面热辐射的学习相区别。而与热对流的区别，则表现为液体可流动的性质所导致的一种新的热传递方式。这样分析的结果，使学生展示保温装置的设计方案时，侃侃而谈，自信满满。

通过教学实践我们发现，指向概念内涵的分析活动，不但让学生对概念的内涵有了深刻的理解和把握，同时也让学生的分析与之前相比更深一步。这样的行为培养也会逐渐帮助学生形成一种分析习惯：自己尝试找一找所建立概念的内涵或与其他相关概念的本质区别。这种习惯最终促成学生分析能力的提升和飞跃。

总之，在培养学生分析能力这一高阶认识能力时，教师要注意给学生提供充分的分析资料，提升分析结果的可信度，提出与学生思维特点相适应的问题，确保分析活动顺利展开，在分析中抓住概念内涵，让学生的分析更深一步，从而切实提高和发展学生的分析能力。

【本文系北京市教育学会小学科学教学专业委员会“十四五”教育科研课题2021年度子课题“中年级物质科学高阶认知的研究”的研究成果，课题编号：XXKXYB2021-001】

参考文献

[1]彭聃龄.普通心理学[M].北京：北京师范大学出版社，2018.

[2]胡卫平.科学概念教学中思维能力的培养[J].中国教育学刊，2004（9）：48-51.

[3]中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2022