構建進階式習題鏈 培養(yǎng)學生的高階思維能力

陸妍 李興

摘? ? 要：基于學習進階理論，讓學生真正達到課程標準中學業(yè)質量水平的5等級。在“牛頓運動定律的綜合應用”教學過程中，根據學生的認知和思維發(fā)展水平，結合物理學科的邏輯特點，設計了進階式的習題鏈：從原始問題到物理模型構建，從單一知識到大單元知識，從知識傳授到關鍵能力和高階思維培養(yǎng)，從解決物理問題到情境遷移能力的達成。

關鍵詞：進階式;習題鏈;高階思維

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）3-0028-4

提出問題和解決問題是提升學生科學思維水平的重要手段。學習進階理論認為，學習是一種不斷積累、不斷發(fā)展的過程，學生解決問題的關鍵能力，需要經過許多不同的“中間水平”[1]，這些中間水平為“階”，是學生認知過程中的腳踏點?！半A”的確定不只基于知識的邏輯結構，而是由學習者和知識的主客體共同決定。若將一個個連續(xù)的“階”通過習題鏈的形式進行串聯(lián)，則能夠將學生淺層次的思維活動與深層次的思維活動連接起來，有效地促進學生科學思維水平的發(fā)展。

1? ? 基于學習進階理論的習題鏈設計

1.1? ? 進階起點與終點的分析

進階起點：《普通高中物理課程標準（2017年版）》（以下簡稱“課程標準”）中，學業(yè)質量1級水平要求學生能初步了解所學的物理概念和規(guī)律，能將相關的自然現(xiàn)象和問題解決聯(lián)系起來[2]。在“牛頓運動定律的綜合應用”教學中，進階式習題鏈的起點可以從簡單的“推、拉包裹”的實際情境出發(fā)，既引出物理的原始問題，又符合學生初始的認知水平。

進階終點：進階式習題鏈的終點為期望學生能夠達到的最高水平。課程標準中指出，學業(yè)質量5級水平要求學生能在新的情境中對綜合性物理問題進行分析和推理，獲得正確結論并作出解釋[2]。因此，進階式習題鏈的終點應該是能夠培養(yǎng)學生情境遷移能力的問題，即“情境再入”的問題。如本教學案例中的最后一個問題設計將“推、拉包裹”的情境，變成了“設計屋頂坡度”的情境問題，側重考查學生的情境遷移能力。

1.2? ? 進階層級的設計

進階式習題鏈的設計需要根據高中學生已有的知識與技能儲備，確定合適的層級（層級之間的跨度不宜太大或太小）。跨度太大，則違背學生的認知規(guī)律，學生容易產生畏難情緒;跨度太小，學生的科學思維水平得不到充分的發(fā)展。

因此，習題鏈層級的設計，參照課程標準中學業(yè)質量5級水平的劃分，將習題鏈劃分為5個層級。

1.3? ? 進階式習題鏈設計模型（圖1）

2? ? 教學實踐過程

2.1? ? 基于實際情境的原始問題

【原始問題】 某同學要去郵局取一個比較重的包裹，在不借助其他機械工具（繩子除外）的情況下，問該同學應該怎樣做才能比較輕松地拿回他的包裹？

設計意圖：這是一個基于實際情境的原始問題。它與物理問題不同的是，原始問題沒有嚴格的限定條件，也沒有標準答案。學生可以根據平時的生活經驗得出不同的答案：可能是用推，也可能是用拉，或者是提著回來。將生活情境的實際問題作為習題鏈的進階起點，適當?shù)亟档瓦M階起點的難度可以有效地激發(fā)學生的探究熱情。

2.2? ? 由原始問題向物理模型構建的進階

從原始問題向物理問題轉化，需要確定相應的物理環(huán)境和條件，便于學生應用物理規(guī)律解決實際問題。原始問題向物理問題轉化的過程，也是去情境化的過程。根據要求設計習題如下：

【物理問題】 如圖2a所示，一個質量為m=

10 kg的木塊放置在水平地面上，木塊與水平地面之間的動摩擦因數(shù)為μ=0.75，現(xiàn)在施加一個與水平方向夾角成α斜向上的力F，若能夠使該木塊沿水平面勻速運動，力F需要多大？若該力F與水平方向成β角度斜向下推（圖2b），仍使木塊勻速運動，則推木塊是比較省力還是費力？

課程標準中指出：學業(yè)質量水平2要求學生能在熟悉的問題情境中應用所學的常見的物理模型，并解決問題[2]。學生根據前面實際問題情境，構建出該習題的物理模型，即水平面上的物體受到恒定拉力或推力作用的物理模型。該物理模型的解題步驟：受力分析—正交分解—根據平衡條件列式求解。

2.3? ? 從單一知識習題向大單元知識習題的進階

學業(yè)質量水平4要求學生能夠對綜合性物理問題進行分析和推理，獲得結論并作出解釋[2]。綜合性問題往往是由若干個小問題組成，每一個小問題可以用單一的知識點解決。在“牛頓運動定律的綜合應用”教學中，將物體間相互作用規(guī)律與運動學規(guī)律結合起來，利用功能關系解決相應的動力學問題，從而實現(xiàn)從單一的知識點向整個大單元知識的拓展進階。設計習題如下：

【進階習題1】 如圖3所示，一個質量為m=

10 kg的木塊靜放在水平地面上，木塊與水平地面之間的動摩擦因數(shù)為μ=0.75，現(xiàn)施加一個與水平方向夾角為37°斜向上的力F，拉力F大小恒定為100 N，經過t=10 s 后，撤去拉力F，最終木塊停下。求：（1）整個過程中木塊最終移動的距離;（2）整個過程中拉力所做的功。

2.4? ? 從傳授知識向關鍵能力和高階思維培養(yǎng)的進階

就具體的物理學習而言，學生除了在課堂上領會知識之外，還應該主動吸收積淀在知識中的方法、技能和思維方式。因此，設計的習題鏈應當立足于關鍵能力和高階思維能力的培養(yǎng)。

【進階習題2】 如圖4所示，一個質量為mA=10 kg的木板A靜放在水平地面上，木板與水平地面之間的動摩擦因數(shù)為μ1=0.75，另一個質量為mB=5 kg的木塊B放在木板A上，B與A之間的動摩擦因數(shù)μ2=0.6，現(xiàn)在A上施加一個水平方向的恒力F=125 N，則A與B之間的摩擦力為多大？

設計意圖：這是一個關于木塊-木板模型的問題，要求學生靈活使用整體法與隔離法，解決多物體的運動學問題。選擇合適的研究對象是“牛頓運動定律的綜合應用”中一個非常重要的解題步驟，這個問題設計有助于鍛煉學生分析、推理的能力。

【進階習題3】 如圖5所示，一個質量為m=10 kg的木塊靜放在水平地面上，木塊與水平地面之間的動摩擦因數(shù)為μ=0.75，現(xiàn)在施加一個斜向下與水平方向夾角為α的推力F，當 α為多大的時候，無論F有多大，都無法推動該木塊？

設計意圖：這是一個關于摩擦自鎖的問題，摩擦自鎖是一個相對較難理解的物理問題，只有學生正確使用正交分解得到Fx與Fy 對摩擦力的影響之后，才能很好地解決這個問題。這個問題有利于培養(yǎng)學生的高階思維能力。

2.5? ? 從解決物理問題向情境遷移能力培養(yǎng)的進階

在前面的習題鏈設計中，學生從原始問題出發(fā)，經歷了去情境化、構建物理模型、大單元知識系統(tǒng)化、指向關鍵能力和高階思維培養(yǎng)等進階過程。接下來，要達到進階式習題鏈設計的終點，需要根據學業(yè)質量水平5的要求，設計新的情境問題，學生通過解決系列問題獲得一定的方法與策略，在新的實際情境中應用。

【情境遷移習題】 小明要蓋一棟新房子，如圖6所示，從側面看房子的寬度L為一定值，假設雨水在屋脊處的初速度為零，且不計雨水與屋面之間的摩擦阻力。為了使落在屋脊的雨水能以最短時間淌離屋脊，則屋脊到屋檐的高度h應為多少？

設計意圖：問題側重考查學生的情境遷移能力，這是一道新情境的問題，解決問題的思維和策略本質上沒有發(fā)生變化，其核心是應用牛頓運動定律解決物體的運動學問題。只有能夠很好地解決新情境問題，才表明學生真正達到了預期的進階終點——學業(yè)質量水平5。

3? ? 進階式習題鏈設計的幾點建議

3.1? ? 習題中的問題必須是“真問題”

習題鏈的設計應該指向教學目標，立足于重點知識及生成過程，針對學生存在的思維障礙設計“真問題”。與“真問題”相對的是“假問題”，所謂的“假問題”是指那些答案顯而易見，學生根本不需要思考就能解答的問題。很多教師喜歡問“對還是錯”等判斷類問題，這一類問題就是假問題。因為教師無法從眾多簡單的“對和錯”答案中，區(qū)分學生的真實情況，在實際教學中，教師應該綜合考慮各種因素，盡量避免出現(xiàn)“假問題”[3]。

3.2? ? 習題鏈之間的梯度要符合學生的認知規(guī)律及思維水平

習題鏈的設計不能簡單地將若干個習題堆砌在一起，相鄰的習題之間要有一定的遞進關系，符合學生循序漸進的認知規(guī)律和思維水平。問題設計要能夠喚醒學生已有的認知，使得大多數(shù)學生“跳一跳就能摘到果實”。

同時，習題鏈也是一條思維線，學生通過解決思維線上的各個問題，驅動深層次的思考和學習。思維線上習題的選擇，必須有利于學生科學思維的進階發(fā)展，這樣才能實現(xiàn)從低階思維向高階思維的轉變。

3.3? ? 習題鏈的結構要符合物理學科的邏輯關系

習題鏈設計可以將“物體間的相互作用規(guī)律”作為學習的起點，然后進行“物體間相互作用規(guī)律、運動規(guī)律、功能關系”等大單元系統(tǒng)知識的研究，再轉變?yōu)橛梦锢硪?guī)律及數(shù)學工具解決復雜的綜合性問題，最后遷移到新情境的問題中，達到培養(yǎng)學生情境遷移能力的目標。

3.4? ? 及時吸納學習過程中生成的新問題

學習過程的本質就是不斷經歷“發(fā)現(xiàn)問題—解決問題—提出新的問題”的過程。教師應該將新問題作為教學過程中非常重要的教學資源。習題鏈中不能僅有教師預設的問題，還應該及時吸納學生在學習過程中生成的新問題，這樣從新的角度看待原有的問題，形成螺旋式上升的習題鏈，促進學生自主構建物理觀念和物理規(guī)律。

4? ? 結? 語

習題鏈既是知識探究的程序鏈，更是學生思維的觸發(fā)器[4]。結合課程標準中學業(yè)質量水平的等級劃分，根據學生的認知規(guī)律，設計進階式的習題鏈，可以有效地引領學生沿著問題的階梯去思考、去探究，從而達到從低階思維向高階思維發(fā)展的目標。

參考文獻：

[1]皇甫倩，常珊珊，王后雄.美國學習進階的研究進展及啟示[J].外國中小學教育，2015（08）：53-59，52.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：46-49.

[3]呂增鋒.莫讓“問題鏈”成為桎梏學生思維的“鎖鏈”[J].中學教研：數(shù)學版，2019（07）：1-3.

[4]孟勝奇.“問題鏈+學生核心活動”教學模式的研究與實踐[J].中學數(shù)學研究（華南師范大學版），2013（05）：1-2.

（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）