讓深度教學與高階思維培養(yǎng)如日常行走般自然
——高中物理深度教學背景下高階思維的培養(yǎng)策略探究

張月萍

(杭州市蕭山區(qū)第六高級中學 浙江杭州 311200)

學習不應該是一個名詞而應該是一個動詞。她不應該只是被傳遞而應該被參與、被體驗。正如日常行走是自然而然，日常思維也應該是自然而然。然而，高階思維培養(yǎng)（良好的思維能力）則需要經過教育教學的良好訓練并加以不斷練習才能獲得。亦如運動員、主持人、醫(yī)生、軍人等都需要教練、教師教給他們技術、技巧。

一、何謂高階思維

國內外教育教學專家將思維分為高階和低階思維。著名心理學家布魯姆（Bloom）按照認知的復雜程度對學習者的思維發(fā)展從認知角度細化為六個教學目標，即記憶、理解、應用、分析、綜合、評價、創(chuàng)造。并將記憶、理解、應用稱為低階思維，將分析、綜合、評價稱為高階思維。仔細分析之后我們會發(fā)現(xiàn)：低階思維是在一個人已經知道所要解決的任務或題目時，通過存取、注入或很容易獲得的信息和概念即可解決問題；高階思維則需要運用新奇方式、再利用信息和概念去解決難題或任務（如表1）。綜上所述，低階思維是基礎，高階思維則建立在低階思維基礎之上。也就是說思維是可以培養(yǎng)的，高階思維自然也可以在教學中獲得提升。

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當今中國教育中，低階思維中的讀、寫、算等已經得到了很好的落實，但很多課堂僅停留在教給現(xiàn)成的結論或答案上，學生并未學會懷疑、思考甚至是質詢。課堂教學的目的是什么？其實是為了幫助學生更好地為將來的生活、工作、學習做準備，為了讓他們將來踏入社會時能時時將新信息與已知信息聯(lián)系起來，以達到能創(chuàng)造性地解決問題、改進過程并能真正理解世界，適應世界。

布魯姆對低階思維和高階思維的分類，能使教師在教學實踐中將高階思維培養(yǎng)與具體的課程教學積極有效整合起來，可以更加目標明顯地促進學習者高階思維能力的提升，最終使學生成為一名名副其實的終身學習者，使他們終身受益。畢竟具備學習和弄清新信息的能力比擁有詳細的知識有意義。

二、何謂深度學習

深度學習是指深入學科本質、由符號記憶向深刻理解知識內涵的學習方式。深度學習并非刻意追求深度和難度，而是追求全方位、深層次的理解。是求知更是體驗、是從生活中來向本質里去的過程；學習者在建構中既能提升學習能力，更能體驗學科精神。深度學習要求通過對知識的理解使學生能夠靈活地應用知識，從而建立自己的知識框架，有利于更好地解決實際問題。

由此可知，要培養(yǎng)學生的物理高階思維必須開展深度教學。這就要求教師必須準確挖掘教材的知識內核，既追求學科本身的深度和廣度，更要引導學生克服粗淺、狹隘、死板的學習方式，追求以學為本的根本理念。

具體指導思想是：

（一）深度探究提供發(fā)展高階思維情境場

學生只有理解物理知識的來龍去脈，才能洞察物理知識的本質。所以，物理課堂教學一定要讓學生沉浸其中，獲得一種具身體驗。將學生置身于物理知識的源頭處、過程中，雖說是一個又慢又長的體驗過程，但卻是一個有意義、有價值的過程。在“自由落體運動”教學設計中，教師可引導學生采用控制變量法設計研究方案，追尋科學家研究的步伐開展實驗探究。首先是讓質量不等的兩個物體從同樣高度同時自由下落，然后讓質量相等的兩個物體從同樣高度同時自由下落。然后歸納總結物體自由落體速度受哪些因素影響等。也許這種探索對課堂教學時間來說是奢侈的，也許這種探索并不能使學生立刻得到精確的結論，但讓學生全程體驗了科學家的整個研究過程，也就是體驗了科學家的整個高階思維的建立過程。這種探究必然是深刻的、有效的，是既能讓學生深刻理解無需力學知識本質又能讓學生提升高階思維能力的。

（二）深度探究提供發(fā)展高階思維實踐場

探究是高中物理課堂改革的重中之重，但許多物理探究卻是“偽探究”“假探究”。如果要真刀實槍地搞研究，教室必須成為學生學習的創(chuàng)想空間站，教師必須成為學生的導師，積極主動引導學生確定研究方案，并將方案落實到真正的科學探究中。在“探究磁場對電流的作用”教學設計時，教師可以引導學生進行深度探究。首先將學生分組，然后引導學生自制實驗素材；根據(jù)學生的方案設計給予相應的實驗素材；最后手把手地引導學生運用控制變量法進行實驗探究。也許探究是不完美的，也許實驗不能使學生總結出正確的結論，但能為學生參與全程探究、經歷高階思維培養(yǎng)的過程提供優(yōu)良的發(fā)展高階思維實踐場。

（三）深度反思提供發(fā)展高階思維心理場

學習是需要遷移的，思維是需要打通的，反思能促使人對體驗及探究過程進行細細的回顧與審視。深度反思是學生具有深度學習能力、具有高階思維的重要表現(xiàn)。在“電源與電動勢”教學設計中，可以設計一系列問題串，促成學生的深度反思。“兩節(jié)干電池和三節(jié)干電池給2.5V的小燈泡供電，有什么不同的現(xiàn)象嗎？”通常情況下，學生都會認為“三節(jié)干電池供電的小燈泡比兩節(jié)干電池供電的小燈泡要亮些，但很有可能會被燒掉?！苯Y果實驗表明：兩節(jié)干電池的小燈泡亮而三節(jié)干電池的小燈泡更暗些。為什么會這樣呢？學生們的理想與現(xiàn)實形成了強烈的對比，使學生陷入了深度反思：這是為什么呢？為什么會變小呢？……通過深度反思能夠克服認知障礙，形成對物理知識的客觀建構。

三、物理課堂培養(yǎng)高階思維培養(yǎng)的基本策略

在傳統(tǒng)的高中物理課堂中，教師更加強調學生能夠記住概念、定理、解題方法及模式等。因為傳統(tǒng)教學下，教師的教學目標是給學生教材上的概念、定理和解題步驟。但是沒有參與、沒有反思、更沒有體驗，這樣的課堂教學根本不能發(fā)展學生的高階思維。要使學生的分析、評價、創(chuàng)造等方面的高階思維能力發(fā)展，高中物理課堂就必須為他們提供有效的思維建模過程，必須訓練他們的思維技能，必須支持他們公開表達觀點，必須激發(fā)他們深度反思。方案決定思考的結果，思考結果則控制思維過程。筆者通過多年的教學實踐總結了如下兩種通過深度學習培養(yǎng)學生高階物理思維的策略[1]。

（一）以問題為導向的高階思維培養(yǎng)策略

問題總是能夠讓人停不下來思維的腳步。在高中物理教學設計中巧妙設置一系列的問題串，能有效培養(yǎng)學生的高階物理思維能力。

1.設置階梯性問題，從低階升華成高階

積小步能跨大障礙。把某個復雜問題分解成幾個簡單的小問題，能有效地把學生的思維引向新的高度。階梯性問題既要針對學生已有知識、心理發(fā)展水平和學習材料的難易程度，也要針對知識的系統(tǒng)性和學生認知發(fā)展水平的有序性。

“電阻定律”教學中，可設置如下階梯性問題：

（1）運用你所學的知識猜想：導體電阻的大小與哪些因素有關？

（2）請設計實驗驗證：你的猜想（請具體提供實驗原理、實驗器材及電路圖）。

（3）通過數(shù)據(jù)分析：確定導體電阻長度、橫截面積及導體材料的數(shù)學關系（具體給出公式，并對各物理量進行說明）。

（4）在實驗中如何正確使用控制變量法進行實驗？

本案例很好地幫學生設計了一個又一個的臺階，讓學生順利地對實驗不斷進行調整與反思并進行評價和創(chuàng)造，很好地進行了高階思維的訓練。

2.設置開放性問題，在動態(tài)中培養(yǎng)高階思維

開放性問題的解決就是創(chuàng)新意識、獨立思考能力的培養(yǎng)訓練過程。解決開放性問題的過程其實就是培養(yǎng)高階思維的過程，因為在解決問題的過程中需要學生不斷多向聯(lián)想，不斷深度分析、不斷創(chuàng)造。這本身就是一個高階思維的培養(yǎng)過程。

“探究做功與加速度關系”教學設計方案：

（1）提供模板：初速度為零時的簡單模型；（2）提供改進方案：請學生自行設計，教師不是提供幫助、指導。

這種教學設計中，問題完全開放，學生有時也會無所適從。教師可以根據(jù)情況給予適當?shù)奶崾荆喝纭叭绾螠y量功W”“如何測量瞬時速度V”等。因為問題十分開放，學生們給出的設計方案也一定是五花八門，教師一定要實時進行跟蹤引導，并對學生方案進行歸納總結，最終群策群力形成統(tǒng)一的方案。根據(jù)經驗，最終學生可能會提出如下2種可行的方案。

方案一：通過改變橡皮筋的根數(shù)改變物體受到的力，以改變對物體做功W的大小。設計如圖1實驗方案：

方案二：根據(jù)功的定義改變功W。

①合力不變，改變位移

方法一，如圖2，在豎直方向運動時：利用打點計時器打出的紙帶及瞬時速度的計算公式，計算各位置瞬時速度；

方法二，如圖3，在水平方向運動時：不改變沙桶的質量，則物體所受的合力可認為不變，同樣利用打點計時器打出的紙帶及瞬時速度的計算公式，可計算出相應的瞬時速度V。

②位移不變，改變合力

如圖4，通過改變氣墊導軌傾斜程度，改變物理所受合力的大小。導軌下所墊墊片的多少決定了物體所做的功。分別墊1塊、2塊、3塊……墊片分別對應的合力即1F、2F、3F……所做的功分別為W、2W、3W……再通過墊片通過光電門時間，可計算出相應的瞬時速度V。最后通過數(shù)據(jù)分析即可推出W與瞬時速度V的對應關系。

這種教學設計中，學生可以在實驗方案的設計過程中不斷調動原有認知和實驗經驗，能非常有效地實現(xiàn)著高階思維的提升。

3.設置批判性問題，在思辨中發(fā)展高階思維

洞察力、辨別力和判斷力是高階思維的重要指標，反思能力、創(chuàng)造能力及獨立思考力則是高階思維的重要表現(xiàn)。高中物理課堂教學如果能按照課程教學需要設置批判性問題，讓學生在解決批判性問題時對整個過程不斷進行分析、歸納、總結、改變、重組等，需要學生不斷進行創(chuàng)造，以生成可行的方案和正確的結論，則必能在教學過程中、在師生的思辨過程中穩(wěn)步培養(yǎng)、提高、發(fā)展學生的物理高階思維。

在靜電場復習教學中，可設計如圖5，兩個相距2a的帶+Q的電荷形成的靜電場，讓一一帶負電的粒子（不計重力）在該靜電場中作勻速圓周運動。

設置批判性物理問題如下：

（1）該粒子的軌道在哪里？

（2）在兩個點電荷之外的距離較遠的圓周上？

（3）在垂直于點電荷連線中點的平面上？

課堂上組織學生進行分組討論，請組長代表講清理由并找出別人的錯誤。經過學生們不斷地辯論及闡述，不斷地進行知識重建和高階思維的訓練，最終得出正確的結論。雖然，上述教學在課時上費時費力，但學生在開放、寬松、自由的思維環(huán)境里學會了自由思考、批判、評價和創(chuàng)新，訓練了學生高階思維能力和技巧。

4.設置探究性物理問題，在探索過程中促成高階思維

所謂探究，是指學生必須經過猜想、實驗、分析、和論證等才能解決問題。這種沒有明確的條件或結論，需要在不斷的創(chuàng)造和探索中尋求結論的學習方法，正是促成學生物理高階思維形成的最佳路徑[2]。

（二）適合發(fā)展高階思維的物理知識切入點

在高中物理教學中，手頭的數(shù)據(jù)不會提供解決方案，思維也不是自然發(fā)生的，它是由難題、疑問、困惑等引發(fā)的。所以，學生在掌握知識的同時，必須提升思維能力。然而，并不是每一個知識點都是適合切入的，筆者提供比較方便切入的知識點，供大家參考。

1.速度分解教學

正確分解物體運動速度對學生的認知能力要求較高，尤其是特殊情境下的速度分解問題。在教學設計中，首先給予學生自己進行充分分析的時間，讓學生運用自己已經掌握的知識進行翻來覆去的解決，這是一個非常重要的環(huán)節(jié)。因為只有經歷了才會有感悟；學生錯過之后教師再給學生講解正確的速度分解，如此，學生就能夠對照自身實際情況，并及時糾正各種思維誤區(qū)，形成正確的思維模式。在為學生講解經典的例題時，特別注意要使學生體會速度分解過程、掌握速度分解思路與技巧。

一靜止的半徑為R的半圓周與桿AB相切（如圖6所示），桿AB的A端以速度v向右做勻速運動，運動中始終與靜止的半圓周切，當桿與水平線的夾角為θ時，求桿上與半圓相切點C的速度以及桿的角速度w。

圖6

桿AB的A端以速度v向右做勻速運動，運動過程中始終與一靜止的半圓周相切，半圓周的半徑為R（如圖6所示）該題的正確解題思路應該是：分別以C點、A點為研究對象，對其速度進行分解，然后進行綜合計算。但學生往往不知道如何下手、從哪里下手。此時教師絕對不能心急，必須給予學生充分自我分析的時間，讓他們自己去“折騰”，唯有如此，才能很好地拓展學生的高階思維。當學生自己竭盡所能之后，教師才開始為學生詳細講解解題過程，以鞏固提升學生的高階思維能力。

2.運動圖像教學

在教師圈，會有一句口頭禪“的圖像者得天下”，由此可以看出運動圖像教學在物理學教學中的重要分量。在多年的教學實踐中，筆者也深深地感受到：借助運動圖像分析物理問題能大大提高解題效率。簡單而言，就是教會學生掌握以下幾點：一是讓學生其充分理解縱軸、橫軸的物理意義，二是真正理解圖像與坐標軸所圍面積表示的含義。

一做直線運動的物體，在A點時速度為0，并從A點沿直線向B點運動，運動到B點時的速度也為0，其速度時間關系圖像如圖7所示。即物體做勻加速行駛的加速度為a1，做勻減速運動時加速度的絕對值 為a2，且AB兩地相距s，求物體從A點到B點所需的最短時間t。

圖7

關于運動的問題，有很多種解法，一般有函數(shù)法和圖像法兩種。相對而言，用圖像法求解比較容易成功也比較容易理解。只要學生能夠熟練掌握物體運動圖像知識，就非常容易能從圖像中找到解題的突破口，這也是培養(yǎng)學生高階思維的一個比較好的途徑。

3.萬有引力定律教學

在傳統(tǒng)的物理教學中，學生習慣于死記硬背相關解題公式。尤其是在“萬有引力定律”這一章節(jié)，相關解題公式、涉及題型都比較多，學生更習慣死記硬背，但當遇到較為新穎的題型時，就不知道該怎么辦了，或者會胡亂套一通公式。這也是我們發(fā)展學生的高階思維。我們可通過篩選新穎的習題情境及通過習題練習以提高學生靈活運用知識的能力。在解題訓練過程中教師工作的重點是對學生解題思維的引導，使其能夠迅速找到突破口，既能建立高級思維模板也能建立并提高學生學習物理及解決難題的自信心[3]。

某地球衛(wèi)星離地面的高度恰為地球半徑，且其軌道平面恰與赤道平面重合。衛(wèi)星信息可通過無線電傳輸被地面接收站接收，已知此地球衛(wèi)星的最小周期約為85min，以下說法正確的是（ ）。

A.該衛(wèi)星運行的線速度約為7km/s

B.該衛(wèi)星的運行周期約為480min

C.地面接收站能連續(xù)接收到信息的時間約為96min

D.該衛(wèi)星連續(xù)兩次通過接收站正上方的時間間隔約為576min

衛(wèi)星在距離地面高度為地球半徑的圓形軌道上運行，衛(wèi)星軌道平面與赤道平面重合，偵察信息通過無線電傳輸方式發(fā)送到位于軌道上的地面接收站，該題看著是一道選擇題，其實該題涉及了萬有引力定律知識的方方面面知識，如開普勒第三定律還會涉及到數(shù)學計算及幾何知識的綜合運用能力。在教學設計中教師既可引導學生繪制草圖輔助分析，也可進行各方面綜合運用訓練的拓展，在此過程中學生的高階思維勢必得到很大的提升。

4.電磁學教學

電磁學在高中物理教學中是一塊舉足輕重的內容，尤其是電磁學的習題綜合性較強，用來訓練學生的高階思維是一個非常好的切入點，如果能引導學生靈活地解答各種習題，一定能使學生的高階思維能夠實現(xiàn)真正的提升。在教學設計中尤其要讓課堂開放，讓學生真正成為知識探究的主人。在學生自由探究的過程中，學生能夠自然而然地把電磁學的概念、定理、定律理解透徹，在推導過程中學生還非常有可能能夠推導出一些二級結論。知道了知識的前世今世也知道了定律的來龍去脈，解起難題來就更加得心應手了，其實也就達到了進一步提升學生的高階思維的目的。

如圖8所示，兩條平行導軌與所在平面與地面呈θ角，導軌間距為L，并處于磁感應強度為B的勻強磁場中，方向垂直于導軌平面。導軌的上端連接有電容為C平行板電容。現(xiàn)將一質量為m的金屬棒放置在導軌上，金屬棒與導軌間的動摩擦因數(shù)為μ，金屬棒可沿導軌下滑并與導軌接觸良好。將金屬棒從上端由靜止釋放（忽略所有電阻）。

圖8

求：（1）電容器極板上積累的電荷量與金屬棒速度大小的關系；（2）金屬棒速度大小隨時間變化的關系。

該題是一道綜合性比較強的綜合題，沒有進行過良好的高階思維訓練難以完成。所以，在教學設計中必須結合具體的問題情境，對學生進行有針對性、有目的性地進行引導，給予學生相關的解題技巧與思路指點，使學生深入地理解所學的電磁學、動力學的相關知識，使學生的高階思維訓練真正落到實處。

四、結束語

深度學習是一種高階思維的認知，是一種高級的學習狀態(tài)，唯有如此，學生的創(chuàng)新能力、問題解決能力和批判性接受新知的能力才能真正得以訓練與提升，從而使學生從“被動接受的狀態(tài)”轉換成“主動建構知識體系”的狀態(tài)，讓學生學得輕松、靈活、高效，這也應該是教師畢生的追求。

就讓我們始終以學生中心吧，真正關注學生的學習過程，讓“封閉、半封閉的課堂教學”真正轉換到開放的課堂，讓學生的思維得以真正的提高。