劃分科學(xué)思維水平層次 逐層提高學(xué)生思維能力

任小杏

摘 要：科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的核心內(nèi)容，本文參考《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》對科學(xué)思維的劃分，以復(fù)習(xí)課“電路的故障”為例，結(jié)合學(xué)生能力水平，從“創(chuàng)設(shè)豐富情境引發(fā)思想碰撞，設(shè)置合適學(xué)生思維水平的起點”“逆向思考，錯接電表與開路、短路的聯(lián)系”“統(tǒng)籌重、難點，把握思維水平的終點”三個方面，逐層進(jìn)行思維引導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生思維水平的不斷提高.

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維;水平層次;思維引導(dǎo)

中圖分類號：G633.7 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B ? ? 文章編號：1008-4134（2021）16-0055-03

作者簡介：任小杏（1984-），女，廣東高州人，本科，中學(xué)一級教師，研究方向：物理課堂教學(xué).

科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的核心內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是物理新課程標(biāo)準(zhǔn)育人的一個重要體現(xiàn).在美國，思維能力被學(xué)者們劃分為高階思維能力（high order thinking skills）和低階思維能力（lower order thinking skills），并且學(xué)者們認(rèn)為教師應(yīng)當(dāng)創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境幫助學(xué)生發(fā)展高階思維能力，學(xué)生的高階思維能力應(yīng)在學(xué)校教育中得到強(qiáng)化.與國外低、高階思維能力理論相匹配的是，我國的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》將科學(xué)思維劃分成5個水平層次，并詳細(xì)描述了不同水平層次的思維發(fā)展的相應(yīng)進(jìn)程.

復(fù)習(xí)課是物理教學(xué)的重要課型，一節(jié)好的復(fù)習(xí)課，不能簡單地羅列知識，重復(fù)舊課，更重要的是能在復(fù)習(xí)中加深學(xué)生對知識的理解，學(xué)生在分析、推理的過程中，能迅速鑒別問題的特殊性，從題干中發(fā)現(xiàn)有價值的因素，確定解題方法.

現(xiàn)以復(fù)習(xí)課“電路的故障”為例，探討在初三復(fù)習(xí)課中如何分層次設(shè)計題目，以問題為階，引導(dǎo)學(xué)生由點到線、由線到面，實現(xiàn)認(rèn)知整合，促使學(xué)生思維水平的逐層提高.參考《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中思維水平的劃分方法，又考慮到電路故障對初中學(xué)生是難點，故筆者以最簡單的串、并聯(lián)電路的開路、短路為階，將其設(shè)為思維水平的起點（水平1），針對第一輪復(fù)習(xí)課學(xué)生的認(rèn)知特點及其學(xué)習(xí)水平，確定思維水平的終點（水平3），本課的思維水平劃分見表1.

1 創(chuàng)設(shè)豐富情境引發(fā)思想碰撞，設(shè)置合適學(xué)生思維水平的起點

人腦對科學(xué)事物的反映和認(rèn)識，需要在形成正確的物理觀念的基礎(chǔ)上，積累大量的知識和經(jīng)驗，從低水平思維層次向高水平思維層次逐步發(fā)展.因此筆者用生活中的電路故障引入新課，引導(dǎo)學(xué)生從物理情境走進(jìn)物理知識，再設(shè)置明確的復(fù)習(xí)引導(dǎo)（見表2）和低思維水平的習(xí)題，通過層層深入的設(shè)問，由“什么是開/短路”，到“在串/并聯(lián)電路中如何開/短路，對其他用電器有什么影響”，逐層引導(dǎo)學(xué)生深入思考總結(jié).這樣，學(xué)生能有效地調(diào)用已有知識解決簡單的物理問題，從而為后面的主動建構(gòu)新知識打下基礎(chǔ).因此，這個環(huán)節(jié)中的思維引導(dǎo)和習(xí)題不宜設(shè)置太多障礙，題意描述盡量簡潔清晰，有引導(dǎo)性.

事實上，再簡單的電學(xué)故障對部分學(xué)生來說，處理起來也是有困難的.因此，我們要正視學(xué)生思維水平發(fā)展不均衡的客觀事實.在實際教學(xué)中，如果整體水平較低，我們可以采用標(biāo)注電流流向或者實驗的方法，給學(xué)生更明確的引導(dǎo)，因為只有讓學(xué)生對短路和開路有正確的理解，后續(xù)難度更大的教學(xué)才能有效推進(jìn).

思維水平發(fā)展啟示：由于串、并聯(lián)電路用電器的連接方式不同，所以當(dāng)其中的某個用電器發(fā)生開路或短路時，在不同電路中對另一個用電器的影響是不同的.學(xué)生通過對故障的分析，能用簡單的語言總結(jié)開路和短路的特點，也就是達(dá)到思維水平1的要求.對初中生而言，在概念的基礎(chǔ)上，通過標(biāo)注電流流向的方法來分析開路和短路的難度并不算大，以此設(shè)為思維水平的起點是合適的.同時，區(qū)分開路和短路現(xiàn)象，以及對比在不同的電路中發(fā)生開路和短路的區(qū)別，可以提高學(xué)生的分析能力，實現(xiàn)從理解到分析的進(jìn)階逐步向思維水平2遞進(jìn).

2 逆向思考，理清錯接電表與開路、短路的聯(lián)系

與思維水平1簡單、正向的分析不同，思維水平2要求學(xué)生在熟悉的問題情境中應(yīng)用常見的物理模型分析和推理，在本案例中，要求學(xué)生能用已有的物理知識解決熟悉的問題.大部分學(xué)生對于電流表和電壓表的連接方法是死記硬背，想讓學(xué)生理解電流表要與被測電路串聯(lián)、電壓表要與被測電路并聯(lián)的本質(zhì)原因非常困難.在教學(xué)中，筆者通過設(shè)問“為什么電流表只能串聯(lián)”，引起學(xué)生的思考和討論，再問“假如電流表與被測量的燈泡并聯(lián)，燈泡會發(fā)光嗎？電流表如何偏轉(zhuǎn)”，引導(dǎo)學(xué)生逆向思考，進(jìn)而設(shè)計實驗驗證，或者經(jīng)過分析、推理得出結(jié)論.基于學(xué)生的慣性思維，教師引導(dǎo)時要充分，給學(xué)生的思考和討論時間要充足，也可以讓學(xué)生動手實驗，先觀察到實驗現(xiàn)象再通過畫等效電路的方法（見表3），把電表的錯接和開路、短路聯(lián)系起來，讓學(xué)生學(xué)會多角度思考、總結(jié).

思維水平發(fā)展啟示：雖然電流表和電壓表的使用方法一般學(xué)生都清楚，但學(xué)生知其然卻不知其所以然.因此，當(dāng)遇到如2015年廣州中考物理卷中，交換電流表電壓表的位置時會出現(xiàn)的現(xiàn)象的問題時，學(xué)生得分率是較低的.通過本節(jié)學(xué)習(xí)，學(xué)生經(jīng)歷了逆向思考、假設(shè)，再經(jīng)過推理，加深學(xué)生對電流表和電壓表本質(zhì)特點的認(rèn)識，通過對比，達(dá)到區(qū)分電流表和電壓表的本質(zhì)的目的，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維.同時，設(shè)計錯接電表反常規(guī)的實驗，培養(yǎng)學(xué)生逆向思維.

3 統(tǒng)籌重、難點，把握思維水平的終點

審視近10年的初中物理中考試題，難度系數(shù)較大一點的題目需要學(xué)生在常見的但又相對復(fù)雜的情境中提煉要點，需要學(xué)生有一定的分析和推理能力.結(jié)合中考高頻考點，以及初中生思維發(fā)展水平，透過燈不亮的表象，分別從開路和短路兩條線索進(jìn)行引導(dǎo)，分析電路中可能存在的故障，把握合適的思維水平終點，既能順利提高學(xué)生思維水平，又避免給學(xué)生帶來不必要的過高思維負(fù)擔(dān).

在實際教學(xué)中，多數(shù)學(xué)生對于這個高頻出現(xiàn)的電路圖不能有機(jī)統(tǒng)一地聯(lián)系到已學(xué)的四個探究實驗中.

因此筆者先讓學(xué)生回憶本電路適用的探究實驗，進(jìn)一步引導(dǎo)，如果把燈泡換成電阻還可以進(jìn)行哪些探究實驗，這樣學(xué)生能對已有知識進(jìn)行初步的糅合，為后續(xù)探究打下基礎(chǔ).接著讓學(xué)生逆向設(shè)置非正常工作電路，檢驗導(dǎo)致燈泡不亮的可能原因，并用思維導(dǎo)圖引導(dǎo)學(xué)生把觀察到的現(xiàn)象填寫下來（見表4），學(xué)生通過實驗和分析推理，最終形成開路和短路兩條導(dǎo)致燈不亮的明顯線索.在實際教學(xué)中，還可以根據(jù)課堂實際，畫等效電路圖對故障原因做進(jìn)一步解釋.

思維水平發(fā)展啟示：引導(dǎo)學(xué)生調(diào)動已有的知識儲備，揉合多個相關(guān)實驗、尋找共同特點，培養(yǎng)學(xué)生整合知識的能力，學(xué)生在解決問題的過程中，學(xué)會一題多變、多題歸一，并從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，實現(xiàn)思維水平由記憶、理解到分析的逐層提高.學(xué)生學(xué)會用等效電路逐步簡化電路，分解難點，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力;再通過比對燈泡短路和斷路對電路的影響，綜合得出結(jié)論，提高學(xué)生論證能力.

運用物理知識解決實際問題能力高低，常常取決于學(xué)生對情境和知識的聯(lián)系能力，學(xué)生需要將情境轉(zhuǎn)化為物理條件，發(fā)掘隱含的物理內(nèi)容.對“電路故障”思維引導(dǎo)時，學(xué)生首先通過簡單的分析，區(qū)分開路和短路;接著，把電流表、電壓表錯接與開路、短路聯(lián)系起來;最后，通過對中考的高頻電路的故障分析，得出開路和短路兩條思維線索.每個環(huán)節(jié)最后都落回開路和短路這個根本點，加深了對概念的認(rèn)識，明確了電路發(fā)生兩種故障時的區(qū)別，還能加深理解兩種電表區(qū)別與聯(lián)系的理解.在教學(xué)過程中，通過引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行假設(shè)，逆向思考問題，可以順利實現(xiàn)學(xué)生的科學(xué)思維從低水平的記憶、理解和應(yīng)用向高水平的分析、評價和創(chuàng)造的發(fā)展.因此，教師應(yīng)設(shè)置合適的科學(xué)思維層次，通過課堂教學(xué)，讓不同層次的學(xué)生思維水平均能得到發(fā)展，進(jìn)而提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理乃至學(xué)習(xí)科學(xué)的能力，為學(xué)生終身學(xué)習(xí)和發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ).

參考文獻(xiàn)：

[1]陳銀霞.談中考復(fù)習(xí)過程中學(xué)生問題解決的思維水平[J].中學(xué)物理，2014，32（12）：77-78.

[2]丁加旗.初中物理科學(xué)思維水平劃分與提升學(xué)生思維能力途徑探討——以“運動的相對性”一課為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2018，47（05）：1-3.

[3]蔣天林.由科學(xué)思維水平劃分談培養(yǎng)科學(xué)思維的方法[J].物理教師，2019，40（02）：15-18.

[4]丁美予，陳紅君.物理高階思維能力的內(nèi)涵及其認(rèn)知表現(xiàn)層次研究[J].中學(xué)物理，2020，38（21）：2-4.

[5]周劍.基于科學(xué)思維水平劃分的“質(zhì)疑”素養(yǎng)三重境界提升策略[J].中學(xué)物理，2021，39（06）：14-18.

（收稿日期：2021-04-07）