促進質(zhì)疑創(chuàng)新能力進階的思維型課堂內(nèi)涵與實踐①
——以“軌道不離開地面的條件”為例

呂俊君 丁冰心 周盧林

(1. 江西省九江市同文中學,江西 九江 332000；2. 江西省修水縣義寧小學,江西 九江 332400；3. 江西省修水縣義寧鎮(zhèn)第二小學,江西 九江 332400)

質(zhì)疑創(chuàng)新是科學思維的要素之一，更是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的關鍵，是指能夠基于事實證據(jù)和科學推理對不同觀點和結論提出質(zhì)疑和批判，進行檢驗和修正，進而提出創(chuàng)造性見解的能力和品格。[1]在課堂教學中，挖掘思維型課堂和質(zhì)疑創(chuàng)新能力的內(nèi)涵，是發(fā)展學生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力的抓手，現(xiàn)以“軌道不離開地面的條件”為例，將思維型課堂教學理論應用于實踐，促進學生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力的進階。

1 思維型課堂和質(zhì)疑創(chuàng)新能力的內(nèi)涵

1.1 思維型課堂的內(nèi)涵

課堂教學的首要目的是優(yōu)化、完善學習者的思維結構，思維型課堂具備以下4個要素：(1) 認知沖突：通過設置兩難情境激發(fā)學生的學習動力。(2) 自主建構：包括個體認知建構和社會建構。個體認知建構強調(diào)學習者積極主動建構，通過分析、推理、論證、判斷、甄別等手段形成感性和理性認識；社會建構則強調(diào)師生互動、生生互動的開放性課堂，在情感互動的基礎上，通過行為互動最終實現(xiàn)思維互動。(3) 應用遷移：將收獲的經(jīng)驗、知識、方法遷移到新情境，并解決新問題。(4) 自我監(jiān)控：學習者對思維進行檢查與反思，并評價自己是否已達到預先設定的思維目標。

1.2 質(zhì)疑創(chuàng)新能力的內(nèi)涵

南宋理學家朱熹說：“讀書無疑者，須教有疑，有疑者，須教無疑，到這里方是進矣?！睂W習的本質(zhì)就是產(chǎn)生疑問到解決疑問的過程，也是思維能力進階的過程。學生在學習物理的過程中，要知道質(zhì)疑的重要性，具備質(zhì)疑的意識，能夠解決質(zhì)疑，進而提出創(chuàng)新觀點。質(zhì)疑創(chuàng)新能力可劃分為5個水平(表1)，[2]逐漸進階。

表1

1.3 思維型課堂與質(zhì)疑創(chuàng)新能力的關聯(lián)

在教學中，如果有學生提出質(zhì)疑，教師卻不予理會甚至嚴厲制止，久而久之，學生只能將質(zhì)疑的種子深埋心底。質(zhì)疑創(chuàng)新能力的培養(yǎng)前提是輕松開放的課堂環(huán)境，鼓勵學生提出疑問，倡導有依據(jù)的合理質(zhì)疑，享受質(zhì)疑的快樂，是思維型課堂社會建構的要求。創(chuàng)設兩難問題，使學生自發(fā)提出質(zhì)疑，是思維型課堂引發(fā)認知沖突的要求。從解決疑問到創(chuàng)新需要運用辨別、推理、評價、遷移等高階思維能力，是思維型課堂認知建構與應用遷移的要求。對思維過程進行總結反思有利于生成深層次的質(zhì)疑，是思維型課堂自我監(jiān)控的要求。因此，思維型課堂是提升質(zhì)疑創(chuàng)新能力的有效路徑。

2 促進質(zhì)疑創(chuàng)新能力進階的思維型課堂實踐

2.1 激發(fā)認知沖突，啟發(fā)質(zhì)疑

例題：如圖1所示，豎直放置的光滑圓形軌道(帶底座)質(zhì)量為M，半徑為R，在軌道最低點放有一個質(zhì)量為m的小球(球直徑遠小于管道內(nèi)徑，可視為質(zhì)點)，M=m，現(xiàn)給小球一水平初速度v0，使小球在豎直軌道內(nèi)做圓周運動。下列說法中正確的是( )。

圖1

B. 小球在軌道最低、最高點時的壓力大小差恒等于6mg

D. 小球從最低點運動到最高點的過程中，軌道對地面的摩擦力方向始終向右

筆者話音剛落，A同學便舉手問道：“為什么要對小球在最高點時進行受力分析？”B同學馬上回應：“在最高點時小球?qū)壍赖膲毫ωQ直向上，將軌道往上頂，力最大，軌道當然最容易脫離地面??！”A同學隨即反駁道：“小球在到達最高點之前，對軌道的壓力雖然不是豎直向上，但速度更大，這個力也會更大?！边@時C同學也參與進來：“應該判斷小球?qū)壍缐毫Φ呢Q直分力的大小才對。”D同學也發(fā)表了看法：“應該對最高點分析，以前做過的題目中最高點不都是臨界點嗎？”學生激烈爭辯，課堂頓時熱鬧起來。

師：同學們的觀點都很好，到底誰對誰錯？我們一起來探究。

反思：A同學對“對小球在最高點時進行受力分析”提出質(zhì)疑，或許其他同學也具有相同的疑惑，但是他能夠勇敢地在課堂上表達出來，說明A同學具備了一定的質(zhì)疑意識，能力層次屬于水平2。一石激起千層浪，A同學的質(zhì)疑讓課堂活躍了起來，B、C、D三位同學都能夠?qū)σ延杏^點提出有依據(jù)的質(zhì)疑，然而未能解決問題，說明他們的質(zhì)疑創(chuàng)新能力層次在水平3和水平4之間。大家的討論使其他同學對“最高點即為臨界點”這一根深蒂固的前認知發(fā)起挑戰(zhàn)，產(chǎn)生了認知沖突，激發(fā)了內(nèi)在驅(qū)動力，促使學生對問題進行深入探究。

2.2 重構認知，解疑釋惑

師：我要為C同學的分析點贊！小球?qū)壍赖膲毫Φ呢Q直分力是決定軌道是否離開地面的條件。在本題中，該豎直分力與哪些因素有關？

生1：與小球的速度有關。

生2：還與壓力與豎直方向的夾角有關。

師：很好！如圖2所示，設小球在任意位置時PO的連線和豎直方向成θ角，此時小球的速度為v，我們來推導豎直分力的函數(shù)表達式。

圖2

在教學中可以將大問題分解為若干小問題，由淺入深，層層推進，讓學生都能收獲成就感。

問題1：什么力提供了向心力？

問題2：如何表達小球?qū)壍赖膲毫Γ?/p>

問題3：小球的初速度和小球在P點時的速度之間具備什么關系？

問題4：如何表達小球?qū)壍赖膲毫Φ呢Q直分力？

師：豎直分力Fy與角度、初速度均有關系，當Fy的最大值超過軌道所受重力Mg時，軌道離開地面，現(xiàn)在的任務是計算Fy的最大值。

圖3

圖4

反思：教師引導學生分析解決問題的關鍵，幫助學生建構模型。為了降低難度，按照思維流程將大問題分解為若干小問題，確保學生在解決每個小問題時都有所收獲，逐漸進階，體驗積極的情感。在定量論證環(huán)節(jié)，應用了向心力、動能定理等物理知識，同時運用數(shù)形結合的方法求極值，體現(xiàn)了跨學科綜合。采用推理、分析、比較、辨別等多種認知方式解決物理問題，提升了學生的高階思維能力。

2.3 深層質(zhì)疑，修正創(chuàng)新

通過前面的研究，學生的身心已經(jīng)完全投入，高階思維被激活，情感處于興奮積極的狀態(tài)，思維能力處在發(fā)展完善的動態(tài)過程中。這時學生的質(zhì)疑還沒有結束，同學E繼續(xù)追問：“在什么情況下取最高點為臨界點進行分析呢？”

反思：E同學沒有停留在解決題目本身，而是渴望理清問題，歸納總結可能出現(xiàn)的所有情況，提出了更高層次的質(zhì)疑。這種行為應該提倡，物理學正是伴隨著“質(zhì)疑—深層質(zhì)疑”而逐步發(fā)展的，物理學史就是人類對自然認識的“質(zhì)疑史”。解決深層次質(zhì)疑需要多人共同努力，因而采用了合作探究的方式，最后學生通過歸納的結論對原題進行了修正，體現(xiàn)出一定的創(chuàng)造力，質(zhì)疑創(chuàng)新能力層次達到了水平5。

2.4 應用遷移，自我監(jiān)控

教師通過一道解題思路相似、但情境略有不同的練習題，提升學生的應用遷移能力。

習題：質(zhì)量為M的圓環(huán)用細線(質(zhì)量不計)懸掛著，將兩個質(zhì)量均為m的有孔小珠套在此環(huán)上且可以在環(huán)上做無摩擦的滑動，如圖5所示，同時將兩個小珠從環(huán)的頂部釋放，并沿相反方向自由滑下。試求：

(1) 在圓環(huán)不動的條件下，懸線中的張力T隨cosθ(θ為小珠和大環(huán)圓心連線與豎直方向的夾角)變化的函數(shù)關系，并求出張力T的極小值及相應的cosθ值；

圖5

在課堂教學結束之前，教師引導學生將習得的思維策略轉(zhuǎn)化為“自我提問清單”，[3]分為三個階段進行自我監(jiān)控。

(1) 分析問題階段：本節(jié)課的學習目標是什么？我準確理解問題了嗎？我把握問題的整體結構了嗎？

(2) 解答問題階段：問題的重點、難點是什么？我用了哪些方法突破難點？

(3) 反思總結階段：我能夠舉一反三嗎？我是怎樣解決問題的？以后碰到類似的問題該如何解決？

反思：練習題和原題的差異在于研究對象個數(shù)和運動過程，但是運用的物理規(guī)律和數(shù)學工具等完全一致，通過解答既能夠鞏固知識、方法的應用，也能考查學生的遷移能力。最后，以“自我提問清單”的形式，引導學生不斷對自己的思維進行積極主動的監(jiān)視、控制、調(diào)節(jié)，實現(xiàn)自我監(jiān)控。

3 教學反思

本節(jié)課以思維型課堂為路徑，以培育高階思維為核心，以交流互動為方式，通過啟疑、思疑、釋疑、創(chuàng)新等環(huán)節(jié)展開，實現(xiàn)了學生質(zhì)疑創(chuàng)新能力的進階。

華東師范大學葉瀾教授說過：“課堂應是向未知方向挺進的旅程，隨時都有可能發(fā)現(xiàn)意外的通道和美麗的圖景，而不是一切都必須遵循固定線路而沒有激情的行程?！盵4]優(yōu)秀的課堂不是排練好的舞臺劇，而是充滿著生成性與變化性。面對學生發(fā)起的質(zhì)疑，假如教師采取不予理會甚至壓制的態(tài)度，學生只能處于被動接受狀態(tài)，難以培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。本節(jié)課雖然只解決了一類問題，看似偏離了預先制定的教學計劃，但學生的思維品質(zhì)得到了優(yōu)化，情感實現(xiàn)了交流，實際效果遠勝于單純的講題，開放性的思維型課堂是提升學生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力的有效路徑。