培養(yǎng)高階思維 提升核心素養(yǎng)

摘 要：在物理學(xué)科核心素養(yǎng)的四個(gè)要素中，科學(xué)思維是核心素養(yǎng)的靈魂。在物理課堂教學(xué)中，教師應(yīng)充分重視學(xué)生高階思維的培養(yǎng)，以促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。本文以“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”為例，探討教師如何在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生高階思維，確保物理核心素養(yǎng)在課堂教學(xué)中得以落實(shí)。

關(guān)鍵詞：高階思維；核心素養(yǎng)；牛頓第二定律

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）中指出：高中物理課程旨在落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)，進(jìn)一步提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)；引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程，體會(huì)科學(xué)研究方法，養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。［1］

如何在課堂教學(xué)中落實(shí)《課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求，是廣大一線教師需要深入思考的問題。教學(xué)改革要求教師在課堂教學(xué)中不僅要傳授知識(shí)，還要教授學(xué)習(xí)方法，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，培養(yǎng)學(xué)生能夠辯證看待問題和有效解決問題的能力。思維能力的培養(yǎng)是提升學(xué)生核心素養(yǎng)的核心，也是課堂教學(xué)的核心目標(biāo)。通過(guò)精心設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，教師可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，從而提升學(xué)生的核心素養(yǎng)和解決實(shí)際問題的能力。

1 高階思維概述

1.1 高階思維的定義

本杰明·布魯姆（Benjamin Bloom）等教育心理學(xué)家根據(jù)認(rèn)知的復(fù)雜程度，將思維過(guò)程具體化為六個(gè)教學(xué)目標(biāo)，即學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中需要掌握的六個(gè)類別的行為表現(xiàn)，由低級(jí)到高級(jí)分別是記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造。其中，記憶、理解和應(yīng)用通常被認(rèn)為是低階思維，而分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造則被認(rèn)為是高階思維。因此，高階思維是指發(fā)生在較高層次認(rèn)知水平上的心智活動(dòng)或認(rèn)識(shí)能力，是高階思維能力的核心，包括問題求解、決策、批判性思維和創(chuàng)造性思維等方面。

1.2 培養(yǎng)高階思維是提升學(xué)生核心素養(yǎng)的途徑之一

高階思維能力是一種注重高層次思維水平的綜合能力，是當(dāng)代社會(huì)學(xué)習(xí)者生存與發(fā)展的關(guān)鍵技能，與我國(guó)課程改革的要求和目標(biāo)相吻合。通過(guò)對(duì)比《課程標(biāo)準(zhǔn)》中列出的物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的“科學(xué)思維”和“科學(xué)探究”相關(guān)內(nèi)容［2］（如圖1所示）與高階思維能力指標(biāo)體系中的“高階思維傾向”和“高階思維能力”相關(guān)內(nèi)容（如圖2所示），可以發(fā)現(xiàn)兩者之間有許多內(nèi)容是相互融合、相互關(guān)聯(lián)的。因此，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，關(guān)鍵在于發(fā)展學(xué)生的高階思維能力，這包括對(duì)學(xué)生思維習(xí)慣的培養(yǎng)、思維能力的提升以及思維品質(zhì)的優(yōu)化。

在物理學(xué)科的課堂教學(xué)中，教師應(yīng)有意識(shí)地設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將知識(shí)傳授與學(xué)習(xí)方法的教育相結(jié)合，幫助學(xué)生不僅掌握知識(shí)（授之以“魚”），還能在技能、方法和思維等方面得到提升（授之以“漁”）。這種教學(xué)方式對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，是終身受益的。

1.3 培養(yǎng)高階思維是提升學(xué)生在高考中解決問題的能力水平的途徑之一

《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》根據(jù)高考的特征，將知識(shí)獲取能力群、實(shí)踐操作能力群、思維認(rèn)知能力群這三個(gè)方面關(guān)鍵能力的發(fā)展水平作為主要考查內(nèi)容，以區(qū)分學(xué)生綜合能力水平的高低，引導(dǎo)基礎(chǔ)教育對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。［3］因此，在教學(xué)過(guò)程中，重視對(duì)學(xué)生高階思維的培養(yǎng)，不僅有助于提升學(xué)生解決問題的能力，還能幫助他們?cè)诟呖贾姓宫F(xiàn)出更高的解題水平。

2 培養(yǎng)學(xué)生高階思維的教學(xué)設(shè)計(jì)下文以人教版高中物理必修第一冊(cè)第四章第2節(jié)“實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”為例，分析教師在課堂教學(xué)中如何通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

2.1 教學(xué)片段1：新課引入——思維的起點(diǎn)

愛因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：提出（發(fā)現(xiàn)）一個(gè)問題往往比解決一個(gè)問題更為重要。讓小車在平板上由靜止釋放，小車在平板上開始運(yùn)動(dòng)（如圖3所示），請(qǐng)你認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)，看看你能提出哪些有價(jià)值的問題？

這樣的課堂引入有點(diǎn)出人意料，一個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)能有什么好思考的？又能提出什么問題？不要小看了學(xué)生的智慧，學(xué)生經(jīng)過(guò)深入的思考，提出了如下一些問題。

問題1：小車為什么會(huì)運(yùn)動(dòng)？

問題2：小車的運(yùn)動(dòng)是否是勻加速運(yùn)動(dòng)？

問題3：小車運(yùn)動(dòng)的加速度是多少？

問題4：小車為什么會(huì)做加速運(yùn)動(dòng)？

問題5：小車的加速度與哪些物理量有關(guān)？

……

在每一個(gè)簡(jiǎn)單問題的背后，都蘊(yùn)含著某種物理知識(shí)和規(guī)律，也蘊(yùn)含著力和運(yùn)動(dòng)的觀念。這些問題都是學(xué)生經(jīng)過(guò)思考分析后提出來(lái)的，是學(xué)生思維的起點(diǎn)。

2.2 教學(xué)片段2：建構(gòu)思維導(dǎo)圖，搭建知識(shí)框架——知識(shí)的邏輯關(guān)系

從大單元的視角來(lái)看，章節(jié)的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間存在著緊密的邏輯關(guān)系，這有助于學(xué)生建構(gòu)一個(gè)完整的大單元知識(shí)體系，而非孤立的知識(shí)點(diǎn)。這樣的學(xué)習(xí)方式可以幫助學(xué)生從更高的視角理解知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系和含義，從而增強(qiáng)他們的學(xué)科素養(yǎng)。

在本節(jié)討論力與加速度之間的關(guān)系之前，力和加速度是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)，兩者之間沒有交集。學(xué)生對(duì)于描述運(yùn)動(dòng)的物理量與描述力學(xué)的物理量之間聯(lián)系的認(rèn)識(shí)，往往停留在感性的認(rèn)識(shí)層面，缺乏理性的深入分析。因此，幫助學(xué)生建立運(yùn)動(dòng)學(xué)與力學(xué)之間的聯(lián)系，提升學(xué)生的物理觀念，是本章教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。為了更有效地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可以建構(gòu)如圖4所示的思維導(dǎo)圖。

2.3 教學(xué)片段3：實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)——問題串引導(dǎo)下的思維的培養(yǎng)

問題1：要探究三個(gè)物理量間的關(guān)系，我們可以采用什么方法呢？

問題2：在實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量哪些物理量？

問題3：如何測(cè)量這些物理量？

問題4：在測(cè)量時(shí)可能會(huì)遇到什么困難？

問題5：你準(zhǔn)備怎樣解決這些困難？

讓學(xué)生根據(jù)剛才的討論，利用桌上的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)合適的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

自主設(shè)計(jì)和探究活動(dòng)對(duì)學(xué)生的能力有較高的要求，需要學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，在充分理解的基礎(chǔ)上，進(jìn)行有效的分析、思考、判斷、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造。這些活動(dòng)是培養(yǎng)學(xué)生思維能力的有效手段。然而，當(dāng)前許多探究活動(dòng)往往流于形式，成為“速成探究”而非真正的科學(xué)探究，有形式但是效果不佳。［4］主要原因在于，科學(xué)探究過(guò)程中缺乏學(xué)生的思維參與，學(xué)生未能形成自己的思考，而是被動(dòng)地跟隨教師的指導(dǎo)進(jìn)行“探究”，導(dǎo)致學(xué)生思考的時(shí)間和空間嚴(yán)重不足，難以實(shí)現(xiàn)自主探究和交流合作，這種做法實(shí)際上是將高階思維轉(zhuǎn)化為了低階思維。因此，在教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，將課堂的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的非智力因素，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)信心，培養(yǎng)學(xué)生良好的思維習(xí)慣，從而提升學(xué)生的創(chuàng)造力。

2.4 教學(xué)片段4：平衡摩擦力的處理——思維的提升

本節(jié)內(nèi)容的一個(gè)難點(diǎn)是“平衡摩擦力”。教師需要幫助學(xué)生明白并理解在實(shí)驗(yàn)中需要進(jìn)行平衡摩擦力的操作。如果教學(xué)活動(dòng)以教師為主體，學(xué)生只是被動(dòng)地接受，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果會(huì)受到影響，導(dǎo)致學(xué)生在后續(xù)學(xué)習(xí)中不能靈活調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案。例如，在氣墊導(dǎo)軌上進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時(shí)，就不需要平衡摩擦力；使用替代法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，也不需要事先平衡摩擦力。

因此在教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師應(yīng)將這一問題情境轉(zhuǎn)化為學(xué)生能夠自主發(fā)現(xiàn)、分析并解決的情境，以此訓(xùn)練學(xué)生的辯證性思維和批判性思維，促使學(xué)生在思維的碰撞中實(shí)現(xiàn)成長(zhǎng)。

在教學(xué)中，教師不必急于設(shè)計(jì)和討論這個(gè)問題，而是應(yīng)該讓學(xué)生充分發(fā)揮他們的想象力。當(dāng)學(xué)生在沒有平衡摩擦力的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，可能會(huì)得到如表1和圖5所示的結(jié)果，這恰好是學(xué)生思維成長(zhǎng)的一個(gè)突破口。教師可以讓學(xué)生對(duì)圖像進(jìn)行分析，并思考能得出什么結(jié)論。討論描點(diǎn)連線不過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的原因（是誤差的原因還是實(shí)驗(yàn)原理不完善導(dǎo)致的）；探討如何修正實(shí)驗(yàn)方案；利用修正后的方案再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論（如表2和圖6所示）。在這樣的教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生通過(guò)深入思考、設(shè)計(jì)方案、小組討論、交流合作、深入研究、修正方案、檢驗(yàn)方案等思維活動(dòng)，最終能很好地解決這個(gè)問題。在解決這個(gè)問題的過(guò)程中，學(xué)生的分析判斷能力、交流合作能力、評(píng)價(jià)能力和創(chuàng)新能力都得到了很好的提升。

在物理課堂教學(xué)中，教師是“明白人講得明白”，學(xué)生是“不明白人聽不明白”，教和學(xué)之間會(huì)出現(xiàn)一定的“脫節(jié)”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因在于教師在傳授知識(shí)的過(guò)程中，關(guān)注的重點(diǎn)往往落在教師的“教”上，而不是學(xué)生的“學(xué)”上，未能真正做到“蹲下來(lái)”、從學(xué)生的角度思考教學(xué)。因此，課堂教學(xué)需要從教師的立場(chǎng)和內(nèi)容走向?qū)W生的角度，從學(xué)生的角度思考學(xué)生如何才能理解和掌握所學(xué)的知識(shí)。只有這樣，教師在教學(xué)設(shè)計(jì)中才能提高教學(xué)的針對(duì)性、有效性，從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和解決問題的能力，使教師和學(xué)生的思維在教學(xué)活動(dòng)中共同成長(zhǎng)。

2.5 教學(xué)片段5：mM的處理——適當(dāng)?shù)牧舭?/p>

本節(jié)內(nèi)容的另一個(gè)難點(diǎn)是如何處理“懸掛物的質(zhì)量m要遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M”這個(gè)條件。本節(jié)內(nèi)容在學(xué)習(xí)牛頓第二定律之前，學(xué)生無(wú)法運(yùn)用牛頓第二定律的知識(shí)來(lái)分析這個(gè)條件，因此，通常的處理方法是“這個(gè)問題現(xiàn)在還無(wú)法深入討論，待同學(xué)們學(xué)習(xí)過(guò)牛頓第二定律后我們?cè)賮?lái)分析。”學(xué)生對(duì)這個(gè)問題的理解僅停留在實(shí)驗(yàn)條件層面，課后也不會(huì)深入思考或分析，這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力并沒有起到積極的引導(dǎo)作用。

在教學(xué)活動(dòng)中，教師可以利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（如表3所示）來(lái)設(shè)計(jì)：當(dāng)懸掛物的質(zhì)量不再滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件時(shí)，所描出的點(diǎn)大多不會(huì)落在同一直線上（如圖7所示）。讓學(xué)生在課后思考為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況？為什么這些點(diǎn)的連線趨勢(shì)是向下彎曲的？這背后蘊(yùn)含著哪些物理規(guī)律？通過(guò)這種方式可以建構(gòu)一個(gè)“思維成長(zhǎng)”的平臺(tái)，為學(xué)生提供挑戰(zhàn)自己思維的機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)他們?cè)谡n堂之外主動(dòng)探索、學(xué)會(huì)思考、掌握方法，從而提升他們的思維能力。

3 結(jié)語(yǔ)

教學(xué)目的不僅僅是要讓學(xué)生知道“是什么”，更重要的是要讓學(xué)生理解“為什么”，即理清概念、規(guī)律的來(lái)龍去脈。在教學(xué)活動(dòng)中，教師應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生多思考、多分析、多質(zhì)疑，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)，并引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)分析、綜合、評(píng)價(jià)，使學(xué)生的思維始終處于高階思維的形成和發(fā)展?fàn)顟B(tài)，從而提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

［1］［2］中華人民共和國(guó)教育部. 普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［M］. 北京：人民教育出版社，2020：1-2，4-5．

［3］教育部考試中心. 中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系［M］. 北京：人民教育出版社，2019：23-32．

［4］王高. 科學(xué)探究：思維不能缺席——對(duì)“牛頓第一定律”教學(xué)的深度思考［J］. 物理教師，2021，42（4）：18-20，25．

*基金項(xiàng)目：本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“基于‘科學(xué)實(shí)驗(yàn)影視資源育人價(jià)值’的物理教學(xué)創(chuàng)新研究”（課題編號(hào)：D/2020/02/103）的成果。