深度思維：撬動核心素養(yǎng)發(fā)展的“杠桿”

章忠春

摘要：高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)提出了“物理觀念與應(yīng)用、科學(xué)探究與交流、科學(xué)思維與創(chuàng)新、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個維度的核心素養(yǎng)發(fā)展要求，直接引領(lǐng)著高中物理學(xué)習(xí)目標(biāo)的制定、教學(xué)的設(shè)計、課堂的組織實施、教與學(xué)的評價等多個方面。實踐證明深度思維在高中物理課堂學(xué)習(xí)中可以成為一支撬動著物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展的“杠桿”。

關(guān)鍵詞：深度思維;核心素養(yǎng);科學(xué)探究;自主生長

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1992-7711（2020）23-108

思維是人腦對客觀事物間接的概括的反映，是認(rèn)識的理性階段。深度思維即思維發(fā)展的高級階段，與淺層次低水平的思維相對應(yīng)，其結(jié)果往往是深度學(xué)習(xí)和高效學(xué)習(xí)，對于學(xué)生學(xué)習(xí)而言深度思維常發(fā)生于其自主“學(xué)習(xí)、分析、評價、創(chuàng)造”的過程，是較高認(rèn)知水平層次上的心智活動或較高層次的認(rèn)知能力。深度思維能夠幫助學(xué)生進行信息處理與加工，能夠推動概念建構(gòu)與運用，能夠促進把所學(xué)的知識和方法遷移到真實情境中解決問題。高中階段學(xué)生的思維能力、發(fā)展需求以及物理學(xué)科的特點及目標(biāo)要求都決定了深度思維在學(xué)科學(xué)習(xí)中應(yīng)具有重要地位。

高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)了兩大功能：凝練了學(xué)科核心素養(yǎng)和構(gòu)建了指向物理學(xué)科學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)科核心素養(yǎng)指明了教與學(xué)的方向，學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)則是明確了教與學(xué)需要達到的程度，兩者共同引領(lǐng)了“學(xué)教評”一致性的價值追求。“方向優(yōu)于努力”，因為方向正確，越努力才會越接近目標(biāo)，因此學(xué)科核心素養(yǎng)應(yīng)是引領(lǐng)教與學(xué)活動的旗幟。深度思維有助于核心素養(yǎng)培養(yǎng)中的正確的價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力目標(biāo)的落實，是課堂學(xué)習(xí)中一支“杠桿”，能夠有效“撬動”核心素養(yǎng)的發(fā)展。在人教版必修2第七章第3節(jié)《功率》的課堂教學(xué)中，筆者嘗試通過深度思維去“撬動”學(xué)生的核心素養(yǎng)發(fā)展之門，實現(xiàn)知識方法的自主建構(gòu)和學(xué)習(xí)目標(biāo)的達成。

一、深度思維“撬動”素養(yǎng)發(fā)展的設(shè)計

（一）基于學(xué)情教情分析常見誤區(qū)

本節(jié)課的課堂教學(xué)常見的誤區(qū)有以下三個。誤區(qū)一：學(xué)情分析不明導(dǎo)致目標(biāo)定位不準(zhǔn)。課堂教學(xué)中無視初中已經(jīng)學(xué)過功率的概念和高中已有比值法基礎(chǔ)，依然在通過教師手把手逐步得出功率的概念和意義，降低了學(xué)生思維深度，從而削弱學(xué)習(xí)興趣，也剝奪了學(xué)生自主建構(gòu)概念的機會。誤區(qū)二：忽視核心素養(yǎng)發(fā)展要求導(dǎo)致習(xí)題課傾向明顯。輕視功率中瞬時功率、平均功率的概念的建構(gòu)過程，簡單粗暴地給出公式，緊跟著各種習(xí)題的練習(xí)與講解，將新授課活脫脫上成了一節(jié)習(xí)題課，注重了學(xué)生的應(yīng)試能力培養(yǎng)，卻不利于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。誤區(qū)三：忽視高中物理課堂應(yīng)有的思維深度導(dǎo)致課堂學(xué)習(xí)淺層化。熱衷于動畫、圖片、視頻、習(xí)題和實驗堆砌，不去挖掘深度思維的素材，導(dǎo)致課堂學(xué)習(xí)熱鬧有余思維不足，學(xué)生的主體地位被無視、學(xué)習(xí)體驗被忽略、學(xué)習(xí)效果被弱化。

（二）基于課程標(biāo)準(zhǔn)確定核心概念

2017版《普通高中物理程標(biāo)準(zhǔn)》對必修2模塊中《功率》內(nèi)容要求表述為：“理解功和功率，了解生產(chǎn)生活中常見機械的功率大小及其意義。”并舉例“分析汽車發(fā)動機的功率一定時，牽引力和速度的關(guān)系”。基于課程標(biāo)準(zhǔn)的研讀與理解確定本節(jié)課的核心概念為“功率”，包括以下核心子概念：平均功率和瞬時功率;額定功率和實際功率。

（三）基于核心概念設(shè)計教學(xué)方法

基于對標(biāo)準(zhǔn)的理解、學(xué)情把握、教學(xué)內(nèi)容的解讀以及常見的教學(xué)誤區(qū)分析，本節(jié)課設(shè)計為以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)、以情境為主線、以“深度思維”為杠桿;在知識建構(gòu)方面以“初識功率、再識功率、深識功率”進階式設(shè)計，用“深度思維”推動功率、瞬時功率、平均功率、額定功率、實際功率等概念的逐步建構(gòu);在方法策略方面以問題引領(lǐng)學(xué)習(xí)、思維主導(dǎo)學(xué)習(xí)、生活聯(lián)系學(xué)習(xí)、情感升華學(xué)習(xí)，讓“深度思維”去“撬動”核心素養(yǎng)的發(fā)展。

二、深度思維“撬動”素養(yǎng)發(fā)展的實踐

（一）思維喚醒：始于生活情境開展研究性學(xué)習(xí)

師：課前自主開展微型研究性學(xué)習(xí)《變速自行車變速系統(tǒng)的工作原理研究》，圍繞兩個問題展開研究從而喚醒思維：1.在主動輪確定的情況下，從動輪分別選擇大號和小號齒輪分別有什么體驗（力、速度）？2.其物理原理是什么？

生：在課前進行自主研究，課堂以小組為單位交流匯報研究性學(xué)習(xí)成果，有小組從初中力臂和力矩的知識進行分析力學(xué)關(guān)系，更有小組通過自制動畫直觀新穎展示省力速度慢的研究成果。

師：追問：“如果讓你來做變速自行車的調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計師，你在設(shè)計時能否在追求大牽引力的同時保持高速度？”

意圖與評價：緊密聯(lián)系生活的微型研究性學(xué)習(xí)課題，引導(dǎo)學(xué)生課前真研究、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、鋪墊課堂學(xué)習(xí)。源于生活情境的問題引入新課，誘發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，引發(fā)學(xué)生的思考、喚醒學(xué)生的思維，開啟思維的課堂。

（二）思維熱身：基于已有經(jīng)驗自主探究初識功率

【問題解決1】 兩人分別提不同的重物從一樓勻速跑到4樓（設(shè)樓高為10m）。計算兩人對各自物體所做的功并分析比較哪些不同。（g=10m/s2）

【概念建立過程】

生：計算兩人對物體所做的功，討論分析得出結(jié)論：做功的大小不同、做功的快慢不一樣。

師：你是如何知道哪個人做功更快？

生：通過計算單位時間內(nèi)做功值，值越大做功越快。

意圖與評價：知識轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)的有效途徑就是情境，基于生活和自身體驗的情境更能在引發(fā)興趣的同時提高素養(yǎng)發(fā)展的效率。本環(huán)節(jié)將功的知識復(fù)習(xí)作為功率知識自主生長的土壤，通過學(xué)生自主參與來凸顯學(xué)生的主體地位，通過自主計算分析，讓概念建立順理成章、知識建構(gòu)自然而然。初步彰顯了思維和知識生長在新概念學(xué)習(xí)中的作用與魅力，為后續(xù)的深度思維活動進行熱身。

（三）思維進階：基于核心問題自主建構(gòu)再識功率

1.自主建構(gòu)瞬時功率與平均功率

【問題解決2】 某質(zhì)量m=1kg的小球從高處自由下落，（g=10m/s2）求：下表中不同時間內(nèi)重力做功的功率。

生：分組求解，展示交流計算結(jié)果。

師：引導(dǎo)學(xué)生觀察數(shù)據(jù)尋找規(guī)律，討論交流形成共識。

生：不同時間段內(nèi)的功率不同，且隨著時間段越來越小，越來越接近2s這一時刻，功率越趨近于100W。

師：引導(dǎo)猜想：各時間內(nèi)功率不同表示什么意義？100W是否有著特別的意義？

生：不同時間內(nèi)的功率是指這段時間內(nèi)的平均功率。學(xué)生提出猜想：100W應(yīng)該是1s這一時刻的瞬時功率，是極限思想的體現(xiàn)。并以瞬時速度定義的極限思想來佐證自己的猜想。

2.瞬時功率表達式的自主推導(dǎo)

師：如果我想知道0.5s末該小球重力的瞬時功率，你準(zhǔn)備如何幫我？

生：運用剛剛學(xué)會的極限思想求解瞬時功率遇到了困難。一部分同學(xué)如法炮制，但計算量大，沒能及時算出結(jié)果，另一部分同學(xué)開始試著尋求其他出路，并提出用瞬時物理量來表示瞬時功率的設(shè)想。

師：肯定并給予鼓勵。

生：借助P=W/t和W=FLcosa自主推導(dǎo)出P=Fvcosa表達式，確定t在不同的范圍內(nèi)求出來的速度對應(yīng)瞬時速度和平均速度，對應(yīng)的功率表示瞬時功率和平均功率。

意圖與評價：本環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)策略上采取了引導(dǎo)學(xué)生充分參與、合作、表達，讓思維更開放自由;思維以建構(gòu)主義為指導(dǎo)的進階設(shè)計實現(xiàn)了學(xué)習(xí)的自主遷移，引導(dǎo)把學(xué)生現(xiàn)有的知識（功率的定義式、功的公式）、現(xiàn)有的方法（極限思想）作為新知識（瞬時功率、平均功率）的“生長”土壤，把瞬時功率的概念、速度定義式作為瞬時表達式的“生長”土壤，這種學(xué)習(xí)的自主性、遷移性和進階性是學(xué)生發(fā)生深度思維的體現(xiàn)，學(xué)習(xí)的效果也彰顯了深度思維在概念建構(gòu)和核心素養(yǎng)發(fā)展中的“撬動”作用。

（四）思維演進：回歸生活實踐強化應(yīng)用深識功率

【物理與生活1】 有經(jīng)驗的駕駛員在開手動擋的汽車上陡坡通常都要換擋位，你知道換什么擋位？為什么需要如此操作？大膽猜想，并用手頭實驗器材設(shè)計實驗并進行小心求證。

生：換低擋位在保持功率一定的情況下降低速度來增大牽引力。交流分享自主設(shè)計的驗證實驗：利用玩具起重機起吊不同重力的物體，觀察物體上升速度的不同，并展示交流。得出起重機功率一定時牽引力越大速度越小。

師：回答新課引入的問題：能否設(shè)計出一款變速自行車在追求大牽引力的同時保持高速度呢？

生：根據(jù)功率的知識得出結(jié)論“在功率一定的情況下牽引力與速度不可得兼”。

【物理與生活2】 有同學(xué)根據(jù)公式P=Fv推想：P保持不變時，若將作用力F無限地減小，可以使運動的汽車速度無限地增大。你認(rèn)為他的推想可行嗎？

生：討論得出該同學(xué)忽略了生活中不可避免存在阻力，牽引力減小到阻力時速度不再增加。

師：牽引力等于阻力時運動有何特點，可以求出哪些相關(guān)物理量？

生：速度的最大值等于功率除以阻力。

意圖與評價：本環(huán)節(jié)借助一系列生活情境問題，引導(dǎo)學(xué)生思考、運用知識分析解決問題，并不失時機創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突、引發(fā)思維碰撞，激發(fā)學(xué)生思考探究。實現(xiàn)從生活情境中的思維活動學(xué)會知識、運用知識分析解決問題中建構(gòu)新的知識、體驗中感悟概念的內(nèi)涵和外延。暢通物理知識與現(xiàn)象解釋間通道的同時，也在演練、建構(gòu)并固化一種新的思維方式。

（五）思維導(dǎo)圖：助力知識方法內(nèi)化的體系化建構(gòu)

知識的碎片化是課堂教學(xué)的負面的產(chǎn)物，如何將碎片化的知識整合起來進行體系化構(gòu)建是每一個老師追求的方向。在課堂中教師通過板書自然地呈現(xiàn)知識要點、展現(xiàn)出來的順序、體現(xiàn)知識之間的邏輯關(guān)系，構(gòu)建思維導(dǎo)圖能夠有效地幫助學(xué)生進行體系化建構(gòu)，為學(xué)生現(xiàn)在的理解知識和將來的運用知識打下基礎(chǔ)。

三、深度思維“撬動”素養(yǎng)發(fā)展的思考

深度思維對與高中階段物理學(xué)習(xí)的作用顯而易見，不僅有利于學(xué)生學(xué)習(xí)主體地位的發(fā)揮，也有利于知識方法的快速建構(gòu)，更有利于學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。但學(xué)生的深度思維不是與生俱來的，需要高中物理教師在平時的教與學(xué)活動中去有意識地發(fā)展培養(yǎng)，精心設(shè)計基于真實情境的活動，讓問題驅(qū)動學(xué)習(xí)進程，內(nèi)容、方法和思維的進階設(shè)計等都在讓深度思維實現(xiàn)真正發(fā)生，不斷地強化、內(nèi)化深度思維成為習(xí)慣，從而“撬動”學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展。深度思維的設(shè)計與培養(yǎng)應(yīng)考慮以下因素：

思維要具有情境性。思維一定是基于問題展開，而問題情境化、情境生活化是當(dāng)下問題設(shè)計的追求，因此思維活動需要具有情境性，讓思維不至于成為無源之水、無本之木，以真實生活經(jīng)驗為背景的思維能夠有助于驅(qū)動學(xué)生的學(xué)習(xí)、推動問題的解決。

思維要具有有效性。設(shè)計的思維活動應(yīng)基于學(xué)生當(dāng)前的思維水平、知識方法的理解情況以及對學(xué)習(xí)目標(biāo)的成功標(biāo)準(zhǔn)，不能難度過高或過簡單，過高會阻礙理解而措挫傷學(xué)習(xí)動力，過簡單會讓思維過程索然無味而降低學(xué)習(xí)的深度，以具有適當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)性為宜，因為挑戰(zhàn)是有效學(xué)習(xí)的核心因素之一。

思維要具有可見性。學(xué)生的思維過程遠比思維結(jié)果更重要，因為思維的過程更能展現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中呈現(xiàn)的解決策略和具體問題。因此教師在課堂學(xué)習(xí)中需要盡可能讓學(xué)生的思維過程對學(xué)生可見、對教師可見、對內(nèi)容可見，因此技術(shù)性的呈現(xiàn)問題、策略性的引發(fā)思考、科學(xué)性的引導(dǎo)思維、創(chuàng)設(shè)性展開評價可以讓思維過程可見。

思維要具有進階性。一節(jié)課的思維活動不會只有一個，一系列的思維活動需要按照進階設(shè)計、展開和評價。進階式思維設(shè)計一方面需要體現(xiàn)知識按照內(nèi)在邏輯關(guān)系進行進階呈現(xiàn)，讓知識的邏輯助力思維的邏輯;一方面需要體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗和學(xué)習(xí)情感進階，讓情感推動思維的快速深度的發(fā)展;知識的邏輯進階和情感的進階共同推動知識掌握的進階——由表層理解向深層理解最終到概念性理解的進階式達成。

參考文獻：

[1]盧明，崔允漷.教案的革命——基于課程標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)歷案[M].華東師范大學(xué)出版社，2017（04）.

[2]方濤.指向深度學(xué)習(xí)的問題解決教學(xué)實踐研究[J].中學(xué)物理教與學(xué)，2019（08）.

（作者單位：南京市第十四中學(xué)，江蘇 南京210000）