思維進階視閾下物理模型學習引導路徑探索——以“質點”模型教學為例

樓松年

（浙江金華第一中學，浙江 金華 321015）

在教學實踐中，教師依據教材的知識體系進行教學設計是常態，以知識框架掩蓋學生思維發展框架的現象較為普遍.對物理學習過程中學生思維發展的認識不足，針對不同思維水平的學習過程涉及不多，以思維為主線的教學往往處于低水平狀態.因此，依據學生思維發展規律，有針對性地通過多種方法培養思維能力，促進學生的思維結構、思維技巧、思維品質和思維方式向高層次發展，實現思維能力的進階，是提高物理學習力、理解力和應用力的可行路徑.

建構主義理論認為，基于“最近發展區”的教學設計才是有意義的，思維進階的關節點在于“最近發展區”.陶西平認為思維進階課堂應立足于改善學生思維品質，提出培養學生“思路”而不是“套路”的新型課堂設計是提高思維品質的途徑.為此，以學生思維發展為主線的物理教學，應營造有效問題情境，實現學生思維的自主建構；通過漸進的任務驅動，實現思維向深層發展；通過問題解決，實現思維層面的深度對話；通過創新應用，實現物理思維能力向高階發展.質點模型具有很高的抽象性和概括性，對學生的思維水平提出了很高的要求，強調突出問題的主要因素、忽略次要因素，體現問題的本質，建立理想化的物理模型.如何將傳統教學中學生對于知識學習普遍存在“接受—理解—鞏固—解題”的現象，轉變為“參與—體驗—內化—外延”的學習模式，本文嘗試從思維引導的視角對質點模型教學設計進行一些探討.

1 基于思維進階的物理模型教學特征與路徑優化策略

1.1 思維進階的特征和障礙

高中階段物理思維發展，有這一年齡段的普遍特征.通過分析思維發展水平的提高過程，發現學生思維層級上有從低階向高階逐步發展的特征，表現在思維結構上從單點向多點、由多點再向關聯、由關聯再向拓展抽象的進階；在思維方式上，由形象到抽象、由線性到非線性、由正向到逆向的轉變，學生思維受知識生成過程的影響，其思維進階的過程表現為遷移復制、要素轉換、時空轉換的發展過程；在思維品質上，需要學生的思維在深刻性、廣闊性、敏捷性、靈活性、批判性和獨創性的不斷進階，表現出思維的速度和質量上的不斷變化，對思維方法的掌握、對問題分析的敏銳度的提升有重大影響.由此可見，學生物理思維能力是逐級進階的，且會在關鍵點形成思維水平的明顯差異.

影響學生思維發展有以下主要障礙，其個體差異表現得比較明顯.對思維影響顯著的主要有：流暢性障礙，表現為從生活中的實際問題抽象概括出物理概念能力、建模能力較弱，圖文信息獲取、分析與應用流暢性不足；靈活性障礙，受固有經驗程式的影響大，在要素、時空變換上，變通思維、發散思維、創新思維的靈活性差而影響思維能力提升；審辨性障礙，對要素運用、正向逆向思維程序的轉變、已有經驗的反思與校正影響思維的進階.

依據思維進階路徑的物理學習過程，是在及時準確評價學生思維層級基礎上的思維發展規劃，是基于大班授課的現狀以及學生個性差異的現實，在尊重學生思維發展客觀規律的前提下，使學生思維發展過程外顯并可測的最優選擇.因而高中物理思維能力的培養，要綜合考慮物理學科學習特點、學生思維發展階段特點和個性差異，以實現思維進階的路徑優化.

1.2 思維進階的物理模型教學路徑優化策略

傳統的物理模型教學主要是直接傳授式的，語言簡潔直白，并未充分考慮學生思維能力的培養.而物理模型的建立與得出正需要學生大量的思維、歸納、總結等活動，是提升學生科學思維的良好載體.鑒于高中學生思維發展是螺旋式上升的這一理念，物理模型的教學需要基于思維進階漸次推進.教師要以學生為主體，采用導引式方法培養學生主動建模能力，在教學中設計系列建模活動的踏腳點，引導學生拾階而上主動參與物理模型的構建.其具體教學流程如圖1所示.

圖1 思維進階的物理模型教學流程圖

思維進階的物理模型教學主要包括問題情境、模型建構、模型檢驗、模型分析、模型應用等環節.［3］首先利用具體情境，提出問題，引導學生進行思維抽象，概括建立起相關模型.其次，在模型初步建立的基礎上引導學生用初始模型解決新問題進行思維辨析，進一步發現初始模型的不足，再引導學生主動修正和改進模型.再次，應用圖片、視頻、動畫等引導學生進行模型的分析，明確模型的組成要素、基本結構、適用范圍等，提高學生對模型的認識和理解，這是思維深化的過程.最后，呈現綜合化的創新情境，引導學生用已有的模型去解決問題，實現物理知識的整合與融會貫通，在腦海中形成完整而全面的模型建構與應用的新圖景.

這一系列建模教學過程通過思維的抽象、辨析、深化和創新，完成了學生學習活動中的概括、論證、總結與拓展等環節，實現了思維進階，立足培養學生思維能力和思維品質.

2 指向思維進階的質點模型教學實施

“質點”模型是高中物理的第一個理想模型，也是物理學核心概念之一，該模型的學習是學生后續學習物理的基礎，其滲透的科學思維是高中階段重要的物理思維，并貫穿整個高中物理學習全過程.

2.1 創設情境，激疑引思

用圖片、圖示、視頻等方法營造探究情境能有效引導學生從直觀思維上升到抽象思維，可以讓學生在簡單直接的因果關系思考中開闊思路，形成共同的認知.通過角色扮演模仿機器人跳舞和系列設問，有目的地創設學習情境，有利于學習初級階段的“問題發現”，使學生思維從單點向多點“發散”，具體設計見表1.

表1 “質點”模型教學之“問題情境”教學設計

2.2 任務驅動，建構模型

任務驅動學習，是促進思維進階的可行途徑，根據奇克森特米海伊（Mihaly Csikszentmihalyi）的沉浸理論（Flow Theory），學習任務要兼顧挑戰與技能的平衡，挑戰過低，則缺乏興趣，挑戰過高，則容易使學生產生焦慮和挫敗感.奇克森特米海伊認為沉浸是學習者的最佳學習狀態，能夠使學習者忘記疲勞，獲得滿足感.根據思維發展過程，設計層級型、開放型和自助型任務，可以引導學生思維向高階發展.采用任務型或項目性學習，要兼顧學生能力，重點在于讓學生主動思考和積極行動，及時對學生完成任務情況進行評估和調整.在完成任務過程中，通過調動學生全身心參與，獲得真思考、得到真體驗，通過階段目標的實現獲得滿足感、享受快樂學習.在階段任務完成后，追加新的任務，讓學生的思維不斷深化，從而促進思維向深度發展，具體設計見表2.

表2 “質點”模型教學之“模型建構”教學設計

圖3 情境1：高鐵調度中心

圖4 情境2：列車實時位置顯示APP

2.3 分析論證，檢驗模型

教師要發現并引導學生突破問題的關鍵節點，以問題為核心構建師生對話、生生對話、生本對話，在問題解構中實現知識遷移，逐步形成自主思維能力.基于問題情境引導學生靈活地進行分析論證，使學生形成并認證自己的觀點，有利于其形成對物理概念的適用條件、內涵和外延的深度認知，擺脫知識體系和方法體系的束縛，逐步形成審辨思維能力和創造思維能力.在教學中，教師既要創設適合的問題場景和平等學習的氛圍，從學生的視角引領審辨思維的形成與發展，逐步形成多角度辨析和嚴密論證的思維習慣，以“問”引“思”.如針對本節教學中的關鍵點“是否大的物體一定不可以視為質點，小的物體一定可以視為質點？”可以借助比值計算，同時把列車、地球、病毒3個探究情境進行“縱向看”、“橫向看”的對比分析，依據學生思維發展軌跡，及時發現并給予幫助，有助于學生思維水平的提升，具體教學設計見表3.

表3 “質點”模型教學之“模型檢驗與分析”教學設計

2.4 質疑創新，應用模型

不同學生的物理思維發展受自身經驗、知識結構、理解程度和思維方法等因素影響，在物理邏輯思維、建模思維和創新思維上存在明顯差異.根據學生思維差異特點，組建合作學習小組，在交流合作中凸顯個性魅力，發揮特長，實現思維水平的整體提升.在合作學習教學組織中，要有明確任務主線，新穎的組織方式和即時的評價手段，防止無效合作.同時，在合作學習中，要注意不同思維角度的引導和學生思維個性的彰顯，通過傾聽、思考、交流和展示使學生思維外顯可視.

圖5 陀螺和彈簧

3 實現思維進階的路徑模型

以高階思維養成為目標的物理學習過程引導設計，通過情境變換、任務遞進、問題探究和創新實踐等途徑，以課堂為主陣地的同時，將物理能力成長過程延伸至學生生活的全時域，基于學生思維發展邏輯，以思維發展必須的體驗與經驗為支點，尋求最佳教育時機，引導學生思維結構、思維品質、思維方式和思維技巧向高層發展，形成系統的思維培養方法（如圖6）.通過針對性的教學設計，強化理解能力、推理能力、應用數學解決物理問題能力以及分析綜合能力.在教學中，綜合考慮學生學習的整體特征和個性差異，通過不間斷的跟蹤評價，靈活選擇引導方法，使思維發展主線更加突出，思維發展途徑更加高效.為解決學生思維能力困境，教師需要在現代教育理論支撐下，在教學實踐中不斷探索，不斷完善.

圖6 思維進階路徑引導模型

表4 “質點”模型教學之“模型應用與創新”教學設計