利用習題錯誤培養學生高階思維

蔣震霞

(江陰市第一中學 江蘇 無錫 214400)

習題教學是高中物理教學的重要組成部分，精心設計習題教學是落實核心素養的具體舉措.通過習題的精練精講，學生在內化知識的基礎上形成物理觀念；在問題解決中提升思維品質.習題教學的核心功能是讓學生在解題過程中強化知識運用，升華認知結構，發展思維水平.

思維的發展需要從低階水平邁向高階水平.按照布盧姆的認知目標分類思想，思維的發展在教學目標分類中表現為分析、評價和創造，各層級對應關系如表1所示[1].

表1 布盧姆認知目標分類表

習題教學中可挖掘的資源非常廣泛，其中習題教學中出現的錯誤具有較高的教學價值.將錯誤作為生成性資源，可以很好地培養學生的思維，提升學生的思維品質，不僅可以提高物理教學的效率，實現物理學科核心素養的培養，還能促進學生思維進階，發展學生高階思維.下面筆者以粵教版高中物理教材選修3-5第四章“原子核”章末習題中的一道習題為例，簡單談一談如何挖掘習題錯誤的教學價值實現對學生高階思維的培養.

1 試題及分析

1.1 試題原題

【題目】[2]一塊氡222放在天平的左盤時，需要天平的右盤加444 g砝碼天平才能處于平衡，氡222發生α衰變，經過一個半衰期以后，欲使天平再次平衡，應從右盤中取出的砝碼為( )

A.220 g B.8 g C.2 g D.4 g

1.2 知識分析

本題考查的知識點有α衰變、半衰期、α射線的特征、摩爾質量等.原本以為本題非常簡單，學生應該不存在障礙，但是實際的情況與預期有很大差別.學生要么無從下手，要么得出錯誤結果.

1.3 錯誤分析

1.3.1 習題科學性錯誤

本題設計的背景具有科學性錯誤，具體如下.

首先，氡單質通常以氣體形式存在.將其放入天平中測量是不現實的.

其次，測量氡與天平使用規范相沖突.天平是初中階段的重要測量儀器，其使用在初中有嚴格要求.以初中人教版教材為例，對天平的使用提出如下要求[3].

(1)每個天平都有自己的“稱量”，也就是它所能稱的最大質量,被測物體質量不能超過稱量.

(2)向盤中加減砝碼時要用鑷子，不能用手接觸砝碼，不能把砝碼弄濕、弄臟.

(3)潮濕的物體和化學藥品不能直接放到天平中.

本題中天平稱量的物體是具有放射性的物體氡222，根據上述要求，砝碼不能用手接觸，潮濕物體和化學藥品都不可以直接放在托盤上，那么具有放射性的物體更不能直接放在托盤上.

最后，在實際操作中，氡222的測量如果沒有防護措施會損害實驗者的健康.氡以氣體的形式存在，吸入人體后，發生α衰變，會導致肺部癌變，尤其是生成物釙218是有劇毒的金屬.

可見本題設計的情境完全脫離學生原有認知，脫離生活實際，會導致學生認知混亂.

1.3.2 學生常見解答錯誤

學生求解本題主要存在如下問題.

(1)氡222經過一個半衰期，有222 g氡發生衰變，只剩下222 g氡，故而應該從右盤中取出222 g砝碼.

(2)α衰變前后物質質量保持守恒，故而不需要從右盤中取出砝碼.

(3)沒有記清楚α粒子的質量數和電荷數，或將二者混淆，于是得出需要在右盤中取出8 g，2 g等錯誤結論.

2 挖掘習題錯誤資源培養高階思維

2.1 利用習題錯誤培養批判思維

批判性思維是一種合理性、反思性的思維，是一種追求規范邏輯、嚴密論證的思維.批判性是人具有高階思維的重要特征.沒有批判就沒有創新，具備了批判性思維的人才能夠深入透徹地分析問題，才能夠從獨特的視角來分析問題、解決問題.2017版普通高中物理新課標從物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任等方面凝練了核心素養，其中科學思維指出“基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑和批判，進行檢驗和修正，進而提出創造性見解的能力與品格”[4].而在課程目標中要求“具有批判性思維的意識，能基于證據大膽質疑，從不同角度思考問題，追求科技創新”，“能基于證據和邏輯發表自己的見解，實事求是，不迷信權威”[4].可見，新課標要求將批判性思維的培養作為物理課堂的目標和任務，需要將批判性思維的培養融入到物理課堂教學中.

習題教學中學生會遇到各種具有科學性錯誤的習題，教學中利用好習題科學性錯誤可以很好地培養學生的批判性思維.就本題而言，可以引導學生從習題背景的科學性方面進行深入分析，具體為如下3個方面：氡單質以氣體形態存在不能放在天平托盤上稱量；氡有放射性，用天平稱量氡與初中對天平的使用要求不符；氡具有放射性，吸入后對身體有傷害.通過分析可以從如下幾個方面培養學生的批判性思維.首先，培養學生的批判意識.只有學生有批判質疑的意識，才會去獨立思考，而不是人云亦云.其次，培養學生敢于質疑批判的勇氣.利用本題分析引導學生給教材找茬、挑錯，給學生樹立挑戰權威的榜樣，培養學生敢于質疑權威的勇氣.第三，教會學生批判質疑的方法.本題中將習題背景與初中所學知識和生活實際相結合，潛移默化中教會學生利用聯系舊知識、聯系生活實際等策略進行批判.

2.2 糾正學生錯誤培養邏輯思維

邏輯思維是人借助概念、判斷、推理等思維形式能動地反映客觀現實的理性認識過程.在認識事物的過程中，具有嚴密邏輯思維的人更能夠看透事物的本質，更能夠清晰表達所思所想.只有思維具有嚴密性，學生才能夠進行合理的推理論證，才能夠實現新課程標準中要求的“模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新”“問題、證據、解釋、文流”等核心素養的培養.通過物理課程的學習，學生才會達到“具有建構模型的意識和能力；能運用科學思維方法，從定性和定量兩個方面對相關問題進行科學推理、找出規律、形成結論；具有使用科學證據的意識和評估科學證據的能力，能運用證據對研究的問題進行描述、解釋和預測”[4].在推理論證、證據、解釋、交流等過程中需要對信息進行辨別、區分、集中、選擇、整合、概述、構造，可見培養邏輯思維本質上來講是強化學生分析、綜合能力，是對學生高階思維的培養.

2.3 剖析學生錯因培養監控思維

《心理咨詢師(基礎心理學)》中關于思維監控的解釋為：思維監控是指為了保證達到預期的目的，在思維的過程中將思維本身作為意識的對象，不斷地對其進行積極主動的定向、控制和調解的能力.對思維進行自我監控是人整個思維結構的統帥，思維自我監控水平的高低對思維過程的效率和思維活動的結果會產生重要影響.培養學生的思維監控本質是培養學生的元認知能力，教會學生對自己的思維過程進行反思，讓學生學會對自己解決問題過程進行監控.培養學生思維監控能力，需要學生明確思維的目的性，然后選擇恰當的思維材料和思維策略，能對思維的結果作出評價并對思維活動進行調整和修正.新課標要求“對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力”，“具有交流的意愿與能力，能準確表述、評估和反思探究過程與結果”[4].可見，培養學生的反思能力，即思維監控是物理教學任務.

利用學生在習題解答中的錯誤，引導學生分析錯因，讓學生反思解題過程，學會對思維過程進行監控.就本題中對學生的解答錯誤，可以給學生提出如下問題，幫助學生梳理知識點，并通過問題的思考促進學生對自己解題思維進行反思，實現監控思維的培養.

(1)粒子的符號如何書寫？粒子質量數、電荷數分別是多少？粒子有些什么特點？

(2)氡222摩爾質量是多少？經過一個半衰期后氡222還剩多少mol？

(3)氡222經過一個半衰期后，生成物是什么？

(4)新的生成物還在托盤中嗎？新的生成物有多少mol？

經過上述問題的思考學生可以發現：氡222衰變后生成新核釙218和α粒子(氦核)，釙218是一種銀白色金屬，而粒子則是高速粒子流，其速度為光速的10%，生成的新核釙218留在盤中，α粒子則離開托盤，分析問題時沒有考慮α粒子是高速運動的，這是錯誤的主要原因.通過上述問題的引導，學生很好地反思自己的思維過程，實現對思維的監控.

2.4 拓展習題錯誤培養創新思維

創新思維是指以比較新穎的、突破常規的思維方式分析問題，以超常規的方法解決問題.具有創新思維的人在解決問題時往往分析問題的視角比較獨特、新穎，往往會產生比較獨到、新奇的效果.在高中階段物理課程肩負培養學生創新思維的重任，正如新課標在課程性質中所說“養成科學思維習慣，增強創新意識和實踐能力”，也正如新課標凝練的科學思維核心素養中所述“基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑批判，進行檢驗和修正，進而提出創造性見解的能力與品格”[4].在物理教學中應該將創新思維的培養貫穿始終，才能達到“增強創新意識”和“提出創造性見解的能力與品格”的要求與目標.

對習題教學中的錯誤進行拓展可以激活學生思維，訓練以獨特的視角思考問題、解決問題，實現培養學生的創新思維.本題而言可從如下兩個方面拓展.

(1)為了安全需要對氡和釙采取隔離防護措施，可以怎樣操作？比如有學生討論后認為將氡222放在鉛盒中稱量.當學生采取這一措施后，可以進一步拓展，追問如下：粒子能穿透鉛盒嗎？需要從右側拿出多少克砝碼？學生討論后容易明白粒子不會穿透鉛盒，不需要從右盤取出砝碼.

(2)氡222發生衰變后產生的粒子速度較快，新核釙218有沒有速度，是否需要考慮速度對稱量的影響？經討論學生易知，根據動量守恒產生的新核

釙218也具有速度，由于發生反應的氡核較多，生成物的初速度向各個方向都有，對稱量的影響互相抵消，故而不需要考慮.

經過上述兩個方面的拓展，拓寬了學生的視野，為學生從新穎的視角思考問題提供了示范，有效培養學生的創新意識和創新思維.

3 結束語

物理是思維的藝術，思維是物理的靈魂.教學中要特別重視思維的培養，重視提高學生的思維水平，促進學生的思維進階，達到高階思維水平.學生具備了分析、評價、創造等特質的高階思維能力，才能夠在思考問題時邏輯連貫、分析透徹、見解獨到、視角新穎，最終創造性地解決問題.物理習題教學課時占比大、資源豐富，教學中產生的錯誤也較多，如何利用錯誤資源的價值，事關物理習題教學的實效，也關乎學生知識結構優化和思維水平的發展，教師要樹立利用習題教學中錯誤的意識，重視開發其價值.對教材中的一些典型的有較高育人價值的錯題，教師可以跨版本借鑒使用，比如學生使用粵教版教材，可以借鑒人教、魯科、滬科、教科版中的資源.2019年教材改版習題配置發生了很大變化，也可以根據學生實際借鑒舊版教材中的習題資源.

在習題教學中利用好錯誤資源的育人價值，可以實現充分智育，促進其余“四育”的發展，更好落實立德樹人根本任務.