以“問題引導”培養高階思維

李梅 房頤

摘要：高階思維是發生在較高認知水平層次上的心智活動。物理是一門在培養學生科學思維尤其是高階思維方面具有獨特優勢的學科。通過多角度多層次、探究式開放式、驅動型挑戰型問題，引導學生進行“分析”“評價”和“創造”等認知活動，發展高階思維。

關鍵詞：高階思維;問題引導;物理教學

本文系江蘇省南京市教育科學研究“十三五”規劃2020年度課題“指向學生科學思維素養培育的高中物理教學實踐研究”（編號：L/2020/040）的階段性研究成果。高階思維是發生在較高認知水平層次上的心智活動，對應布魯姆教育目標分類學中的“分析”“評價”和“創造”認知層次。思維是可以教授的，可以通過教育加以訓練和調控。鐘志賢認為，發展學習者高階思維能力的最有效方式，是融合于具體教學活動之中，而不是開設專門的、單獨的課程。鐘志賢.如何發展學習者高階思維能力[J].遠程教育雜志，2005 （4）：78。華東師范大學鐘啟泉教授認為，發展高階思維需要高階學習活動的支持，而高階學習活動是一種以學習者為中心的、開展問題求解的學習活動。《通過設計來理解》一書的作者威金斯指出，現代課程的基本單位是“問題”，教師在進行教學設計時要通過問題的設計將知識重組，以促進學生高階思維能力的發展。林勤.思維的躍遷：高階思維能力的培養及教學方式[M].上海：華東師范大學出版社，2016：5。這強調了問題引導在高階思維培養方面的作用。對此，我們在高中物理教學中做了積極的探索。

一、通過多角度、多層次問題，引導“分析”

“分析”是指把材料分解成它的組成部分，并確定這些部分之間的相互關系。從認知過程來看，“分析”對應的是思維的發現和確認。所謂通過問題引導學生分析，是指教師通過問題設計，引導學生將學習材料分解成部分，使各部分之間的關系更加明確，使材料的組織結構更為清晰，從而促進學生更好地理解材料。

【案例1】人教版高中物理必修二第五章第一節《曲線運動》一課教學

（師生共同研究了曲線運動的速度方向之后。）

師物體做曲線運動需要什么條件？

生需要受力。

師還有別的條件嗎？

生受力不能為零。

師好，我們可以嘗試反過來想，如果物體不受力或所受合力為零，它將做什么運動？

生物體應該就是做勻速直線運動或者靜止了。

師很好，誰能從動力學角度分析為什么做曲線運動的物體所受合力一定不為零？

生因為物體做曲線運動，所以速度的方向在改變;速度的方向在改變，那加速度就一定不為零，所以物體受到的合力一定不為零。

師說得很好，看來做曲線運動的物體受到的合力不可能為零！那么這是物體做曲線運動的充分必要條件嗎？

生不是，因為如果物體受力不為零，還有可能是做變速直線運動。

師你的想法很有道理，那么你覺得怎樣表述才更完整呢？

生應該是物體所受合力的方向與它的速度方向不在同一直線上，物體才做曲線運動。

師除了動力學角度，我們還可以從什么角度來分析曲線運動的條件是速度方向與受力方向不在一條直線上？

生（思考片刻后）可以嘗試從運動學角度分析。因為速度的變化量也是矢量，為了讓速度矢量的方向發生變化，速度的變化矢量與速度矢量必然不在一條直線上，也就意味著加速度矢量與速度矢量不在一條直線上。

曲線運動的條件對學生而言是比較抽象的內容，學生在學習過程中的思維往往是比較被動和薄弱的。于是，教師通過一系列多角度、多層次的問題，為學生搭建思維的階梯，鼓勵學生從不同角度看問題，促使學生在聆聽他人、思考分析的過程中歸納出一般性的原理。第一位學生認為曲線運動的條件是“受合力不能為零”，教師沒有直接給出對與錯的判斷，而是引導學生嘗試反向思考，通過提出一個假設性的問題，突出第一位學生表述中合理的地方。同時，通過新的問題引導學生從充分、必要的角度探討這一表述中不完善的地方。這里的問題引導基于學生思考的邏輯，既肯定合理又挖掘不足，使學生對曲線運動條件的表述越來越完善。在多角度、多層次問題引導下的分析活動中，學生成為討論者、發現者、辯論者、提問者、探究者，在積極的思維活動中，學生“分析”的高階思維得到了提高。

二、通過探究式、開放式問題，引導“評價”

“評價”是指依據一定的標準對某一操作進行檢查、判斷。高階思維的本質是能夠對思維進行評價的思維，可以說“評價”是高階思維的核心——它是在“分析”基礎上的批判;同時，它的發展結果就是“創造”。教學中，教師可通過探究式、開放式問題引導學生在深入反思、批判、評估的基礎上作出決策。

【案例2】人教版高中物理必修二第八章第五節《實驗：驗證機械能守恒定律》一課教學

（學生組裝實驗裝置，完成驗證實驗，得到實驗數據。）

師我們得到了實驗的數據，它們如何說明機械能守恒？

生根據mgh=12mv2。

師可否具體說說你是如何處理數據的？

生（意識到自己說得不夠詳細）就是測量第一個點到任意點的距離，算出打下該點時紙帶的速度，代入數據，可以驗證機械能是否守恒。

師好，你選擇的是從靜止狀態開始到任意位置處，看機械能是否發生變化。還有沒有別的方案？

生（似乎受到教師“從靜止狀態開始”的啟發）老師，不一定要從靜止開始。我們可以在紙帶上找到任意兩個清晰的點，算出兩個點的速度，并測量出兩點之間的距離，然后根據mgΔh=Δ12mv2驗證該過程中機械能是否守恒。

師很有道理！一位同學從靜止開始研究，一位同學從任意位置開始研究，大家用兩種方法都試試看，你們的實驗中機械能是否守恒？

（學生進行數據處理。）

師同學們用了兩種方法處理數據，分別有什么體會？

生兩種方法差不多，在誤差允許的范圍內都能說明機械能是守恒的。

生從靜止開始有點麻煩，因為先打開打點計時器，后釋放紙帶，第一個點比其他點都要大，所以測量的時候可能誤差會大一些。

生對啊，我們甚至不能確定釋放紙帶的瞬間打點計時器是不是正好打下了一個點。

師怎么才能確定釋放紙帶的瞬間是不是打下了一個點呢？

生前三段相鄰兩點間的距離應該滿足1∶3∶5。

生那還需要量后面的，直接量第一段是不是h1=12gt2=2 mm就行了。

師說得很好！如果要用mgh=12mv2的方法，從靜止開始考慮機械能的變化，那需要的條件相對苛刻一些，我們得判斷釋放紙帶的瞬間，打點計時器是不是正好打下了一個點。雖然看起來我們的計算量相對小一些，但是得挑選合適的紙帶才行。

生所以還是用第二種方法mgΔh=Δ12mv2驗證更好。

師有道理！但是我們取的是紙帶上隨機的兩個點，如果這兩個點在讀數或計算時出現了誤差，會對我們的實驗結果產生什么影響？

生那結果就不可信了，實驗失敗。

師那我們要如何規避這方面的風險呢？

生我們應該多測幾組，如果絕大多數結果都說明機械能是近似不變的，那我們就可以說機械能是守恒的。

師那我們該如何記錄數據呢？是否可以用一張表格將所有點的數據都列出來，然后逐一進行比較？

生老師，我覺得還可以作圖。

師怎樣作圖會比較容易說明機械能是否守恒呢？

生（經過一陣思考后）老師，不妨作h和v2關系的圖像，這樣圖線是直線，只要說明斜率是12g，就能說明物體的機械能是守恒的。

（學生討論了一陣，覺得這個方法既準確，又比較直觀，大家達成共識。）

在討論數據處理時，第一位學生一開始的回答只是說明了原理，并未說明應如何處理實驗數據來驗證機械能是否守恒。教師通過追問，引導學生向他人解釋自己觀點的具體含義，從而促進學生對思維結果的深層加工。學生在進行數據處理后，教師通過問題引導學生反思自己的解決過程，鼓勵學生交流體會。有學生認為“兩種方法差不多”，但是受同伴的啟發，有新的思考，同時自己對數據處理的精益求精又帶動了其他學生對數據準確性的追求。教師通過一系列探究式、開放式問題，鼓勵學生討論兩種方案的優缺點以及記錄數據的方式。討論不僅著眼于方案本身，更注重引導學生對方案進行評價，通過傾聽他人、思考分析，發現他人方案中的不足，并及時指出（評價），修改完善，甚至設計出新的解決方案（創造），重新予以評價。這樣的思維過程既包含了生成性思維，又張揚了批判性思維，符合高階思維能力培養的要素。林勤.思維的躍遷：高階思維能力的培養及教學方式[M].上海：華東師范大學出版社，2016：20。

在探究式、開放式問題的引導下，學生會積極參與到評價活動中來。在合作互動的環境中，學生在問題引導下參與判斷、爭論、比較、批判、質疑、辯論、評價、決定、選擇和證明等思維和對話活動。通過表達和相互解釋觀點，學生的認知結構將發生變化，這是高階思維發展的關鍵。同時，教師在問題引導中的作用僅僅是說明、接受、指導，而不是對學生進行控制與支配。教師要給予學生充分討論的時間，不要盲目追求結果，要尊重學生個體差異帶來的思維碰撞。這樣，學生的主動性才能更好地發揮，思維才能自由地生長。討論過程中要注重思路和方法的交流，才能有效促進高階思維活動的開展，從而引發更為合理的創造。李梅.高中物理教材中批判性思維內容的比較研究——以新舊人教版教材為例[J].物理通報，2021 （6）：154156。

三、通過驅動型、挑戰型問題，引導“創造”

“創造”是指將各要素進行重新整合，形成一個新的模式或結構。所謂通過問題引導學生進行創造，是指通過問題引導學生用先前學到的知識，形成新的觀點，獲取新的信息，“創造”新的認知。

【案例3】人教版高中物理必修三第十一章第五節《實驗：練習使用多用電表》一課教學

師上節課我們學習了電壓表和電流表的電路結構，我們發現，兩種電表都是在表頭的基礎上通過串聯或并聯擴大表頭的電壓、電流的測量范圍。你能在前面學習的基礎上，設計一個電路來測量電阻的阻值嗎？

生伏安法，直接用電壓表和電流表不就行了。

生還可以用替代法，基本思想是把未知電阻和已知阻值的電阻接入同一個電路，若回路中的電流大小相同，則兩個電阻的阻值就是相等的。

生還可以用電橋。

師是啊，我們有這么多種方法，看來大家對測量電阻的阻值有豐富的經驗了。不過要注意各種方法的誤差不同。如果現在你手邊只有一個靈敏電流計、一個滑動變阻器和一個已知電動勢的電源，你能設計出一種電路用來測量未知電阻嗎？

（學生討論。）

生老師，這沒辦法測量，我們只能測出待測電阻和滑動變阻器、電源內阻、靈敏電流計電阻之和，給我們的物理量太少了！

師是啊，這么多器件，其他電阻都不知道，我們怎么能單單知道未知電阻的阻值呢？除非，我們知道其他電阻的阻值。但是這么多器件我們要一個一個測量嗎？

生不用的。不接入待測電阻，直接把滑動變阻器、靈敏電流計接在電源上，然后記下這時候電流表的示數，就可以計算出滑動變阻器、電源內阻和靈敏電流計電阻之和了。

生那電流表不會超量程嗎？

生不是有滑動變阻器嗎？

師這是個好主意，可我想問一下你，接下來測量未知電阻的時候，滑動變阻器的阻值還變化嗎？

生（想了一下）不能變了，就在不接入待測電阻的基礎上，把滑動變阻器的阻值定下不變了。

師在你設計的基礎上，接入待測電阻后，電流表的示數都會——

生比剛才小。

師為了方便測量，在剛才那位同學的方案中，滑動變阻器應該怎樣調節？

生應該在不接入待測電阻時，調節滑動變阻器，讓電流表滿偏。

這里，教師通過驅動型、挑戰型問題引導學生從已有的經驗出發，設計歐姆表。在問題引導的過程中，方案不斷完善，學生逐漸深入了解歐姆表的內部構造，進一步認識多用電表。在問題引導下，學生經歷了設計、闡述、計劃、修正、生成、建議、制作等學習活動;而教師在這些活動中的角色是促進者、反思者和拓展者，引導學生分析、評價，并嘗試進行創造，從而發展高階思維。

學生在進入學習情境、解決問題的過程中，在舉一反三、歸納總結的過程中，需要有意義的牽引。這種牽引不是教師生拉硬拽，更不是直接把結果灌輸給學生，而是學生在一定的情境下借助他人（教師、學習伙伴等）的幫助，利用必要的學習資料和工具，通過意義建構的方法獲得的。問題引導提供的就是一種有意義的牽引，它能為學生提供進行分析、評價、創造的邏輯路徑，引起學生積極求索的興趣和思考，從而發展其高階思維。

以問題引導培養高階思維，應通過多角度、多層次的問題，指向物理概念或規律的本質，實現學生的深度思考，促使學生在“分析”思維上有所提升;通過探究式、開放式問題，指向學生頭腦中對概念或規律的疑惑之處，實現學生的反思與批判，促使學生在“評價”思維上有所感悟;通過驅動型、挑戰型問題，以某一真實情境的核心問題為中心，由若干由淺入深的子問題引導學生逐步趨近核心問題的解決顧曉東.促進深度學習的問題群設計策略[J].基礎教育課程，2021（21）：3641。，同時注意適當“留白”，促使學生生成、“創造”。