立足思維教學落實學科核心素養(yǎng)

黃鵬 熊衛(wèi)

關鍵詞：思維教學;學科核心素養(yǎng);思維能力;認識浮力

2016年，《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》的研究成果公布。該成果以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心。包括三個方面、六大素養(yǎng)和十八個基本要點。如圖1所示。針對具體的學科內涵，課題組提出了“學科核心素養(yǎng)”，其中物理學科核心素養(yǎng)由“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態(tài)度與責任”構成。《義務教育物理課程標準（2011年版）》也指出：讓學生養(yǎng)成良好的思維習慣，培養(yǎng)學生的思維能力。不僅要關注學生“知識與技能”的掌握情況。還應關注學生的批判性思維和問題解決等能力的形成。無論是核心素養(yǎng)總框架，還是物理學科核心素養(yǎng)，又或是課程標準，都對培養(yǎng)學生的思維能力提出了明確的要求。思維的訓練和提升是發(fā)展學生核心素養(yǎng)的根基之一。是落實學科核心素養(yǎng)的關鍵。

1思維教學的研究

1.1國際思維教學的研究

思維教學20世紀初在美國萌芽。70年代后以美國的批判性思維運動和英國的思維技能運動為代表，興起了一場全球性的思維教學運動凹。從杜威的《我們如何思維》開始，思維教學由“潛學”發(fā)展為“顯學”，引起了哲學家、心理學家和教育家的持續(xù)關注。近四十余年間，他們?yōu)樗季S教學帶來了豐富的理論與實踐成果。其中產生了六大經典思維教學程序。分別是：（1）20世紀60年代英國心理學家東尼·博贊發(fā)明的“思維導圖”：（2）1969年美國哲學教授李普曼創(chuàng)立的“兒童哲學”：（3）1980年以色列心理學家費厄斯坦提出的“工具豐富”;（4）20世紀70年代由“世界創(chuàng)新思維之父”愛德華·德·博諾開發(fā)的“柯爾特思維課程”;（5）1981年倫敦國王學院的沙爾和阿迪設計的“認知加速”;（6）2006年英國麥吉利斯發(fā)起的“激活兒童思維技能”項目。對以上經典思維教學程序進行分析和比較。研究者總結出了經典思維教學程序的六大共性：（1）理論依據的合理性;（2）教學情境的豐富性;（3）潛在認知沖突的豐富性;（4）思維技能運用的顯性化;（5）思維技能的可遷移性;（6）對學生學習動機、態(tài)度的激發(fā)程度。

1.2國內思維教學的研究

20世紀80年代。國內學者開始對思維教學進行研究。1997年李其維等人進行了“中小學生思維訓練研究及實用思維訓練教程的編制”研究。結果顯示。接受過思維訓練的實驗組學生。在智力、思維能力和學習成績上均有明顯提高。2007年郅庭瑾提出了“為思維而教”。他認為思維是可教的，在知識與思維之間。知識本身并無價值，知識的價值存在于“解決問題”的過程中。2008年胡衛(wèi)平開發(fā)了“學思維”活動課程。結果表明。經過一年半到兩年的實踐，學生的思維能力、創(chuàng)造力都有明顯的提高。2008年林崇德在“聚焦思維結構的智力理論”中。提出了“三棱結構”模型。其核心觀點有：思維是智力和能力的核心：概括是思維的基礎：訓練思維品質是培養(yǎng)學生思維能力的突破口;思維品質具有深刻性、靈活性、創(chuàng)造性、批判性和敏捷性的特征。

基于“聚焦思維結構的智力理論”。2010年林崇德和胡衛(wèi)平又提出了“思維型課堂教學理論”。該理論指出。在課堂教學中。師生活動的核心內容是思維活動：課堂教學要遵循認知沖突、自主構建、自我監(jiān)控和應用遷移的四項基本原理，要做到明確課堂教學目標、突出知識形成過程。聯系已有的知識經驗。重視非智力因素的培養(yǎng)。訓練思維品質、創(chuàng)造良好的教學情境，進行分層教學、因材施教等。

目前，物理學科的思維教學研究多關注“教什么”，對于“怎么教”的研究還比較少?！案×Α笔浅踔形锢砹W的核心概念?！罢J識浮力”一節(jié)蘊含了豐富的科學思維和科學方法。下面以該節(jié)的教學實踐與反思為例。探討在“思維型課堂教學理論”的框架下。融合國際思維教學的研究成果。以更加顯化的思維教學形式。提升學生的思維品質，培養(yǎng)學生的思維能力，落實學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2“認識浮力”的教學實踐與反思

2.1理清關系，分級制定，明確目標

要實現從三維目標走向核心素養(yǎng)。首先要理清學科核心素養(yǎng)、三維目標、課程標準及教材之間的關系。然后結合學生實際確定教學目標。具體如表1所示。

2.2創(chuàng)設情境，制造沖突，引入新課

通過“乒乓兄弟”的故事導人情境：乒乓兄弟搬新家。住到“樓上樓下”的兩塑料瓶中。兩瓶被去底倒置且套在一起，用鐵絲穿過兩瓶后。將其懸掛在兩個鐵架臺上（圖2甲）;屋漏偏逢連夜雨，“樓上”的兄弟很快被水淹沒了，由于“樓上”的水滲到“樓下”（圖2甲），“樓下”的兄弟也未能幸免被淹;隨著“樓下”的水位逐漸升高，“樓下”的水沒過“樓上”的兄弟后（圖2乙），不經意問“樓上”的兄弟浮了起來?！皹窍隆钡男值軈s始終沉底。為什么乒乓兄弟的命運截然不同呢？引導學生仔細觀察現象、激趣激疑，帶著疑問進入新課。

問題要自然出現。思考要在情境中進行。思維教學情境的豐富性非常重要。思維教學需要學生積極的學習態(tài)度作為支撐。通過情境引發(fā)認知沖突?？梢源龠M學生積極思考和主動學習。使學生從課堂學習之初就對本節(jié)課將要進行的探究產生濃厚的興趣。

2.3參與體驗，轉變觀念，建立概念

關于“浮力”，學生往往有兩個典型的錯誤觀念：（1）重的物體沉，輕的物體浮;（2）浮的物體受浮力，沉的物體不受浮力。

為轉變觀念（1），我們設計了“猜浮沉”的小游戲（圖3）。將學生熟悉的土豆、小番茄和大臍橙沒入水中，請學生猜測釋放后它們的浮沉，由小番茄沉底和大臍橙漂浮說明輕的物體不一定浮，重的物體不一定沉。通過魚缸中的果蔬和金魚。讓學生認識到浸在液體中的物體可能有三種狀態(tài)：漂浮、沉底、懸浮。

受觀念（2）的影響。學生不太確定沉底的土豆是否受浮力。為此，我們設計了“蒙面體驗”實驗（圖4）。先請一位學生上臺戴上眼罩，兩手各提一根相同的彈簧。在彈簧下各懸掛一瓶質量相同的牛奶;然后，教師用手向上托左邊的牛奶瓶，同時將右邊的牛奶瓶浸入裝有水的燒杯中。學生通過觸覺感覺到兩邊都變輕了。通過對比體驗說明液體對浸入其中的物體有向上的托力。緊接著，引導學生通過分組實驗進行體驗。根據替代的思想方法。所有學生都能自然聯想到用彈簧測力計代替彈簧即可測出下沉牛奶瓶的浮力大小。

看似與已有經驗相矛盾的“猜浮沉”游戲?？梢约ぐl(fā)學生的參與欲望。引導學生在探究問題的過程中領悟方法、發(fā)展能力。從感性認識上升到理性認識。是認識新事物、建立新概念的一般過程。因此，豐富的感官體驗在建立新概念的過程中至關重要。它不僅可以聯系學生的已有知識。還能不斷地促進學生認知結構的發(fā)展和完善。也能提高學生思維活動的抽象性和邏輯性。

2.4雙管齊下，自主建構，探究方向

引導學生對魚缸中的臍橙和金魚進行受力分析。由于二者均處于靜止狀態(tài)。根據二力平衡?？芍『蛻腋∥矬w所受浮力的方向豎直向上。對土豆、牛奶瓶等沉底的物體所受浮力是不是豎直向上，可以利用反證法。先假設土豆受到的浮力方向并非豎直向上。以此為前提，推導出土豆受力不能平衡。證明沉底物體的浮力方向也必然豎直向上。

理論只有回到實踐中才能得到檢驗和發(fā)展。理論探究得出浮力的方向豎直向上后。學生再分組利用圖5甲的裝置進行檢驗。繩的上端粘有泡沫球，下端固定在容器底部。根據戴爾的“學習金字塔”理論。在檢驗過程中鼓勵學生小組討論。嘗試用自己的語言描述實驗現象：由于泡沫球受浮力將繩子拉直。無論容器是平放還是斜放。發(fā)現繩子始終與重錘線保持平行。重錘線代表豎直方向，所以靜止物體的浮力方向的確豎直向上。運動物體的浮力也是豎直向上的嗎？如圖5乙。乒乓球上粘有磁鐵。用另一磁鐵在容器外將乒乓球吸附在容器底。迅速豎直向下拔掉外部的磁鐵。觀察到乒乓球的運動軌跡是豎直向上。說明運動物體所受浮力方向也是豎直向上的。

思維結構中的思維材料。包括感性材料和理性材料。在物理學中，實驗和理論也是相輔相成的。根據建構主義理論：學習是一個積極主動建構的過程：知識是個體經驗的合理化：從教學的角度講，教學是學生主動構建知識的過程圈。在學生自主構建浮力方向的過程中。通過反證法和類比法分析浮力的方向。鍛煉學生的邏輯思維能力和解決問題的能力：通過理論與實驗相結合的探究方式，提高學生思維品質的批判性和創(chuàng)造性。

2.5顯化方法，啟迪思維，尋找原因

利用雙層水槽和上下面、左右面粘有橡皮膜的立方體探究浮力產生的原因。先將立方體放在水槽上層的方孔上，然后向水槽上層加水。學生觀察到立方體左右表面和上表面的橡皮膜發(fā)生了形變。即使立方體被浸沒也沒有上浮：如圖6甲.向水槽下層加水。學生觀察到立方體下表面的橡皮膜也發(fā)生了形變。但立方體并沒有立刻上浮。待立方體下表面的橡皮膜形變比上表面的橡皮膜形變大到一定程度時，立方體才上浮。

將壓力的作用效果轉換為橡皮膜的形變。學生可以直觀地看到“壓力差”。引導學生根據實驗現象建立物理模型。將“觀察的經驗”轉變?yōu)椤俺橄蟮慕涷灐?進而通過受力分析和力的平衡展開思維。探索并概括浮力產生的原因。把“抽象的經驗”上升為“做的經驗”。學生自主建構的思維過程如下：如圖6乙。假設液體中有一靜止的立方體.僅考慮液體對立方體各個面的壓力：由于立方體的左右表面對應液體的深度、壓強和面積均相等。因此液體對左右表面的壓力互相平衡：類比左右表面。可知液體對立方體前后表面的壓力也彼此平衡;又因為下表面比上表面所處深度大、壓強大，所以液體對下表面的壓力F2大于液體對上表面的壓力F1;綜合以上分析，浮力產生的原因是液體對物體上、下表面的壓力差;最后，抓住研究問題的本質屬性，將結論推廣到其他物體。

學生通過實驗了解事物間的發(fā)生、發(fā)展和變化。再聯系已學知識進行科學建模?？梢源龠M學生思維結構的發(fā)展。顯化分析浮力產生原因過程中的思維方法。彰顯了物理教學的本質。有助于學生突破難點，形成真正的科學思維。理論探究也是課堂探究的重要組成。它可以促進學生更加自如、自發(fā)地運用科學證據和推理。構建和改進自己的科學理論。反復練習用證據和推理說話.有助于提高學生思維品質的深刻性、敏捷性和創(chuàng)造性。

2.6前后呼應，應用遷移，社會參與

2.6.1解釋“乒乓兄弟”

為什么乒乓兄弟的命運截然不同呢？引導學生分析向內瓶加水時，伴隨著內瓶向外瓶滲水，兩瓶中的乒乓球都很快被水浸沒。但是兩球底部都沒有受到水向上的壓力。所以兩球都沉在底部;由于內瓶的流量大于外瓶的流量。導致外瓶中的水位逐漸升高，內瓶中的乒乓球底部被水淹沒后。它受到了水向上的壓力。當水對它向上的壓力大于向下的壓力與自身重力之和時。內瓶中的乒乓球就會浮起來。同時內外瓶將構成連通器。兩瓶液面迅速相平：而外瓶中的乒乓球始終沒有受到水向上的壓力，所以它一直沉底。

2.6.2了解“橋墩”

我國2018年建成了港珠澳大橋。因其空前的施工難度和頂尖的建造技術而聞名世界。沉在海底的橋墩受不受浮力呢？橋墩是如何修建的呢？“沉井法”是修筑橋墩常用的方法之一。工人們首先根據工程需要建造好上下開口的井筒。然后在施工點將井筒放入水中（圖7）。一節(jié)井筒快沉入土中時再接一節(jié)。做好井底的密封工作后。清理掉井筒內部的水和泥土。直到挖至海底的巖質層，最后像在地面施工一樣，澆筑鋼筋混凝土?？梢?。橋墩與海底緊密接觸。橋墩的下表面沒有水對它施加向上的壓力。因此通常的柱形橋墩不受浮力。

2.6.3 放飛“孔明燈”

氣體也能像液體一樣產生壓強。那浸在氣體中的物體受浮力嗎？為了增強學生的親身體驗。我們設計了制作、放飛孔明燈的環(huán)節(jié)。如圖8，揭去竹簽十字架上8個位置的雙面膠。在內側和外側的4個位置分別粘上小蠟燭和塑料袋：系好細線后。一人提起塑料袋的頂部。另一人用打火機點燃蠟燭。提醒學生防止火焰燒著塑料袋，用細線控制孔明燈的飛行高度。在背景音樂的烘托下。一個個孔明燈騰空而起，學生們親身感受到氣體產生的浮力，充分體會到物理學習的樂趣。

理解所學的知識。并能遷移到其他情境中去，可以培養(yǎng)學生思維品質的靈活性和創(chuàng)造性。遷移的實質是概括，概括是思維的第一屬性，概括能力是思維深刻性（又稱邏輯性）的重要表現，所以通過應用遷移還能訓練思維品質的深刻性。

2.7思維可視，自我監(jiān)控，評價反思

“認識浮力”這節(jié)要求學生會判斷浮力的方向。能計算浮力的大小。了解浮力是怎樣產生的及浮力在生活中的應用。運用可視化手段，引導學生獨立繪制本節(jié)的概念圖。建構新學習的知識和已有概念間的聯系，以圖促思。使“思維在上一步的基礎上自然向下延伸”，直至最終形成概念。在繪制過程中。學生一邊思考。一邊以概念圖的形式進行記錄。以自己獨到的理解建構起概念的層級和聯接。繪制完成后，進行生生之間、師生之間的交互評價。教師就概念圖和學生的表現進行評價。學生就同學展示的概念圖進行評價：鼓勵學生學會欣賞、共享以及接受他人的意見。引導學生反思自己的思維過程與他人之間的差異。改進自己繪制的概念圖（圖9）。

繪制概念圖可以最大程度地將學生的思維顯性化，有利于發(fā)揮元認知的作用。要成為一位好的思考者，僅有思維能力還不夠，還必須具備一定的批判性思維能力和創(chuàng)造性思維能力。評價是對研究進行反思的過程。有利于發(fā)展學生的批判性思維;評價還能優(yōu)化研究方案。并有可能引發(fā)新的發(fā)現。構建具有評價過程動態(tài)化、評價內容多元化、評價主體互動性的發(fā)展性評價體系，讓學生在評價、反思的過程中，內化思維和方法，形成自己的思維策略。增強學習動機。養(yǎng)成嚴謹的科學態(tài)度。

3結語

促進學生思維發(fā)展應是各學科基本教學目標之一。物理學科應結合課程特點，最大程度顯化思維教育的內容，承擔起獨特的思維教育任務。

思維教學是實現課程教學更加深入變革的有效手段和必經之路。思維教學的研究任重而道遠。讓我們攜手努力。把思維教學推向一個新境界。