促進質疑創新能力進階的思維型課堂內涵與實踐①
——以“軌道不離開地面的條件”為例

呂俊君 丁冰心 周盧林

(1. 江西省九江市同文中學,江西 九江 332000；2. 江西省修水縣義寧小學,江西 九江 332400；3. 江西省修水縣義寧鎮第二小學,江西 九江 332400)

質疑創新是科學思維的要素之一，更是培養創新型人才的關鍵，是指能夠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和品格。[1]在課堂教學中，挖掘思維型課堂和質疑創新能力的內涵，是發展學生的質疑創新能力的抓手，現以“軌道不離開地面的條件”為例，將思維型課堂教學理論應用于實踐，促進學生的質疑創新能力的進階。

1 思維型課堂和質疑創新能力的內涵

1.1 思維型課堂的內涵

課堂教學的首要目的是優化、完善學習者的思維結構，思維型課堂具備以下4個要素：(1) 認知沖突：通過設置兩難情境激發學生的學習動力。(2) 自主建構：包括個體認知建構和社會建構。個體認知建構強調學習者積極主動建構，通過分析、推理、論證、判斷、甄別等手段形成感性和理性認識；社會建構則強調師生互動、生生互動的開放性課堂，在情感互動的基礎上，通過行為互動最終實現思維互動。(3) 應用遷移：將收獲的經驗、知識、方法遷移到新情境，并解決新問題。(4) 自我監控：學習者對思維進行檢查與反思，并評價自己是否已達到預先設定的思維目標。

1.2 質疑創新能力的內涵

南宋理學家朱熹說：“讀書無疑者，須教有疑，有疑者，須教無疑，到這里方是進矣?！睂W習的本質就是產生疑問到解決疑問的過程，也是思維能力進階的過程。學生在學習物理的過程中，要知道質疑的重要性，具備質疑的意識，能夠解決質疑，進而提出創新觀點。質疑創新能力可劃分為5個水平(表1)，[2]逐漸進階。

表1

1.3 思維型課堂與質疑創新能力的關聯

在教學中，如果有學生提出質疑，教師卻不予理會甚至嚴厲制止，久而久之，學生只能將質疑的種子深埋心底。質疑創新能力的培養前提是輕松開放的課堂環境，鼓勵學生提出疑問，倡導有依據的合理質疑，享受質疑的快樂，是思維型課堂社會建構的要求。創設兩難問題，使學生自發提出質疑，是思維型課堂引發認知沖突的要求。從解決疑問到創新需要運用辨別、推理、評價、遷移等高階思維能力，是思維型課堂認知建構與應用遷移的要求。對思維過程進行總結反思有利于生成深層次的質疑，是思維型課堂自我監控的要求。因此，思維型課堂是提升質疑創新能力的有效路徑。

2 促進質疑創新能力進階的思維型課堂實踐

2.1 激發認知沖突，啟發質疑

例題：如圖1所示，豎直放置的光滑圓形軌道(帶底座)質量為M，半徑為R，在軌道最低點放有一個質量為m的小球(球直徑遠小于管道內徑，可視為質點)，M=m，現給小球一水平初速度v0，使小球在豎直軌道內做圓周運動。下列說法中正確的是( )。

圖1

B. 小球在軌道最低、最高點時的壓力大小差恒等于6mg

D. 小球從最低點運動到最高點的過程中，軌道對地面的摩擦力方向始終向右

筆者話音剛落，A同學便舉手問道：“為什么要對小球在最高點時進行受力分析？”B同學馬上回應：“在最高點時小球對軌道的壓力豎直向上，將軌道往上頂，力最大，軌道當然最容易脫離地面??！”A同學隨即反駁道：“小球在到達最高點之前，對軌道的壓力雖然不是豎直向上，但速度更大，這個力也會更大。”這時C同學也參與進來：“應該判斷小球對軌道壓力的豎直分力的大小才對?！盌同學也發表了看法：“應該對最高點分析，以前做過的題目中最高點不都是臨界點嗎？”學生激烈爭辯，課堂頓時熱鬧起來。

師：同學們的觀點都很好，到底誰對誰錯？我們一起來探究。

反思：A同學對“對小球在最高點時進行受力分析”提出質疑，或許其他同學也具有相同的疑惑，但是他能夠勇敢地在課堂上表達出來，說明A同學具備了一定的質疑意識，能力層次屬于水平2。一石激起千層浪，A同學的質疑讓課堂活躍了起來，B、C、D三位同學都能夠對已有觀點提出有依據的質疑，然而未能解決問題，說明他們的質疑創新能力層次在水平3和水平4之間。大家的討論使其他同學對“最高點即為臨界點”這一根深蒂固的前認知發起挑戰，產生了認知沖突，激發了內在驅動力，促使學生對問題進行深入探究。

2.2 重構認知，解疑釋惑

師：我要為C同學的分析點贊！小球對軌道的壓力的豎直分力是決定軌道是否離開地面的條件。在本題中，該豎直分力與哪些因素有關？

生1：與小球的速度有關。

生2：還與壓力與豎直方向的夾角有關。

師：很好！如圖2所示，設小球在任意位置時PO的連線和豎直方向成θ角，此時小球的速度為v，我們來推導豎直分力的函數表達式。

圖2

在教學中可以將大問題分解為若干小問題，由淺入深，層層推進，讓學生都能收獲成就感。

問題1：什么力提供了向心力？

問題2：如何表達小球對軌道的壓力？

問題3：小球的初速度和小球在P點時的速度之間具備什么關系？

問題4：如何表達小球對軌道的壓力的豎直分力？

師：豎直分力Fy與角度、初速度均有關系，當Fy的最大值超過軌道所受重力Mg時，軌道離開地面，現在的任務是計算Fy的最大值。

圖3

圖4

反思：教師引導學生分析解決問題的關鍵，幫助學生建構模型。為了降低難度，按照思維流程將大問題分解為若干小問題，確保學生在解決每個小問題時都有所收獲，逐漸進階，體驗積極的情感。在定量論證環節，應用了向心力、動能定理等物理知識，同時運用數形結合的方法求極值，體現了跨學科綜合。采用推理、分析、比較、辨別等多種認知方式解決物理問題，提升了學生的高階思維能力。

2.3 深層質疑，修正創新

通過前面的研究，學生的身心已經完全投入，高階思維被激活，情感處于興奮積極的狀態，思維能力處在發展完善的動態過程中。這時學生的質疑還沒有結束，同學E繼續追問：“在什么情況下取最高點為臨界點進行分析呢？”

反思：E同學沒有停留在解決題目本身，而是渴望理清問題，歸納總結可能出現的所有情況，提出了更高層次的質疑。這種行為應該提倡，物理學正是伴隨著“質疑—深層質疑”而逐步發展的，物理學史就是人類對自然認識的“質疑史”。解決深層次質疑需要多人共同努力，因而采用了合作探究的方式，最后學生通過歸納的結論對原題進行了修正，體現出一定的創造力，質疑創新能力層次達到了水平5。

2.4 應用遷移，自我監控

教師通過一道解題思路相似、但情境略有不同的練習題，提升學生的應用遷移能力。

習題：質量為M的圓環用細線(質量不計)懸掛著，將兩個質量均為m的有孔小珠套在此環上且可以在環上做無摩擦的滑動，如圖5所示，同時將兩個小珠從環的頂部釋放，并沿相反方向自由滑下。試求：

(1) 在圓環不動的條件下，懸線中的張力T隨cosθ(θ為小珠和大環圓心連線與豎直方向的夾角)變化的函數關系，并求出張力T的極小值及相應的cosθ值；

圖5

在課堂教學結束之前，教師引導學生將習得的思維策略轉化為“自我提問清單”，[3]分為三個階段進行自我監控。

(1) 分析問題階段：本節課的學習目標是什么？我準確理解問題了嗎？我把握問題的整體結構了嗎？

(2) 解答問題階段：問題的重點、難點是什么？我用了哪些方法突破難點？

(3) 反思總結階段：我能夠舉一反三嗎？我是怎樣解決問題的？以后碰到類似的問題該如何解決？

反思：練習題和原題的差異在于研究對象個數和運動過程，但是運用的物理規律和數學工具等完全一致，通過解答既能夠鞏固知識、方法的應用，也能考查學生的遷移能力。最后，以“自我提問清單”的形式，引導學生不斷對自己的思維進行積極主動的監視、控制、調節，實現自我監控。

3 教學反思

本節課以思維型課堂為路徑，以培育高階思維為核心，以交流互動為方式，通過啟疑、思疑、釋疑、創新等環節展開，實現了學生質疑創新能力的進階。

華東師范大學葉瀾教授說過：“課堂應是向未知方向挺進的旅程，隨時都有可能發現意外的通道和美麗的圖景，而不是一切都必須遵循固定線路而沒有激情的行程?！盵4]優秀的課堂不是排練好的舞臺劇，而是充滿著生成性與變化性。面對學生發起的質疑，假如教師采取不予理會甚至壓制的態度，學生只能處于被動接受狀態，難以培養他們的創新能力。本節課雖然只解決了一類問題，看似偏離了預先制定的教學計劃，但學生的思維品質得到了優化，情感實現了交流，實際效果遠勝于單純的講題，開放性的思維型課堂是提升學生的質疑創新能力的有效路徑。