基于“學習支架”的物理“思維進階”路徑設計與優化策略探究

作者簡介：趙亞苓（1979～），女，漢族，浙江杭州人，杭州市富陽區實驗中學，研究方向：物理教學。

摘? 要：高中物理要求學生具有較高的推理論證能力、抽象邏輯能力和質疑創新能力。因而，基于學生原有認知水平，搭建支架，促進學生思維進階，助力學生達成核心素養落地尤為重要。文章在引入情境、提出問題、參與活動、評價總結四個教學環節中，選擇不同教學手段搭建學習支架，闡述了幫助學生跨過思維障礙，促進思維進階的過程。

關鍵詞：高中物理；學習支架；思維進階；思維障礙

中圖分類號：G633.7??? 文獻標識碼：A??? 文章編號：1673-8918（2024）12-0135-04

思維進階是以感覺和知覺為基礎的認知過程，指大腦通過感覺、知覺等思維形式，反映客觀事物的性質及事物之間相互關系。在高中物理教學中，進階起點是學生已有的形象、直觀、記憶等低階認知層級，目標是邏輯推理、質疑創新、綜合應用等高階認知層級，二者之間有遞進的若干中間水平。學習支架是教師借助教學手段為學生在最近發展區搭建的“腳手架”，為學生提供的思維發展的臺階，能幫助學生跨過思維障礙，達到高階認知層級，促進學生思維發展。

一、 高中物理學生“思維進階”面臨的問題

活躍的思維是高中學生掌握物理知識的基礎，但是在當前的教育中，學生在物理學習上存在思維障礙，阻礙了學生發展。

（一）教學設計粗糙，進階淺化

目前來看，受傳統應試教育思維的影響，部分教師仍以考試目標為教學目標，缺乏對學生思維的激活和錘煉，缺少學生自主思考、自主探究等學習過程，導致學生無法養成科學的思維習慣，思維進階受限。

（二）學習支架缺乏，進階受制

根據維果茨基“最近發展區”理論，學生從不會到會，從低階思維水平到潛在發展水平，是需要支持和幫助的，學習支架便能提供這種幫助。現階段，部分高中教學時間緊張，教師應用的教學方法相對單一，忽視支架的搭建，學生難以跨越思維障礙，導致思維進階受限。

（三）支架設計過簡，進階乏力

對很多教師而言，學習支架還是一種新事物，很多教師雖然有意識地設計教學支架，如“問題支架”“情境支架”等，但限于自身能力，支架作用流于形式，對學生學習的支持度不夠，不足以支持學生跨越思維障礙，思維進階效果大打折扣。

二、 基于“學習支架”的物理“思維進階”的路徑設計與優化

物理教學大多采用情境引入、提出問題、解決問題、總結評價等環節，其本質是遵循思維的進階過程。在這些環節中，合理設置學習支架，可以在為學生提供豐富學習資源的同時，幫助學生跨過思維障礙，促使學生深度探究，實現思維的進階。

（一）情境支架，精心設計，在情境中進入深度學習

情境是學生學習的一種場景，有生活情境、體驗情境、合作情境等。教師通過情境的優化設計，可以充分利用各種物理知識，為學生搭建必要的學習支架，激發學生積極參與、深入探究的動力，推動學生知識積累和思維的進階。

生活情境是指利用學生的生活經驗創設活動場景，引導學生深入探究，達到解決問題目的的一種學習媒介。利用生活情境搭建學習支架，使抽象化的物理知識形象化，加深學生對知識的理解，在解決問題中培養抽象思維能力，促進思維進階。

以必修一《加速度》的教學設計為例，學生在初中階段，接觸的物理多是形象、直觀、單一的，而加速度這個概念定義非常煩瑣，要求學生具有較高的邏輯推理能力，這時教師可以引入生活情境：賽車啟動用時2.6s速度達到100km/h，戰斗機起飛用時30s速度達到300km/h。引導學生討論兩者速度變化的快慢，以增強學生的直觀感性認知。而用學過的位移、速度等物理量，都不能描述速度變化的快慢，所以要引入一個新的物理量，即用速度變化量與所用時間的比值表示，定義為“加速度”。

在加速度這個概念的學習過程中，以生活情境搭建支架，通過對學生熟悉的生活問題的分析，引導學生從生活走向物理，激發了學生的科學意識，促進了學生的思維進階。

（二）體驗支架，初步探究，探索思維方法

體驗支架，即學生在課堂上切身參與活動情境。教師利用身邊易見的物品創設情境，引導學生自主發現問題、提出問題，自動關聯新舊知識，從而進入探究學習，在將前概念向科學概念轉化過程中，促進思維進階。

以必修一《超重與失重》的教學設計片段為例，超重與失重原本是一種生活語言，與物理學中的意義有區別較大。因此，教師要引導學生在本質上認識其物理內涵，并找尋其產生的本質條件。為了幫助學生構建模型，可設計體驗情境，讓學生完成如下操作：用紙帶緩慢提起裝滿的水瓶，紙帶不斷裂；突然向上迅速提起水瓶，紙帶斷裂。提出思考問題：靜止或緩慢提升時，紙帶能夠承受瓶子的重力，為什么突然向上提升時，紙帶不能承受瓶子的重力呢？進一步展開拉力與重力關系的探究。

通過實驗展示，學生認識到物理意義上的超重與失重，重力的本質是不變的，從而激發科學意識，選擇合適的科學方法展開重力與拉力關系的研究，在模型的構建和科學的推理過程中，錘煉思維能力，促進思維進階。

（三）問題支架，引發思考，在層進中進階科學思維

問題支架是指在特定情境中，在完成教學目標遇到困難時，而提出的問題。在教學過程中為了更好地達成目標，以問題為“支架”，能夠讓學生自發性構建、完善物理知識結構，提升學生抽象性、邏輯性物理學科思維能力，促進學生思維進階。

1. 原有結論，提出問題，激發質疑思維

基于學生初中原有的知識結論，以問題為支架質疑，喚醒科學思維意識，在采用科學方法透過現象推理事物本質的探究過程中，培養學生敢于質疑勇于創新的思維能力，促進思維進階。

以必修三中《電磁感應現象》的教學設計為例，通過初中的學習，學生知道閉合電路的部分導體在磁場中切割磁感線時，導體中就會產生感應電流。教師提出疑問：切割磁感線是產生感應電流的唯一方法嗎？切割是對條件的定性描述，導體切割磁感線的本質是什么？當產生感應電流時與磁場相關的哪個物理量發生了變化呢？通過探究綜合分析，學生得出結論：部分導體切割磁感線時，改變的是閉合電路的面積，即改變了磁通量。進而猜測：閉合回路的磁通量變化，有感應電流產生，利用實驗驗證猜測的正確性。

通過對初中知識定性結論的質疑，引導學生重走科學探究歷程，對現象進行觀察、猜想事物的本質，并設計實驗進行探究，分析推理后得出結論。在這個過程中，激發了學生質疑創新思維，提升了學生高階思維能力，促進了思維進階。

2. 實驗演示，展現問題，訓練創新思維

實驗是物理教學不可或缺的部分，實驗演示可以引導學生積極地參與體驗，激活學生的情境思維。以演示實驗為支架，展現認知矛盾，可以有效激發學生主動理解知識建構的意義，加深學生對物理知識的理解，提升探究思維、探究能力以及動手實踐能力，促進學生思維進階。

以必修一《自由落體運動》的教學設計為例，落體運動是生活中常見的一種運動，但它與自由落體運動并不相同。如何進行理想化抽象建立物理模型，并采用科學方法探究它的運動特點，是學生面臨的一個難點。教師可以準備兩張紙片和一塊橡皮，完成以下演示實驗：

演示1：質量大的橡皮和一張質量輕的紙片，同時從高處放下，觀察哪個下落得快？

生：重的橡皮下落得快。

師：重的物體一定下落得快嗎？

生：結合生活認知，重的物體下落得快。

演示2：兩張紙片，其中一張團成紙團，再次同時從高處放下，觀察哪個下落得快？

生：紙團下落得快。

演示3：紙團和橡皮同時放下，觀察哪個下落得快？

生：幾乎一樣快。

此時，實驗現象引發學生質疑，質量的大小與物體下落的快慢無關，那么物體下落快慢與什么有關呢？教師此時引導學生建立自由落體運動的模型，展開對自由落體運動的探究。

自由落體運動是直線運動規律的應用，如果僅給出結論加強訓練，學生也可以熟記相關知識，但缺失了建模能力、探究能力的思維培養過程，嚴重影響了后續知識結構的搭建。而以演示實驗為支架，呈現問題激發質疑創新思維，有效搭建了現象到本質的橋梁，促進了學生思維進階。

（四）活動支架，支架迭代，在歷練中進階物理思維

教學活動是教師按照一定的教學原則設計的，目的是對學生進行知識技能的傳授，培養學生能力，落實教學目標。以恰當的教學活動為“學習支架”，通過多層次的動態活動方式，揭示知識發生的過程，有效激發學生積極思維，提升學生知識的構建能力，促進學生思維進階。

1. 項目支架，探究引領，訓練應用思維

項目化學習是一種建構性的教學方法，教師基于真實情境提出問題，將學生的學習任務項目化，指導學生利用自身知識，結合媒體書籍等資料開展研究和實踐操作。在解決問題并展示和分享成果的過程中，可以有效提升學生的創造性思維及綜合能力，促進學生思維進階。

以必修一中《運動和力》的項目設計為例，交通安全事故屢見不鮮，尤其是高速公路上超速或者司機反應不及時等造成的交通事故。要求學生用物理知識、量化數據，對“車輛之間最小安全距離”等交通安全規定進行佐證，創設《高速公路汽車最小安全距離分析報告》的項目學習。教師結合學生項目推進情況，及時給出引導，如以下安全距離分析報告提綱：

（1）《道路安全交通法》中涉及影響最小安全距離的規定：如禁止酒駕、毒駕、疲勞駕駛等影響反應時間的行為。

（2）影響最小安全距離的因素

（3）最小安全距離的計算

①汽車運動過程分析（建立理想模型）

②司機反應時間測定（利用自由落體運動）

③影響加速度大小的因素

④調查動摩擦因數（利用網絡資源）

⑤計算最小安全距離

（4）安全行駛倡議

教師引導學生以加速度的求解為突破口，結合所學機械運動知識，圍繞牛頓第二定律，推進項目。在完成項目的過程中，促進學生對物理規律的構建與理解，提升了學生應用物理知識解決實際問題的能力，促進了思維進階。

2. 說題支架，角色引領，把握宏觀思維

說題模式，即讓學生從命題者的角度，全面分析題目，從“記憶者”的配角轉換為“命題者”的主角。以說題為支架，不僅可以加強學生對知識點的理解和遷移，還能鍛煉學生的綜合分析能力，促進其思維方式的逐漸進階，培養學生的物理核心素養。

以高三物理高考復習階段的說題設計為例。

例題展示：（浙江省2023.06）3. 鉛球被水平推出后的運動過程中，不計空氣阻力，下列關于鉛球在空中運動時的加速度大小a、速度大小v、動能Ek和機械能E隨運動時間t的變化關系中，正確的是（? ）

本題是高考物理選擇題的第三題，難度適中，側重學生能力考查，體現了物理核心素養引領下的高考命題方向。說題以小組為單位，在綜合考慮學生能力和思維差異的基礎上根據成員優勢，確定責任分工，如組織者、說課者、解題分析者等，使每個學生通過相互討論、查閱資料等方式積極參與完成自己的任務。組員的成果以書面形式展示，并由一名同學最終完成說題。

通過說題，學生對知識的理解更加深刻，對物理觀念的認知更加透徹，能夠站在更高更廣的視角看待問題、思考題目。在完成知識構建過程中，學生逐步形成了科學的思維方式，促進了學生思維的進階與發展。

（五）評價支架，立足進階，在評價中提升思維品質

教學評價是教學中的重要環節，評價既是促進學生學習的重要手段，又是診斷、調控和引導課堂教學的重要媒介，積極創建與教學模式相適應的評價支架，可以全面增強學生學習能力，促進思維進階。

以上文中說題支架的教學評價設計為例，在說題進行過程中，設置組內自評表和組間互評表，突出能力提升與思維進階的評價?；ピu即對同學的參與態度、合作態度、完成任務的嚴謹程度等方面進行評價，幫助學生提升“傾聽”的注意力；自評即對自己的參與態度、思維進階、能力提升等方面進行評價，幫助學生反思學習進程。學生作為學習的主體，在對自己和同伴的“說題”進行反思、審視過程中，可以明確下一步的學習方向。小組說題完成后，教師要做出結果性評價，精準評價學生，不足之處給予指導。

教學過程中，通過相互問答或者調查問卷的形式，對學生學習的過程和結果進行評估，再由教師進行多維度的評價，可以促進學生正確認識自己，診斷學習過程，從而開拓思維，促進思維進階。

三、 收獲與思考

以多種教學方法作為手段設計學習支架，可以有效深化學生的認知，促進學生進行知識重構整合，推動學生思維發展，促進思維進階。同時，要搭建有效的學習支架，不僅要考慮學生的最近發展區，還需要提供行之有效的教學手段，這就對教師的學科素質提出了更高的要求。因此，教師應不斷提升自身素質，以學習支架促進學生思維進階。

參考文獻：

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［2］郭燕.“支架式教學”在物理難點問題教學中的有效應用［J］.實驗教學與儀器，2019，36（5）：17-18.