基于核心素養的高中物理高階思維課堂創設

摘 要：以發展高中生物理學科核心素養為育人導向，以促進學生在物理課堂中實現深度學習為目的，著眼于學生高階思維能力的培養，對創設物理高階思維課堂的策略方法進行了分析探討。主要從對高階思維內涵及其主要表現的分析、指向學生高階思維形成的高中物理課堂創設路徑兩個維度展開，旨在推動高中生思維品質及能力的高質量發展，使其形成滿足進一步學習需要與終身發展需要的物理核心素養。

關鍵詞：核心素養；高中物理；物理教學；高階思維；課堂教學

作者簡介：馬濤（1971—），男，甘肅省靈臺縣第一中學。

物理核心素養是物理學科育人價值的集中體現。《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《物理課標》）在“學科核心素養”部分中，對高中生通過物理學習所形成的核心素養做出了明確的維度劃分，主要包括物理觀念、科學思維、科學探究及科學態度與責任四個方面。由此可見，核心素養導向下的高中物理課堂教學，突出了學生思維能力培養的現實意義。基于此，本文從分析高階思維內涵及其在物理學科中的主要表現入手，對基于核心素養的高中物理高階思維課堂創設路徑展開思考。

一、高階思維內涵及其主要表現

（一）高階思維

高階思維，是一種發生在較高認知水平上的心智活動或高層次認知方式。可從能力、過程及思維三個層面深入分析高階思維的內涵與實質：從能力層面看，高階思維是一種以高認知水平為基礎的綜合性思維能力，主要包含問題解決能力、探究實踐能力、構思能力與創新能力四個方面；從過程層面看，高階思維指在解決問題的過程中，人們所應用的高級思維方式，如分析、批判、評價、創造等；從心理層面看，高階思維則是一類復雜的心智活動，由批判性思維、綜合性思維、創新性思維等多個復雜思維方式共同構成，是多種認知方式與思維方式的集合體［1］。

在學科課程教學中，教師可將高階思維理解為一類發生在較高認知水平上的思維活動，同時也是一種由多種復雜思維方式共同構成的復合型思維，主要體現在思維傾向與思維技能兩個維度上。在思維傾向上，高階思維是學生能夠在學習過程中進行主動分析、評價與創造的高級認知表現；在思維技能上，高階思維是學生在面對復雜、抽象問題時表現出的綜合性思維、邏輯性思維、批判性思維和創造性思維（具體見表1）。

（二）學生在物理學科中形成高階思維的表現

《物理課標》在“學科核心素養”中指出，物理學科核心素養是學生在物理學習過程中，逐步形成的正確價值觀、必備品格和關鍵能力。高中物理教學在思維層面上發展學生物理核心素養，應著重突出對學生科學思維的培養。綜合對科學思維內涵及其與其他三維度物理核心素養關聯的分析，可將科學思維理解為高中生在物理學習中所需具備的關鍵學習能力與一類帶有物理學科特征的高階思維，主要包括模型建構、科學推理、科學論證與質疑創新四要素［2］。其中，模型建構，指立足物理學視角，基于經驗事實，從定性、定量兩方面抽象概括問題，建構物理模型；科學推理，指運用科學證據對所研究的問題進行描述、解釋和預測；科學論證，指能基于事實證據和科學推理質疑、批判不同觀點和結論；質疑創新，指能基于證據大膽質疑，從不同角度上思考問題，追求科學創新。

綜合以上分析可見，高階思維與物理核心素養中的科學思維在發展軌跡上具有一致性與對應性，即模型建構對應綜合性思維、科學推理對應邏輯性思維、科學論證對應批判性思維、質疑創新對應創造性思維。基于這一認識，高中物理教師在核心素養導向下，構建指向學生高階思維發展的物理課堂時，就可針對高中生綜合性思維、邏輯性思維、批判性思維及創造性思維的形成特點，革新優化常規課堂教學活動組織方式及教學內容呈現方式，以此促進學生思維品質的穩定進階與物理學科核心素養的形成與發展。

二、在核心素養視域下創設高中物理高階思維課堂的路徑

下面以人教版高中物理必修第一冊“摩擦力”一課為例，對在課堂教學中培養學生高階思維的路徑及策略展開案例分析。

（一）創設真實情境，關聯生活，發展綜合性思維

綜合性思維是一種能夠對復雜問題進行綜合性、系統化分析思考的思維技能，對應科學思維中的模型建構要素［3］。在高中物理課堂教學中培養學生的綜合性思維，教師可針對物理課程的實用性和生活化本質，從學生的現實生活中提取出復雜的劣構問題，為學生創設源于現實世界的真實問題情境，啟發學生主動從物理學的視角對情境中的問題進行綜合分析與系統思考，并通過建構物理模型的方式將生活中真實存在的劣構問題轉化為可用物理學知識、科學概念、原理做出正確解釋的良構問題，以此加深學生對物理學習意義的感知，培養學生的物理學習興趣。

在人教版高中物理必修第一冊“摩擦力”一課中，滑動摩擦力與靜摩擦力是學生所需建構的兩個重要物理概念。在創設關聯生活的真實問題情境時，教師可將摩擦力與生活中人們在水平地面上推重物的運動情形關聯起來，分別為學生呈現人推動重物與人推重物但未推動的情形，以動態的運動和直觀的力的表現調動學生視聽感官，活躍學生的物理學習情緒和思維。之后，教師可以問題“在以上兩種情形中，存在哪種摩擦力？”“這種摩擦力的產生條件、方向與大小是怎樣的？”啟發學生從物理學的角度思考現實世界中的劣構問題。

在這一過程中，學生能夠遷移運用在學習中掌握的滑動摩擦力概念，即“兩個相互接觸的物體，當它們相對滑動時，接觸面上會產生一種阻礙相對運動的力”，建構出與上述兩類生活情形相符的物理模型，從而主動地將“人推重物但未推動，重物是否受到摩擦力？”這一劣構問題轉化為“當兩個相互接觸的物體只有相對運動趨勢而沒有產生相對運動時，它們之間是否也存在摩擦力？”的良構問題，并產生用物理知識解決問題的學習興趣，發展綜合分析問題的綜合性思維。

（二）提出核心問題，設置障礙，發展批判性思維

批判性思維是一種帶有求真思維傾向的高階思維技能［4］。在學習高中物理課程的過程中，學生形成批判性思維主要表現在能夠大膽質疑已有物理學事實與他人的觀點見解、反思評價自身物理學習過程、監控調適自身物理學習方式等方面上。批判性思維所對應的科學思維要素是科學論證，同時也涉及了部分質疑創新要素。在核心素養視域下的高中物理課堂中培養學生的批判性思維，教師可充分發揮問題導學法的思維引領、啟迪作用，通過向學生提出具有論證意義與思辨價值的核心教學問題，有意地為學生設置物理學習障礙，讓學生以解決問題、攻克障礙為出發點，遷移運用已知物理學知識經驗、技能方法，有理有據地進行科學論證，并在大膽質疑與批判審視他人不同見解、觀點的過程中，逐步發展批判性思維。

靜摩擦力是兩個相互接觸的物體只有相對運動趨勢，沒有發生相對運動時產生的摩擦力。在學習靜摩擦力的過程中，部分學生會認為靜摩擦力的大小無法測量，因為物體只有相對運動趨勢，沒有可以參考的量；部分學生則認為靜摩擦力可以測量，兩個相互接觸的物體在發生相對運動前，所產生的摩擦力為靜摩擦力，如人未推動地面上的重物時，重物與地面之間的摩擦力就是靜摩擦力。

對此，教師在培養學生的批判性思維時，就可針對學生在學習過程中自主生成的不同想法和見解，設置核心教學問題“如何測量靜摩擦力的大小？”“最大靜摩擦力與最小滑動摩擦力之間存在怎樣的關系？”等，引導學生聯系實際經驗，對測量靜摩擦力大小的方法提出各種見解和想法，并在物理課堂中圍繞問題進行質疑和批判，以證實自我猜想、推翻他人假設為目的開展物理實驗探究活動。一方面，可深化學生對滑動摩擦力與靜摩擦力實質內涵的感知認識，提高學生物理課堂學習效率；另一方面，學生通過積極參與問題探討活動、物理實驗探究，其科學探究能力、科學論證能力及批判性思維能得到良好發展。

（三）搭建學習支架，整理歸納，發展邏輯性思維

邏輯性思維是指學生在學習物理的過程中，能夠運用物理概念、原理與事實，進行分析判斷、推理歸納、抽象概括，并對事物的本質形成理性認識的高級認知表現，與科學思維中科學推理要素的發展軌跡相統一。物理是一門邏輯性較為突出的自然科學學科，在高中物理課程中，課程內容之間有較強的關聯性、層遞性與系列性，對于鍛煉學生邏輯性思維與科學推理能力來說大有禆益。對此，高中物理教師在創設高階思維課堂時，可將培養學生邏輯性思維的育人活動與物理知識結構建構活動融合起來，并為學生提供建構物理知識框架的學習支架，如思維導圖、圖表工具等，讓學生通過靈活利用各種可視化思維工具整理歸納物理學科內容間關聯的方式，得到邏輯性思維的綜合鍛煉，從而對物理知識的實質及內涵形成更為理性與客觀的認識。

在人教版高中物理必修第一冊“摩擦力”一課中，學生可將靜摩擦力和滑動摩擦力理解為兩個定義相近的物理學概念。在以發展學生邏輯性思維為目的引導學生整理歸納本課知識結構時，教師可鼓勵學生細致分析靜摩擦力與滑動摩擦力在定義、產生條件、大小、方向等方面上的異同，繪制比較滑動摩擦力與靜摩擦力的思維導圖（圖1），整合歸納兩個物理學概念間的關聯性，以鍛煉學生的邏輯性思維，促使學生認清摩擦力的實質內涵，建構起完善、系統的物理知識結構。

（四）凝聚學習課題，遷移創新，發展創造性思維

創造性思維，既是類比推理、遷移運用已知解決問題的思維傾向，同時也是一種打破固有思維模式，從新的角度、用新的方式思考分析問題，得出創造性結論的思維技能。在高中物理課程中，學生創造性思維集中體現在遷移創新上。在以素養為本位的高中物理課堂教學中培養學生的創造性思維時，教師可積極發掘生活的價值，凝聚導向真實生活問題解決的物理學習課題，啟發與引導學生將從課堂中積累與獲得的物理學科思維方式、思想方法創造性地遷移應用到現實世界當中。在鍛煉學生創新實踐能力的同時，讓學生從物理學的角度創新思考、分析處理與解決問題，深刻意識到物理服務于生活的應用本質，以及物理能夠為人提供推理思路的工具性，形成創造性思維［5］。

在人教版高中物理必修第一冊“摩擦力”中，教師可在學生系統學習滑動摩擦力、靜摩擦力等物理概念及相關內容后，為學生設置“從物理學的角度分析說明國際拔河比賽規則”的物理學習課題，組織學生開展跨學科的物理綜合實踐活動。

首先，教師可依據學生課堂學習表現以及對本課課后習題的解答情況，均衡劃分課題學習小組，讓學生利用網絡調查與國際拔河比賽規則有關的信息資料，鍛煉學生的信息收集與整理歸納能力，如競賽場地（拔河道）必須是水平線而且平坦，或者使用專用的拔河道墊；競賽用繩材料是馬尼拉麻，且繩子上不得有結節或握把；參賽八名選手有明確的體重等級；拔河運動員必須穿短褲、長襪等標準拔河服裝，并且必須穿拔河鞋或沒有鞋跟的平底鞋，不得穿釘鞋、鞋底鞋跟有凸起物的鞋以及赤腳參賽；參賽選手不得戴手套，但可以使用碳酸鎂粉；等等。

其次，在各小組完成課題資料的搜集后，教師可讓學生從上述比賽規則中任選其一，類比推理設計探究性物理實驗方案的一般過程“發現問題—分析問題—提出猜想—圍繞猜想設計方案—依據方案展開實驗—整理數據歸納結論”，開展物理綜合實踐活動，從物理學的角度解釋說明以上國際拔河比賽規則。

最后，教師可組織課題學習成果展評活動，讓各組分享交流彼此的課題學習經驗與綜合實踐學習成果，促使學生以物理學的角度對國際拔河比賽的種種規定做出更為科學的解釋說明。如此，學生的物理學習感受與體驗便會得到更進一步的深化，其創造性思維也會因合理應用物理知識而有所發展。

三、總結

綜上所述，高階思維可以視為一種復合型思維能力，在思維技能層面上，又包括綜合性思維、邏輯性思維、批判性思維、創造性思維等多種思維技能，與物理學科核心素養中科學思維的發展軌跡有高度一致性。在核心素養導向下構建高中物理高階思維課堂，教師可在明確把握高中生物理高階思維表現特征的基礎上，將培養高階思維的育人活動融入課堂教學的各個環節之中，以此推動高中生物理學習方式的變革、理性思考習慣的形成及終身學習能力的發展。

［參考文獻］

趙克林.核心素養視角下的高中物理力學教學研究［J］.廣西物理，2022，43（4）：110-112.

李玲.基于高階思維培育的高中物理深度教學研究［J］.廣西物理，2022，43（4）：129-131.

陳建發.指向學科核心素養的高中物理深度教學策略研究［J］.高考，2022（30）：43-45.

劉娜，崔琰，李春密.指向深度學習的高中物理單元教學設計：以“萬有引力定律”為例［J］.物理教學探討，2022，40（9）：30-33.

任鑫，陳磊.核心素養指向下的高階思維培養策略——以“物理建模”為例［J］.中學物理教學參考，2022，51（5）：4-7.