培養(yǎng)高階思維 提升核心素養(yǎng)

摘 要：在物理學科核心素養(yǎng)的四個要素中，科學思維是核心素養(yǎng)的靈魂。在物理課堂教學中，教師應充分重視學生高階思維的培養(yǎng)，以促進學生科學思維的發(fā)展。本文以“探究加速度與力、質量的關系”為例，探討教師如何在課堂教學中培養(yǎng)學生高階思維，確保物理核心素養(yǎng)在課堂教學中得以落實。

關鍵詞：高階思維；核心素養(yǎng)；牛頓第二定律

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）中指出：高中物理課程旨在落實立德樹人的根本任務，進一步提升學生的物理學科核心素養(yǎng)，為學生的終身發(fā)展奠定基礎；引導學生經歷科學探究過程，體會科學研究方法，養(yǎng)成科學思維習慣，增強創(chuàng)新意識和實踐能力。［1］

如何在課堂教學中落實《課程標準》的要求，是廣大一線教師需要深入思考的問題。教學改革要求教師在課堂教學中不僅要傳授知識，還要教授學習方法，引導學生積極思考，培養(yǎng)學生能夠辯證看待問題和有效解決問題的能力。思維能力的培養(yǎng)是提升學生核心素養(yǎng)的核心，也是課堂教學的核心目標。通過精心設計教學活動，教師可以有效地培養(yǎng)學生的高階思維能力，從而提升學生的核心素養(yǎng)和解決實際問題的能力。

1 高階思維概述

1.1 高階思維的定義

本杰明·布魯姆（Benjamin Bloom）等教育心理學家根據認知的復雜程度，將思維過程具體化為六個教學目標，即學生在學習過程中需要掌握的六個類別的行為表現，由低級到高級分別是記憶、理解、應用、分析、評價、創(chuàng)造。其中，記憶、理解和應用通常被認為是低階思維，而分析、評價和創(chuàng)造則被認為是高階思維。因此，高階思維是指發(fā)生在較高層次認知水平上的心智活動或認識能力，是高階思維能力的核心，包括問題求解、決策、批判性思維和創(chuàng)造性思維等方面。

1.2 培養(yǎng)高階思維是提升學生核心素養(yǎng)的途徑之一

高階思維能力是一種注重高層次思維水平的綜合能力，是當代社會學習者生存與發(fā)展的關鍵技能，與我國課程改革的要求和目標相吻合。通過對比《課程標準》中列出的物理學科核心素養(yǎng)中的“科學思維”和“科學探究”相關內容［2］（如圖1所示）與高階思維能力指標體系中的“高階思維傾向”和“高階思維能力”相關內容（如圖2所示），可以發(fā)現兩者之間有許多內容是相互融合、相互關聯的。因此，培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，關鍵在于發(fā)展學生的高階思維能力，這包括對學生思維習慣的培養(yǎng)、思維能力的提升以及思維品質的優(yōu)化。

在物理學科的課堂教學中，教師應有意識地設計教學內容來激發(fā)學生的學習興趣，將知識傳授與學習方法的教育相結合，幫助學生不僅掌握知識（授之以“魚”），還能在技能、方法和思維等方面得到提升（授之以“漁”）。這種教學方式對學生來說，是終身受益的。

1.3 培養(yǎng)高階思維是提升學生在高考中解決問題的能力水平的途徑之一

《中國高考評價體系》根據高考的特征，將知識獲取能力群、實踐操作能力群、思維認知能力群這三個方面關鍵能力的發(fā)展水平作為主要考查內容，以區(qū)分學生綜合能力水平的高低，引導基礎教育對學生綜合能力的培養(yǎng)。［3］因此，在教學過程中，重視對學生高階思維的培養(yǎng)，不僅有助于提升學生解決問題的能力，還能幫助他們在高考中展現出更高的解題水平。

2 培養(yǎng)學生高階思維的教學設計下文以人教版高中物理必修第一冊第四章第2節(jié)“實驗：探究加速度與力、質量的關系”為例，分析教師在課堂教學中如何通過教學設計來培養(yǎng)學生的高階思維，提升學生的核心素養(yǎng)。

2.1 教學片段1：新課引入——思維的起點

愛因斯坦曾經說過：提出（發(fā)現）一個問題往往比解決一個問題更為重要。讓小車在平板上由靜止釋放，小車在平板上開始運動（如圖3所示），請你認真觀察實驗，看看你能提出哪些有價值的問題？

這樣的課堂引入有點出人意料，一個簡單的運動能有什么好思考的？又能提出什么問題？不要小看了學生的智慧，學生經過深入的思考，提出了如下一些問題。

問題1：小車為什么會運動？

問題2：小車的運動是否是勻加速運動？

問題3：小車運動的加速度是多少？

問題4：小車為什么會做加速運動？

問題5：小車的加速度與哪些物理量有關？

……

在每一個簡單問題的背后，都蘊含著某種物理知識和規(guī)律，也蘊含著力和運動的觀念。這些問題都是學生經過思考分析后提出來的，是學生思維的起點。

2.2 教學片段2：建構思維導圖，搭建知識框架——知識的邏輯關系

從大單元的視角來看，章節(jié)的各個知識點之間存在著緊密的邏輯關系，這有助于學生建構一個完整的大單元知識體系，而非孤立的知識點。這樣的學習方式可以幫助學生從更高的視角理解知識的內在聯系和含義，從而增強他們的學科素養(yǎng)。

在本節(jié)討論力與加速度之間的關系之前，力和加速度是兩個相對獨立的知識點，兩者之間沒有交集。學生對于描述運動的物理量與描述力學的物理量之間聯系的認識，往往停留在感性的認識層面，缺乏理性的深入分析。因此，幫助學生建立運動學與力學之間的聯系，提升學生的物理觀念，是本章教學的重點內容之一。為了更有效地實現這一目標，可以建構如圖4所示的思維導圖。

2.3 教學片段3：實驗方案的設計——問題串引導下的思維的培養(yǎng)

問題1：要探究三個物理量間的關系，我們可以采用什么方法呢？

問題2：在實驗中需要測量哪些物理量？

問題3：如何測量這些物理量？

問題4：在測量時可能會遇到什么困難？

問題5：你準備怎樣解決這些困難？

讓學生根據剛才的討論，利用桌上的實驗器材，設計合適的實驗方案進行實驗。

自主設計和探究活動對學生的能力有較高的要求，需要學生能夠運用所學知識，在充分理解的基礎上，進行有效的分析、思考、判斷、評價和創(chuàng)造。這些活動是培養(yǎng)學生思維能力的有效手段。然而，當前許多探究活動往往流于形式，成為“速成探究”而非真正的科學探究，有形式但是效果不佳。［4］主要原因在于，科學探究過程中缺乏學生的思維參與，學生未能形成自己的思考，而是被動地跟隨教師的指導進行“探究”，導致學生思考的時間和空間嚴重不足，難以實現自主探究和交流合作，這種做法實際上是將高階思維轉化為了低階思維。因此，在教學中，教師應當充分體現學生的主體地位，將課堂的主動權交給學生，關注學生學習的非智力因素，激發(fā)學生的學習興趣和學習信心，培養(yǎng)學生良好的思維習慣，從而提升學生的創(chuàng)造力。

2.4 教學片段4：平衡摩擦力的處理——思維的提升

本節(jié)內容的一個難點是“平衡摩擦力”。教師需要幫助學生明白并理解在實驗中需要進行平衡摩擦力的操作。如果教學活動以教師為主體，學生只是被動地接受，學生的學習效果會受到影響，導致學生在后續(xù)學習中不能靈活調整實驗方案。例如，在氣墊導軌上進行該實驗時，就不需要平衡摩擦力；使用替代法進行實驗時，也不需要事先平衡摩擦力。

因此在教學設計中，教師應將這一問題情境轉化為學生能夠自主發(fā)現、分析并解決的情境，以此訓練學生的辯證性思維和批判性思維，促使學生在思維的碰撞中實現成長。

在教學中，教師不必急于設計和討論這個問題，而是應該讓學生充分發(fā)揮他們的想象力。當學生在沒有平衡摩擦力的情況下進行實驗時，可能會得到如表1和圖5所示的結果，這恰好是學生思維成長的一個突破口。教師可以讓學生對圖像進行分析，并思考能得出什么結論。討論描點連線不過坐標原點的原因（是誤差的原因還是實驗原理不完善導致的）；探討如何修正實驗方案；利用修正后的方案再次進行實驗，分析和處理實驗數據，得出結論（如表2和圖6所示）。在這樣的教學活動中，學生通過深入思考、設計方案、小組討論、交流合作、深入研究、修正方案、檢驗方案等思維活動，最終能很好地解決這個問題。在解決這個問題的過程中，學生的分析判斷能力、交流合作能力、評價能力和創(chuàng)新能力都得到了很好的提升。

在物理課堂教學中，教師是“明白人講得明白”，學生是“不明白人聽不明白”，教和學之間會出現一定的“脫節(jié)”現象。這種現象產生的原因在于教師在傳授知識的過程中，關注的重點往往落在教師的“教”上，而不是學生的“學”上，未能真正做到“蹲下來”、從學生的角度思考教學。因此，課堂教學需要從教師的立場和內容走向學生的角度，從學生的角度思考學生如何才能理解和掌握所學的知識。只有這樣，教師在教學設計中才能提高教學的針對性、有效性，從而提升學生的學習能力和解決問題的能力，使教師和學生的思維在教學活動中共同成長。

2.5 教學片段5：mM的處理——適當的留白

本節(jié)內容的另一個難點是如何處理“懸掛物的質量m要遠小于小車的質量M”這個條件。本節(jié)內容在學習牛頓第二定律之前，學生無法運用牛頓第二定律的知識來分析這個條件，因此，通常的處理方法是“這個問題現在還無法深入討論，待同學們學習過牛頓第二定律后我們再來分析。”學生對這個問題的理解僅停留在實驗條件層面，課后也不會深入思考或分析，這對于培養(yǎng)學生的思維能力并沒有起到積極的引導作用。

在教學活動中，教師可以利用現有的實驗數據（如表3所示）來設計：當懸掛物的質量不再滿足遠小于小車質量的條件時，所描出的點大多不會落在同一直線上（如圖7所示）。讓學生在課后思考為什么會出現這種情況？為什么這些點的連線趨勢是向下彎曲的？這背后蘊含著哪些物理規(guī)律？通過這種方式可以建構一個“思維成長”的平臺，為學生提供挑戰(zhàn)自己思維的機會，鼓勵他們在課堂之外主動探索、學會思考、掌握方法，從而提升他們的思維能力。

3 結語

教學目的不僅僅是要讓學生知道“是什么”，更重要的是要讓學生理解“為什么”，即理清概念、規(guī)律的來龍去脈。在教學活動中，教師應當鼓勵學生多思考、多分析、多質疑，培養(yǎng)學生的問題意識，并引導學生學會分析、綜合、評價，使學生的思維始終處于高階思維的形成和發(fā)展狀態(tài)，從而提升學生的核心素養(yǎng)。

參考文獻

［1］［2］中華人民共和國教育部. 普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［M］. 北京：人民教育出版社，2020：1-2，4-5．

［3］教育部考試中心. 中國高考評價體系［M］. 北京：人民教育出版社，2019：23-32．

［4］王高. 科學探究：思維不能缺席——對“牛頓第一定律”教學的深度思考［J］. 物理教師，2021，42（4）：18-20，25．

*基金項目：本文系江蘇省教育科學“十三五”規(guī)劃課題“基于‘科學實驗影視資源育人價值’的物理教學創(chuàng)新研究”（課題編號：D/2020/02/103）的成果。