提升高階思維的單元復(fù)習(xí)課設(shè)計策略

科學(xué)課要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)主要包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐和態(tài)度責(zé)任，科學(xué)思維有助于指導(dǎo)科學(xué)實踐，形成科學(xué)觀念。在科學(xué)單元復(fù)習(xí)課教學(xué)中，基于真實問題情境的復(fù)雜教學(xué)活動可以有效提升學(xué)生的高階思維能力。然而，實際教學(xué)中，有些單元復(fù)習(xí)課變成了練習(xí)題的講評，或師生問答式的知識點梳理，有的甚至就放到課外讓學(xué)生做思維導(dǎo)圖等自主復(fù)習(xí)，對他們思維的提升十分有限。如何設(shè)計單元復(fù)習(xí)課，促進(jìn)學(xué)生高階思維的發(fā)展呢？現(xiàn)以五年級“光”單元為例，闡述提升學(xué)生高階思維的單元復(fù)習(xí)課設(shè)計策略。

一、情境問題驅(qū)動，激活科學(xué)思維

1.聯(lián)結(jié)生活，創(chuàng)設(shè)真實情境

課程標(biāo)準(zhǔn)指出，要從學(xué)生已有經(jīng)驗出發(fā)，選擇合適的情境素材，運用觀察、實驗、調(diào)查、制作等活動創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，提出有價值的問題，引發(fā)認(rèn)知沖突，激發(fā)探究動機，組織學(xué)生運用所學(xué)的知識和方法解決真實情境中的問題，實現(xiàn)應(yīng)用遷移，做到融會貫通。作為單元復(fù)習(xí)課的問題情境，不同于新授課聚焦一個核心問題、得出一個具體概念的簡單情境，教師應(yīng)該創(chuàng)設(shè)一個覆蓋多個相關(guān)具體概念的真實情境，這樣才能更好地加強學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)與現(xiàn)實生活、社會實踐之間的聯(lián)系，實現(xiàn)他們對核心概念的深度理解、有效建構(gòu)和靈活應(yīng)用，為他們高階思維的發(fā)展找到落腳點。

在“光”單元復(fù)習(xí)課中，教師創(chuàng)設(shè)“夜晚騎自行車如何保障安全”這一真實問題情境，引導(dǎo)學(xué)生通過討論聚焦到“自行車尾燈的工作原理是什么”這一核心問題上。教師將生活問題轉(zhuǎn)化為可研究的科學(xué)問題，包含了本單元中光的傳播路徑、反射和折射等多個知識點，實現(xiàn)科學(xué)問題與學(xué)生生活經(jīng)驗的聯(lián)結(jié)。

2.發(fā)現(xiàn)關(guān)聯(lián)，提出假設(shè)模型

學(xué)生面對新的情境，在前概念的相互作用下，形成一個心智模型，而不同的心智模型反映出不同的思維層級。在這一階段，教師的作用是引導(dǎo)和促成學(xué)生心智模型的外顯。在具體操作中，外顯方式可分為描述、表達(dá)、展示等方式。“描述”指運用恰當(dāng)?shù)恼Z言將心智模型描繪出來；“表達(dá)”指運用適當(dāng)?shù)墓ぞ弑磉_(dá)心智模型的意義，如運用數(shù)學(xué)工具、圖形圖表工具、影像工具等；“展示”指的是組織展示心智模型的思維過程，重在展示思路和方法。[1]

很多學(xué)生知道自行車尾燈不是光源，認(rèn)為“是利用了光的反射”，但無法描述具體的過程，只能從問題情境中找線索。教師可以將“自行車尾燈的工作原理是什么”這一核心問題分解為兩個子問題（如圖1），并設(shè)計對應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)。

在后續(xù)的教學(xué)中，教師先采用“描述”的外顯方式，即口頭回答兩個子問題，讓學(xué)生描述后方司機可以看到自行車尾燈反射的光，而尾燈反射的光來自車燈等光源發(fā)出的光。接著，教師引導(dǎo)學(xué)生借助學(xué)習(xí)任務(wù)單，用“畫圖”的方式，完成3個學(xué)習(xí)任務(wù)。學(xué)習(xí)任務(wù)單為學(xué)生搭建了思維支架，幫助他們直觀表達(dá)，將要探究的科學(xué)問題與本單元“光在沿直線傳播過程中進(jìn)行反射和折射”知識相關(guān)聯(lián)。當(dāng)畫出“車燈發(fā)出的光沿直線傳播照射到自行車尾燈，尾燈反射的光再通過折射進(jìn)入人的眼睛”的路徑圖，學(xué)生自然就明白了自行車尾燈起到了平面鏡反射光的作用，由此，就以光路圖的形式建構(gòu)了“自行車尾燈反射光”的假設(shè)模型。

二、深度復(fù)習(xí)尋證，促進(jìn)思維進(jìn)階

1.初建模型，再現(xiàn)真實情境

在課程標(biāo)準(zhǔn)中，科學(xué)建模被列為核心素養(yǎng)中科學(xué)思維的關(guān)鍵要素，要讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)建模過程，并實現(xiàn)模型進(jìn)階到思維發(fā)展的升華。因此，教師在促使心智模型外顯的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)從初始心智模型到科學(xué)模型的過渡，[1]而過渡的關(guān)鍵是幫助學(xué)生將初始模型轉(zhuǎn)化為操作模型。受時空、器材等方面的限制，學(xué)生很少有機會能夠在真實世界中建構(gòu)模型，做模擬實驗就成了有效的方法。這樣，學(xué)生在對操作模型理解和把握的基礎(chǔ)上，設(shè)計模擬實驗，再現(xiàn)真實情境，以獲得相關(guān)現(xiàn)象與數(shù)據(jù)。

首先，教師針對學(xué)習(xí)任務(wù)單中所畫的實物圖提問：“自行車尾燈真的是相當(dāng)于一面鏡子，利用光的反射原理來提醒后方司機嗎？這真的符合真實情形嗎？”學(xué)生分析討論，達(dá)成共識，并抽象成“光的反射和折射”示意圖（如圖2），作為解釋“自行車尾燈工作原理”的初始模型。

然后，教師組織學(xué)生根據(jù)“光的反射”模型，對比真實情形，進(jìn)行多次模擬實驗。在模擬實驗中，學(xué)生用鏡子模擬自行車尾燈，用手電筒模擬后方車燈，畫出光經(jīng)過一次反射的實物圖時，用紅線表示光線，用黑色箭頭表示光傳播的方向，進(jìn)行可視化結(jié)果呈現(xiàn)（如圖3）。學(xué)生通過模擬實驗發(fā)現(xiàn)：由于照射到自行車尾燈的光是朝各個方向的，反射光也會朝各個方向，有些方向的反射光無法進(jìn)入汽車司機的眼睛，不符合真實情形。該現(xiàn)象能讓學(xué)生意識到“自行車尾燈反射光”這個初始模型需要修改，這也為后續(xù)思維活動奠定基礎(chǔ)。

2.完善模型，發(fā)展高階思維

通過多次模擬實驗，對照可視化結(jié)果，學(xué)生發(fā)現(xiàn)：照射到自行車尾燈的光是各個方向的，按簡單的一面平面鏡反射模擬實驗，通過尾燈反射的光方向不一定朝著汽車司機的方向。于是，教師組織學(xué)生觀察尾燈實物，發(fā)現(xiàn)里面并不是一個平面鏡，而是蜂窩狀的。通過放大鏡觀察和查看視頻資料，學(xué)生修正尾燈結(jié)構(gòu)“光的反射”模型后，開展偶鏡的模擬實驗（如圖4左）。在這個模擬實驗中，相互垂直的兩面平面鏡組成了一個偶鏡，當(dāng)一位學(xué)生用點亮的手電筒從任意角度照射一面平面鏡時，光會反射到與它垂直的平面鏡上再次反射，反射光朝向這位學(xué)生。

基于模擬實驗結(jié)果進(jìn)行交流研討后，學(xué)生達(dá)成共識：相互垂直的兩面或三面平面鏡才能實現(xiàn)各個方向的光通過反射后朝著后方司機的方向。由此，學(xué)生修正自己的初始模型（如圖4右），在該圖中，學(xué)生用紅線表示光線，用黑色箭頭表示光傳播的方向，將實物圖轉(zhuǎn)化為抽象示意圖。學(xué)生的思維模型從簡單的一面平面鏡反射進(jìn)階到適合真實情形的多面平面鏡的多次反射，實現(xiàn)了思維的進(jìn)階。

三、拓寬復(fù)習(xí)途徑，體現(xiàn)創(chuàng)新思維

1.運用模型，解釋復(fù)雜現(xiàn)象

課程標(biāo)準(zhǔn)強調(diào)，要運用模型分析、解釋現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、關(guān)系及變化過程。教師呈現(xiàn)包含多個模型的新情境，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所建構(gòu)的科學(xué)模型解決問題，使他們進(jìn)一步建立實際問題情境與已有科學(xué)模型之間的聯(lián)系。

在學(xué)生修正形成了更符合真實情形的科學(xué)模型后，教師出示學(xué)習(xí)任務(wù)單（如圖5），引導(dǎo)他們應(yīng)用這個科學(xué)模型對夜間騎行的多種情況進(jìn)行分析、判斷、推理。圖5中的a圖模擬的是“夜間，三輛自行車和一輛汽車同向行進(jìn)”的動態(tài)情境，讓學(xué)生判斷后面騎行的人是否能看到前面自行車的尾燈。題1～3讓學(xué)生運用“自行車尾燈多次反射光的復(fù)雜模型”做出判斷；題4讓學(xué)生辨別汽車開走后車燈發(fā)出的光無法照到三輛自行車尾燈的不同情況。圖5中的b圖模擬的是“夜間，三輛自行車和一輛汽車相向行進(jìn)”的動態(tài)情境，題5讓學(xué)生判斷后面騎行的人是否能看到前面自行車的尾燈，都需要從“自行車尾燈多次反射光”的條件入手進(jìn)行分析做出判斷，即當(dāng)汽車開走或相向駛向自行車時，汽車車燈發(fā)出的光無法照射到自行車尾燈，尾燈無法進(jìn)行多次反射光，騎行的人就無法看到其他自行車的尾燈。

[夜間騎行過程中還有許多情況，你能分析嗎？

道路上有一輛汽車和排成一列的三輛自行車，正朝著同一方向行駛。

1.騎②號自行車的人_________（填“能”或“不能”）看到①號自行車的尾燈。

2.騎③號自行車的人_________（填“能”或“不能”）看到①號自行車的尾燈。

3.騎③號自行車的人_________（填“能”或“不能”）看到②號自行車的尾燈。

4.如圖a，如果汽車開走了，騎②號自行車的人_________（填“能”或“不能”） 看到①號自行車的尾燈。

5.如圖b，汽車開走后，自行車隊的對面又來了一輛汽車，騎②號自行車的人_________（填“能”或“不能”）看到①號自行車的尾燈。

]

由原先“一輛自行車在前，汽車在后同向行進(jìn)”的情境拓展到“三輛自行車和汽車同向行進(jìn)”的情境”，對于學(xué)生而言，新情境中只是將自行車的數(shù)量變多，他們能比較簡單地將“自行車尾燈多次反射光”科學(xué)模型應(yīng)用遷移，由此可以反映他們對修正后模型的掌握情況。當(dāng)新情境拓展為“三輛自行車和汽車相向行進(jìn)”的情境，學(xué)生需要逆向思考，但仍然需要從“光多次反射”的條件入手進(jìn)行分析：只有汽車車燈發(fā)出的光照射到自行車尾燈，尾燈才能反射光，進(jìn)而判斷騎行者能否看到其他自行車的尾燈，由此考查他們對“光多次反射”科學(xué)模型的理解運用情況，提升他們的思維水平。

2.畫概念圖，指向核心概念

在單元復(fù)習(xí)課中，教師更應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)通過高階思維和探究實踐而形成的科學(xué)觀念，其中，抽象概括程度較高的核心概念往往具有強的解釋力，也往往處于科學(xué)觀念的核心位置。[2]學(xué)生以畫概念圖的方式進(jìn)行整個單元的分析綜合、歸納推理和抽象概括，能有效地促進(jìn)其思維能力的發(fā)展。[3]

本案例中，學(xué)生基于“自行車尾燈的工作原理是什么”這一真實的問題情境，通過第一次抽象概括出了“光在沿直線傳播過程中進(jìn)行反射和折射”的解決問題初始模型。在這個過程中，他們回顧梳理“光源的定義”“光的傳播路徑”“光的折射、反射”之間的關(guān)系，并利用線條、箭頭和方框等符號清晰地呈現(xiàn)。之后，學(xué)生通過模擬實驗不斷修正，第二次抽象概括出符合真實情形的“多面平面鏡多次反射的示意圖”這一科學(xué)模型，回顧了光反射和光折射的作圖要求并在概念圖中畫出對應(yīng)的光路圖，從簡單到復(fù)雜，凸顯思維的進(jìn)階。緊接著，教師引導(dǎo)學(xué)生回顧總結(jié)本單元的其他內(nèi)容，如光的色散等，列舉光的應(yīng)用和生活中的光現(xiàn)象并簡單解釋，最后指向“物質(zhì)的運動和相互作用”這一大概念，并納入概念圖框架中。在與學(xué)生一起畫概念圖的過程中，教師引導(dǎo)他們總結(jié)：在我們?nèi)粘Ｉ钪校?jīng)常能夠觀察到光與物質(zhì)的相互作用的現(xiàn)象，如光的反射、折射、色散等，這些現(xiàn)象都是由于光在運動過程中與物質(zhì)之間的相互作用導(dǎo)致的。最終，指向“光作為一種物質(zhì)的運動和相互作用”這一遷移性更強的核心概念，促進(jìn)學(xué)生的思維從關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)走向拓展抽象結(jié)構(gòu)。

（作者單位：浙江省杭州市勝利實驗學(xué)校）

參考文獻(xiàn)

[1]姜連國，郭玉英.基于物理建模的學(xué)習(xí)進(jìn)階及其指導(dǎo)策略[J].物理教師，2016（08）.

[2]李松林.學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展機制與培育路徑[J].課程·教材·教法，2018（03）.

[3]張玉峰，郭玉英.科學(xué)概念層次分析：價值、變量與模型[J].物理教師，2015（11）.