巧設物理“問題鏈”發展學生的高階思維能力

【摘要】高階思維能力包括批判性思維能力、創新思維能力、問題解決能力等，是21世紀核心素養的重要組成部分．高階思維是指發生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力，而“問題鏈”的設置是發展高階思維的關鍵，所以在物理教學中可以通過巧妙地創設“問題鏈”引導學生從問題到問題、從問題到超越，實現學生高階思維能力的發展．本文旨在探討如何通過精心設計物理教學中的“問題鏈”有效促進學生高階思維能力的發展，以期為相關教育工作者提供參考．

【關鍵詞】問題鏈；高中物理；課堂教學

1引言

隨著教育改革的深入，培養學生高階思維能力已成為教育領域的重要議題．物理學作為一門理論與實踐并重的學科，其教學過程不僅是知識的傳授，更是思維能力的培養．然而，傳統物理教學中“填鴨式”的教學方式往往忽視了學生的主體地位，限制了其高階思維的發展．因此，探索如何通過創新教學方法，構建物理“問題鏈”，來促進學生高階思維能力的提升，具有重要的現實意義．

2層次遞進：設計由易到難、逐步深入的問題序列

在教學的起始階段可以準備基礎性問題，旨在喚醒學生已有的知識儲備并建立與新知識的初步聯系，問題要貼近學生生活經驗或先前學習內容、能夠迅速吸引學生的注意力、激發其探索新知的興趣，通過這些問題使學生得以在輕松的氛圍中發散思維為后續深入學習奠定心理與知識基礎；在奠定堅實基礎后需要設計由易到難、邏輯緊密的問題鏈以引導學生逐步深入知識核心，這些問題之間應形成自然的過渡與銜接、如同搭建起一座座知識橋梁幫助學生跨越認知障礙，此時的問題設計需考慮學生的最近發展區，不因過于簡單以致失去挑戰性，也不因過于復雜導致學生產生畏難情緒，通過這些問題使學生能夠在教師的引導下自主構建知識網絡并深化對物理概念的理解和應用能力；隨著學生對基礎知識的掌握和理解的加深可以設計更具綜合性、開放性的問題以鼓勵學生將所學知識融會貫通、解決實際問題，這類問題要求學生具備較強的分析、綜合和評價能力并且能夠靈活運用所學知識進行推理和判斷，通過解決這些問題使學生能夠鞏固所學知識并在實踐中鍛煉批判性思維能力、創新思維能力等高階思維能力．

例如在學習力這一核心概念時可以從日常生活中的常見現象入手，設計簡單而有趣的問題來激發學生對力的好奇心：“當你推門進入教室時是什么讓你能夠推開門？”這個問題直接關聯到力的存在和作用，可以引導學生初步認識到力是改變物體靜止或勻速直線運動狀態的原因，接著可以進一步提問：“你能想到哪些生活中有關力的例子？它們是如何表現出來的？”這個問題鼓勵學生觀察生活并將抽象的力學概念與具體情境相聯系．隨著課程的深入可以設計逐步深入的問題幫助學生構建力的完整概念體系，可以提問：“力有哪些基本要素？它們是如何定義的？”引導學生認識到力的大小、方向和作用點是力的三要素，隨后通過“力是如何分類的？你能舉例說明不同類型的力嗎？”這樣的問題引導學生了解彈力、摩擦力、重力、拉力等力的多種類型及其特點，在此基礎上可以進一步提問：“力是如何改變物體運動狀態的？請嘗試用牛頓第一定律來解釋．”促使學生將力的概念與物體運動狀態的變化相聯系以深入理解牛頓運動定律的核心思想．當學生掌握了力的基本概念和分類后，可以設計更具挑戰性和綜合性的問題以培養學生的綜合應用能力和高階思維：“設計一個實驗，驗證力的平行四邊形定則，在實驗中你如何確保測量的準確性和可靠性？”這個問題可以考查學生的實驗設計能力并促使學生思考如何控制實驗變量、減小誤差等實際問題．教師還可以提問：“在斜面上放置一個物體，分析物體所受的重力、支持力和摩擦力的關系并討論這些因素如何影響物體的運動狀態．”要求學生綜合運用力學知識、分析復雜情境下的力學問題、培養學生分析問題和解決問題的能力．在學習的尾聲可以引導學生對整個學習過程進行反思和總結：“通過這次學習，你對力的理解有哪些變化？哪些知識點對你來說是新的或困難的？”同時還可以鼓勵學生分享自己在學習過程中的心得和體會：“在解決力學問題時你通常采取哪些策略？有沒有遇到過特別棘手的問題？你是如何解決的？”從而提升學生的自我反思能力和終身學習能力．

3技術輔助：利用信息技術增強問題探究體驗

信息技術尤其是虛擬現實（VR）、增強現實（AR）以及交互式模擬軟件的應用為學生構建了一個前所未有的沉浸式學習環境，在這樣的平臺中抽象的物理概念如電磁場、量子躍遷等得以直觀展現，復雜的物理過程如天體運行、粒子碰撞被動態模擬，學生仿佛置身于物理現象發生的現場，親身體驗物理規律的奧妙，直觀而深刻的體驗可以極大地降低理解難度、激發學生主動探究物理問題的興趣．信息技術還賦予了學生強大的數據收集與分析能力，且在物理實驗中傳感器、數據采集器等設備的運用能夠實時記錄實驗過程中的各項數據，并通過圖表、動畫等形式直觀展示，學生不再局限于傳統的數據記錄與簡單分析，而是能夠運用數據分析軟件深入挖掘數據背后的規律，甚至可以通過對比不同條件下的實驗數據自主發現并提出新的問題．

例如在學習電路這一章節時可以利用多媒體技術展示一段生動的視頻，其內容涵蓋從家庭日常用電到高科技電子產品中電路的運作原理，視頻中電流如同流動的河流在導線中穿梭，點亮燈泡、驅動電機，激發學生對于電路奧秘的好奇心，隨后可以提出第一個問題：“電流是如何在電路中流動的？它遵循什么規律？”這個問題作為“問題鏈”的起點可以引導學生進入電路學習的初步探索階段；在學生對電流有了初步認識后提出第二個問題：“串聯電路和并聯電路有何區別？它們各自的特點是什么？”通過信息技術展示兩種電路的模擬動畫，讓學生直觀看到電流在不同電路中的流動路徑，從而理解串聯電路中電流路徑單一、各元件相互影響，并聯電路中電流分流、各元件相對獨立的特點；進入更深入的探究后可以提出第三個問題：“如何根據實際需求設計電路？比如，如何設計一個既能照明又能控制風扇的電路？”此時可以引入電路設計軟件讓學生動手設計電路圖并在軟件中模擬電路運行，觀察不同元件組合的效果；當學生完成電路設計后可以引導學生進行自我評價和同伴評價并提出問題：“你的電路設計有哪些優點和不足？如果讓你重新設計，你會如何改進？”通過討論和評價可以使學生學會從多個角度審視問題，提升批判性思維能力和綜合評價能力；最后，可以鼓勵學生跳出傳統框架，思考電路的新應用并提出問題：“除了照明和驅動電器，電路還能在哪些領域發揮作用？你能設計出一個具有創新性的電路應用嗎？”這個開放性的問題可以激發學生的創造力且學生可以提出利用電路控制智能家居、制作簡易機器人等創意想法．

4逆向思維訓練：從結論反推條件或過程

在物理學習的廣闊海域中，學生往往習慣于順向思維即按照知識的邏輯順序從已知條件出發逐步推導至未知結論，然而逆向思維訓練是一場思維的逆向運動，并鼓勵學生先錨定目標即某個物理現象的結果或理論推導的結論然后勇敢地轉身逆向審視這一過程，這一過程要求學生暫時放下對既定路徑的依賴，以全新的視角去審視問題并思考：“要達到這樣的結果，需要怎樣的條件？”或者思考：“這樣的結論是如何從原始條件中一步步推導出來的？”逆向思維訓練的核心在于構建一條從結論到條件的逆向邏輯路徑，學生需要像偵探一樣根據已知的結論逆向推理出每一步推導所依賴的前提或條件，這個過程要求學生具備高度的邏輯嚴謹性和細致入微的觀察力，學生須需學會將復雜的物理過程分解為若干個簡單的子問題，然后逐一逆向求解，如同剝洋蔥一般層層深入直至觸及問題的本質．

例如在學習磁場這一課時可以向學生展示一個生動的實驗現象：將一個通電導線置于小磁針上方觀察到小磁針的偏轉，這一直觀的實驗結論可以立即引發學生的好奇心：“為什么小磁針會偏轉？”這正是逆向思維問題鏈的起點.學生需要逆向思考，從“小磁針偏轉”這一結果出發反向探究其原因——即通電導線周圍存在磁場且磁場對小磁針產生了力的作用，這一過程中學生不再只是知識的接受者，而是成為主動探索者并開始嘗試用逆向思維去解構物理現象．接著為了深化學生對磁場性質的理解可以進一步設置問題鏈：“既然通電導線能產生磁場，那么磁場的方向是如何確定的？”這可以引導學生進入逆向推理的下一個階段，學生需要回顧安培定則，逆向思考如何通過電流的方向來判定磁場的方向，同時也可以逆向提問：“如果知道磁場的方向，能否推斷出電流的方向？”為了將逆向思維訓練融入更廣泛的磁場知識中還可以設計拓展問題：“在磁感應強度已知的情況下，如何計算帶電粒子在磁場中受到的洛倫茲力？”這個問題可以促使學生逆向思考洛倫茲力公式的應用條件，即已知磁場強度和粒子速度、電荷量等物理量時，如何求解力的大小和方向，還可以引入帶電粒子在復合場中的運動等更復雜的情境問題以鼓勵學生運用逆向思維，先分析粒子的最終狀態或運動軌跡，再反推其受力情況和運動過程．

5個性化問題設計：滿足不同學生的學習需求

個性化問題設計強調“因材施教”的核心理念，通過深入了解每位學生的學習基礎、理解能力及認知風格以量身定制適合他們的問題情境.對于基礎較弱的學生，側重于鞏固基礎概念并逐步引導其建立知識框架；而對于學有余力的學生 ，提供更具探索性和開放性的問題并激發他們的創新思維能力和批判性思考能力．個性化問題設計還要注重激發學生的學習興趣和內在動力，當學生面對與自己興趣點相契合的問題時，學習積極性和參與度會顯著提高，因而在設計問題時要充分考慮學生的興趣愛好和生活經驗，將抽象的物理知識與學生的生活實際相結合，創設貼近學生“最近發展區”的問題情境，激發學生的好奇心和探索欲，幫助學生在解決實際問題的過程中深刻理解物理知識的價值和意義，促進知識的內化和遷移．

例如在學習物理中的光學部分時可以面向全體學生設計問題：“想象一下，如果沒有光，我們的世界會是什么樣子？”這個問題旨在引導學生從直觀感受出發思考光在日常生活中的重要性，接著可以進一步提問：“光是如何傳播的？你能用日常生活中的例子來說明嗎？”這個問題考慮到了基礎薄弱的學生，讓他們通過生活經驗理解光的直線傳播特性，同時為后續深入學習光的波動性和粒子性埋下伏筆；針對中等水平的學生可以提出問題：“在太陽光下為什么我們會看到物體的影子？嘗試用光的直線傳播原理來解釋．”這個問題鼓勵中等水平的學生將理論知識與現象聯系起來培養分析能力和應用能力，緊接著可以設計一個更具挑戰性的問題：“如果在一個房間內僅有一束平行光照射進來，如何利用這束光設計一個實驗來驗證光的反射定律？”這個問題可以促使學生動手實踐，通過設計實驗方案加深對光的反射規律的理解；針對學有余力的學生可以提出問題：“光的折射現象是如何發生的？請嘗試解釋為什么我們在水中看到的物體位置比實際要高？”這個問題可以引導學有余力的學生深入探討光的折射原理，并理解光在不同介質中傳播速度的變化導致的傳播方向改變；面向全體學生還可以提出問題：“在現代科技中光纖通信是如何利用光進行信息傳輸的？它相比傳統電纜通信有哪些優勢？”這個問題可以將光學知識與現代科技相結合激發學生對新技術的好奇心和探索欲，無論學生處于何種學習水平都可以通過查閱資料、小組討論等方式參與到這一問題的探討中來.基礎較弱的學生重點在于理解光纖通信的基本概念；而學有余力的學生可以進一步探討光纖通信的技術原理、應用領域以及未來發展趨勢．

6結語

物理“問題鏈”作為一種有效的教學策略能夠激發學生的學習興趣，在問題解決的過程中促進其高階思維能力的發展，教師可以繼續深化對物理“問題鏈”教學的研究與實踐，不斷探索更多元化、更高效的教學方法，為學生的全面發展奠定基礎．

參考文獻：

[1]馬海霞.高中物理教學中巧用“問題鏈”激活課堂的研究[J].甘肅教育研究，2024（09）：71-73.

[2]王生平.真實情境的問題鏈創設——以初中物理復習課為例[J].新班主任，2024（12）：32-33.

[3]汪少宇.高中物理熱學中使用問題鏈教學的策略[J].新課程導學，2024（10）：103-106.

[4]吳承智.指向核心素養的初中物理問題鏈及其設計[J].新課程，2024（09）：157-159.