李俊永 許光曙 王長江

（1.仁懷市周林高中，貴州 仁懷 564500；2.吳江經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)實(shí)驗(yàn)初級(jí)中學(xué)，江蘇 蘇州 215200；3.安徽師范大學(xué)物電學(xué)院，安徽 蕪湖 241000）

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版2020年修訂）指出，創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用，認(rèn)為物理概念的建立、規(guī)律的探究需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)問題情境，應(yīng)用物理知識(shí)解決具體問題應(yīng)結(jié)合具體的實(shí)際情境.發(fā)展高階思維能力是落實(shí)核心素養(yǎng)的重要形式，借助問題情境發(fā)展高階思維，促進(jìn)素養(yǎng)形成具有較大研究價(jià)值與實(shí)踐意義.

1 問題情境與高階思維培養(yǎng)的實(shí)踐模型

1.1 概念內(nèi)涵

問題情境指將問題蘊(yùn)含于特定的場合（環(huán)境）之中，就是當(dāng)學(xué)生面臨這種特定場境時(shí)，根據(jù)已有的知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)不能加以解釋，導(dǎo)致認(rèn)知失衡，從而產(chǎn)生困惑，且又急于消除這種困惑的一種心理狀態(tài).“境”就是提供認(rèn)知場景，促進(jìn)意義構(gòu)建；“情”就是形成感情上的共鳴，達(dá)到情理交融的境界，產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，［1］具有合教學(xué)規(guī)律與認(rèn)知心理的人為性特點(diǎn).物理問題情境是教師將學(xué)生置于探索未知物理原理的教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生經(jīng)歷激疑、生疑、釋疑和明了的過程，是學(xué)生在提出問題、思考問題和解決問題的動(dòng)態(tài)過程中主動(dòng)參與物理學(xué)習(xí)引發(fā)積極思維與物理能力培養(yǎng)的環(huán)境.美國教育研究中心的Bloom教授對思維學(xué)習(xí)自低到高分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)新.一般而言，高階思維指分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)新.江西師大鐘志賢教授認(rèn)為綜合能力應(yīng)當(dāng)劃入高階思維，教師可以根據(jù)目標(biāo)分類圖式反思自己的教學(xué)是處在低階思維（知道、領(lǐng)會(huì)和應(yīng)用層次）還是處在高階思維層次（分析、綜合和評(píng)價(jià)）（圖1）.［2］

圖1 理論模型

1.2 建構(gòu)模型

當(dāng)下高中教學(xué)關(guān)注的重點(diǎn)依然是概念理解與規(guī)律掌握，忽視了分析問題和解決問題等思維能力的培養(yǎng)，教學(xué)重點(diǎn)依然放在低階能力的培養(yǎng)上，嚴(yán)重阻礙了高階思維能力的發(fā)展.［3］關(guān)于問題情境與高階思維培養(yǎng)有兩個(gè)問題需要重視，問題1：問題情境與高階思維能力培養(yǎng)到底有何種關(guān)系？教學(xué)實(shí)踐如何表達(dá)這種關(guān)系？問題2：高階思維的結(jié)構(gòu)是線性的還是非線性的，具體課型的問題情境如何與之相融合？

首先，創(chuàng)建了分析能力的發(fā)展基礎(chǔ).分析能力是人在思維中把客觀對象的整體分解為若干部分進(jìn)行研究、認(rèn)識(shí)的技能和本領(lǐng).問題情境的功能之一就是讓學(xué)生產(chǎn)生困頓心理，達(dá)到懂其理卻不可名狀之態(tài).這是分析能力形成的心理學(xué)基礎(chǔ).分析本身具有指向性和對環(huán)境的依賴，因?yàn)榉治霾荒茏詣?dòng)發(fā)生，創(chuàng)設(shè)問題情境需要帶著明確目的去設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)環(huán)境.例如展示游樂場中摩天輪做圓周運(yùn)動(dòng)的生活場境，讓學(xué)生建立模型分析向心力的來源，展示瀑布下落自然場景，讓學(xué)生分析動(dòng)能從哪里來等，這行問題情境都是分析能力發(fā)展的基礎(chǔ).

其次，提升了綜合能力的培養(yǎng)效能.綜合能力簡指整體能力，是把客觀存在的各個(gè)要素、層次和規(guī)定性，用一定線索把它們聯(lián)系起來，從中發(fā)現(xiàn)它們之間的本質(zhì)關(guān)系和發(fā)展的規(guī)律.問題情境飽含著豐富信息，當(dāng)它引發(fā)學(xué)生沉思、聯(lián)想和想象等狀態(tài)時(shí)，學(xué)生將會(huì)產(chǎn)生不竭的學(xué)習(xí)動(dòng)力，學(xué)習(xí)思維將會(huì)實(shí)現(xiàn)外驅(qū)向內(nèi)驅(qū)轉(zhuǎn)化，學(xué)生“思維之鍵”于此處啟動(dòng)，積極思維促使高效思考，綜合能力得到生長.比如在驗(yàn)證力的平行四邊形定則的實(shí)驗(yàn)中，首先讓兩個(gè)學(xué)生提起來一桶水，再由一個(gè)學(xué)生提起同樣一桶水，借助這樣的實(shí)際情境讓學(xué)生思考如何確定合力與分力，需要哪些實(shí)驗(yàn)器材，有需要注意哪些問題？最后讓學(xué)生動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn).該過程較好地發(fā)展了學(xué)生的遷移、物理建模和聯(lián)想的能力.

再次，搭設(shè)了評(píng)價(jià)能力的形成平臺(tái).評(píng)價(jià)能力指根據(jù)所獲取資料、證據(jù)等信息對事物、現(xiàn)象做出評(píng)估性結(jié)論的能力.問題情境中評(píng)價(jià)能力的形成在于信息與證據(jù)獲取、信息篩選與甄別、事實(shí)分析與判斷和結(jié)論形成與反思.基于問題情境的評(píng)價(jià)是情、理、人的統(tǒng)一，是外部情境、實(shí)在規(guī)律和主體判斷的統(tǒng)一體，是主客觀交互的過程，是評(píng)價(jià)發(fā)生的平臺(tái)和載體.比如通過傳動(dòng)帶運(yùn)輸貨物的情境學(xué)習(xí)摩擦力方向，讓學(xué)生思考靜摩擦力是否一定發(fā)生在靜止的物體之間，在質(zhì)點(diǎn)概念形成的過程中教師呈現(xiàn)各種不同的運(yùn)動(dòng)情景讓學(xué)生評(píng)估質(zhì)點(diǎn)概念在不同情景的適切性.

最后，誘發(fā)了創(chuàng)新能力的啟動(dòng)程序.創(chuàng)新能力是由部分思維能力綜合而來，主要包括系統(tǒng)性思維能力、創(chuàng)造性思維能力和實(shí)踐能力.鐘啟泉教授指出發(fā)展高階思維，要以高階學(xué)習(xí)活動(dòng)予以支持，要開展問題求解的學(xué)習(xí)活動(dòng)，要形成知識(shí)共享、互動(dòng)合作的學(xué)習(xí)模式，注重環(huán)境營造，注重教師有意義地引導(dǎo).創(chuàng)新能力是高階思維能力的最高層級(jí)，將思維問題化，實(shí)現(xiàn)問題情境化，學(xué)會(huì)在情境中思考問題.就教學(xué)而言，問題情境必然以學(xué)習(xí)者為中心，能夠支持高階思維活動(dòng)，注重從不同視角挖掘問題情境的思維線索，能夠有效地培養(yǎng)系統(tǒng)思維能力，發(fā)展創(chuàng)造性思維.當(dāng)思維活動(dòng)與問題情境實(shí)現(xiàn)深度融合時(shí)，創(chuàng)新能力的啟動(dòng)鍵將被觸發(fā)，創(chuàng)新程序得以誘發(fā).

2 促進(jìn)高階思維能力發(fā)展的教學(xué)實(shí)踐

高階思維能力發(fā)展需要與具體教學(xué)活動(dòng)相融合.筆者以“速度”教學(xué)為例設(shè)計(jì)了問題情境在發(fā)展高級(jí)思維能力過程中需要經(jīng)歷認(rèn)知沖突、境理相錯(cuò)、反視評(píng)價(jià)和應(yīng)用創(chuàng)造4個(gè)進(jìn)階過程.

2.1 借用“沖突情境”發(fā)展分析能力

新課導(dǎo)入應(yīng)著眼于思維觸動(dòng)，于平常之現(xiàn)象挖掘有用之問題，依托情境搭載思維，憑借“問題”發(fā)展分析能力，沖突情境基于認(rèn)知沖突通過情境對思維的刺激實(shí)現(xiàn)思維由平衡態(tài)向不平衡的轉(zhuǎn)化.新課伊始可設(shè)計(jì)如下過程：（1）教師播放飛機(jī)、汽車、摩托車賽跑的視頻并展示短跑情景與運(yùn)動(dòng)員在各個(gè)位置的時(shí)刻數(shù)據(jù)；（2）讓學(xué)生在視頻播放前先說一說對3種交通工具的基本看法，在觀看后思考如何解釋看到的現(xiàn)象并依據(jù)初中所學(xué)知識(shí)，初步提出“描述運(yùn)動(dòng)快慢”的辦法.

教學(xué)實(shí)踐中“飛機(jī)跑的快摩托車跑的慢”是學(xué)生的普遍認(rèn)識(shí)，問題情境的呈現(xiàn)顛覆了學(xué)生的原有認(rèn)知.教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生觀察并思考生活中與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的現(xiàn)象，在視頻和數(shù)據(jù)分析的“沖突”中反思自己的錯(cuò)誤認(rèn)知，結(jié)合自己的生活感受感知運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，借此發(fā)展分析能力.

2.2 利用“境理相錯(cuò)”培養(yǎng)綜合能力

境理相錯(cuò)是指把問題情境與物理道理按照教學(xué)邏輯相融合，培養(yǎng)綜合能力就是建立問題情境與物理規(guī)律之間的關(guān)聯(lián)，做到情境思維化，思維問題化和可視化，調(diào)動(dòng)學(xué)生感官促使深度學(xué)習(xí)發(fā)生.當(dāng)學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突之后，如何剝離錯(cuò)誤認(rèn)知保留合理經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)認(rèn)知科學(xué)化首當(dāng)其沖，這是綜合能力培養(yǎng)的基本過程.

首先，教師提出問題——如何描述運(yùn)動(dòng)的快慢，為什么描述運(yùn)動(dòng)方向需要把路程改成位移，為什么不可以使用時(shí)間與位移的比值描述運(yùn)動(dòng)的快慢.學(xué)生需要提出比較運(yùn)動(dòng)快慢的具體方案，思考如何解決所提方案中“運(yùn)動(dòng)方向”的問題，結(jié)合自身生活體驗(yàn)分析用時(shí)間與位移的比值描述運(yùn)動(dòng)快慢的弊端.緊接著教師誘導(dǎo)學(xué)生分析初中階段速度概念與高中階段速度概念的不同，結(jié)合生活實(shí)際提出概念建立需要切合認(rèn)知習(xí)慣，促進(jìn)綜合能力.其次，創(chuàng)設(shè)繞圈實(shí)驗(yàn)——教師圍繞教室走動(dòng)一圈.提出如下問題，整個(gè)過程平均速度如何，如何描述運(yùn)動(dòng)員在某一時(shí)刻運(yùn)動(dòng)的快慢，平均速度與瞬時(shí)速度有何區(qū)別及聯(lián)系.學(xué)生則利用圓規(guī)畫圓，思考瞬時(shí)速度為什么是平均速度在時(shí)間趨于0時(shí)的極限值并說明其物理意義.該過程通過對運(yùn)動(dòng)時(shí)間逐漸變短的分析，讓學(xué)生體會(huì)極限思想，培養(yǎng)具有極限意識(shí)的科學(xué)思維，形成平均速度與瞬時(shí)速度的概念.

上述兩個(gè)步驟在綜合能力培養(yǎng)過程中，始終依托問題情境，在問題分析中讓思維逐層遞進(jìn)，既順接先前問題情境，又創(chuàng)設(shè)繞圈運(yùn)動(dòng)的演示實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)與問題分析中把握科學(xué)方法掌握物理概念，綜合能力得到有效培養(yǎng).

2.3 依托“反思評(píng)價(jià)”促進(jìn)評(píng)價(jià)能力

速度概念學(xué)習(xí)過程中如何評(píng)價(jià)科學(xué)概念的合理性與可行性值得研究.這涉及到評(píng)價(jià)能力培養(yǎng)的問題.表現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）“瞬時(shí)速度是平均速度在時(shí)間趨于0時(shí)的極限值”僅僅只是思辨分析的結(jié)果，它的正確性需要進(jìn)一步探索和深化；（2）為什么速度概念的建立采用位移與對應(yīng)時(shí)間的比值，不沿襲路程與時(shí)間的比值，或者將比值因子雙方位置對調(diào)建立速度概念，依然需要深度思考和正確評(píng)價(jià).

創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境彌補(bǔ)思辨缺陷.利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器分析平均速度和瞬時(shí)速度評(píng)估二者關(guān)系.首先教師介紹打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作原理，演示使用規(guī)范.其次學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一條紙帶、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算平均速度，根據(jù)近似法算瞬時(shí)速度，得出科學(xué)結(jié)論深化極限關(guān)系.該過程依托實(shí)驗(yàn)情境培養(yǎng)了學(xué)生解決問題的科學(xué)探究能力，深化了平均速度與瞬時(shí)速度的概念，對兩者關(guān)系的評(píng)估起到了確證作用.

例舉同類概念推定認(rèn)知佯謬.將速度與密度進(jìn)行類比.速度和密度在建立的過程中都采取了比值定義法，這是利用密度來評(píng)估速度的理論基礎(chǔ).如果將密度定義為體積與質(zhì)量的比值，那就意味著在質(zhì)量不變的情況下，同一物質(zhì)體積增大的情況下密度也將增大，體積不變時(shí)如果質(zhì)量變大則密度減小.這顯然是不對的.對一個(gè)運(yùn)動(dòng)過程而言，如果采用時(shí)間和對應(yīng)位移的比值定義速度，那么在位移不變時(shí)間增加時(shí)速度將會(huì)變大.這就與速度大時(shí)間短的基本認(rèn)知相差太大.該過程中，同質(zhì)概念的類比推理及速度概念自身的直接比較對評(píng)價(jià)能力的培養(yǎng)尤為重要，教師需要讓學(xué)生明白評(píng)價(jià)某個(gè)概念建立的可行性既可以從概念自身出發(fā)還可以通過具有同類方法屬性的概念入手.

2.4 憑借“應(yīng)用創(chuàng)造”實(shí)現(xiàn)能力創(chuàng)新

課堂教學(xué)中的能力創(chuàng)新并非指讓學(xué)生創(chuàng)造出一套前所未用的東西，主要指讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)能力提升形成區(qū)別于他人對相同事物的不同見解，抑或能夠聯(lián)系所學(xué)知識(shí)創(chuàng)造性的解決教師所提出的問題，抑或自己提出問題形成方案并解決問題經(jīng)歷類似科學(xué)探究的過程.實(shí)踐是創(chuàng)新的源泉，教學(xué)中教師應(yīng)當(dāng)盡可能引導(dǎo)學(xué)生在知識(shí)應(yīng)用的學(xué)習(xí)實(shí)踐中提升創(chuàng)造力，培養(yǎng)創(chuàng)新品質(zhì)，盡可能多地在應(yīng)用創(chuàng)造的過程中發(fā)生高水平的思維活動(dòng)，整合已知信息，推理判斷，創(chuàng)造性地得出解決方案.

此時(shí)，教師可展示交通工具歷史演進(jìn)的圖片及其對社會(huì)發(fā)展的實(shí)例，并介紹交通事故案例等生活情境，讓學(xué)生思考交通工具的速度是不是越快越好，如何解決超速問題.學(xué)生則以小組討論形式分析交通工具的速度與社會(huì)、生活的關(guān)系，陳述利弊，提出限速、區(qū)間測速和智能交通等解決方案.

需要明確的是，針對上述生活情境，教師提出的問題或者學(xué)生研究的問題具有開放性特點(diǎn).因?yàn)橹挥虚_放性問題才能最大限度地培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維，恰恰它是能力創(chuàng)新所必須的，所以創(chuàng)新能力所必需的思維高于發(fā)散性思維表現(xiàn)出了聚合性特點(diǎn).其次，我們始終不能割裂生活情境的教學(xué)屬性，教師所呈現(xiàn)的情境應(yīng)當(dāng)服務(wù)于教學(xué)，依附于情境的問題過于宏大則會(huì)超越課堂，然而學(xué)生并不是現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)師或發(fā)明家，所設(shè)置的問題情境只是給學(xué)生朝該方向發(fā)展埋下一顆會(huì)發(fā)芽的種子而已，當(dāng)然也不能過于平淡細(xì)微，那樣會(huì)使思維培養(yǎng)的品味降低.

3 教學(xué)實(shí)踐對理論的回應(yīng)

教學(xué)實(shí)踐與教學(xué)理論分屬不同領(lǐng)域，課堂教學(xué)既是理論應(yīng)用于實(shí)踐的場所，也是實(shí)踐與理論相融合并檢驗(yàn)理論的實(shí)驗(yàn)田.課堂教學(xué)以其豐富充實(shí)了理論，以其多樣化拓展了理論.筆者嘗試從實(shí)踐的角度回答1.2節(jié)第一段中提出的兩個(gè)問題.

關(guān)于問題（1）.本節(jié)課設(shè)計(jì)了4個(gè)情境：飛機(jī)、汽車、摩托車賽跑的沖突情境，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)用案例的科學(xué)實(shí)驗(yàn)情境，師生做繞圈或畫圈運(yùn)動(dòng)的生活情境，密度與速度基于科學(xué)方法的類比情境，歷史與現(xiàn)實(shí)相呼應(yīng)的問題情境.按照普遍的教學(xué)認(rèn)知，一節(jié)課應(yīng)當(dāng)包含課堂導(dǎo)入、新知學(xué)習(xí)、理解深化、應(yīng)用鞏固和作業(yè)思考5個(gè)主要環(huán)節(jié)，理解速度概念建立過程中的比值定義法（科學(xué)方法）、科學(xué)思想（極限思想）對本節(jié)教學(xué)意義重大，而這也是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，教學(xué)實(shí)踐需要回答怎樣導(dǎo)入新課，怎樣落實(shí)比值定義法，怎樣落實(shí)極限思想，解決的是“怎么辦”的問題.我們認(rèn)為與“怎么辦”相聯(lián)系的高級(jí)思維能力包括分析能力、綜合能力，教學(xué)導(dǎo)入環(huán)節(jié)通過沖突情境誘發(fā)思維，培養(yǎng)分析能力，展開新知學(xué)習(xí)及深化理解環(huán)節(jié)通過實(shí)驗(yàn)情境與繞圈的生活情境培養(yǎng)綜合能力，落實(shí)科學(xué)方法與思想教育.

另外，解決“為什么”和“怎么樣”這兩個(gè)方面亦不可或缺，它是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與批判性思維的關(guān)鍵，換言之為什么采用位移與時(shí)間的比值定義速度而不采取時(shí)間與位移的比值定義速度，或者采用時(shí)間與位移的比值描述運(yùn)動(dòng)快慢會(huì)怎么樣，以及為何交通工具的速度不是越大越好，或者說交通工具速度越大就越有利于現(xiàn)代文明的發(fā)展嗎等問題需要在課堂教學(xué)中予以重視.筆者認(rèn)為與之相聯(lián)系的高階思維能力包括評(píng)價(jià)能力和創(chuàng)新能力.在知識(shí)鞏固環(huán)節(jié)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的操作案例評(píng)估與驗(yàn)證思辨結(jié)果的正確性，利用密度概念建立過程所用方法與速度的一致性找到類比情境評(píng)價(jià)速度概念建立的合理性.在作業(yè)思考環(huán)節(jié)利用問題情境促進(jìn)學(xué)生思考科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與我的關(guān)系培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力.

關(guān)于問題（2）.教學(xué)是多維的、非線性的，發(fā)展何種高階思維受制于教學(xué)主客觀環(huán)境，所以不同高階思維對應(yīng)于不同的問題情境，同一高階思維可以利用不同問題情境培養(yǎng).反過來相同的問題情境也可以培養(yǎng)層次各異的高階思維.換句話如果以問題情境為自變量高級(jí)思維為因變量，那么他們的關(guān)系就是非線性的.利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來驗(yàn)證極限思想培養(yǎng)了評(píng)價(jià)能力與綜合能力，飛機(jī)、汽車、摩托車賽跑的沖突情境培養(yǎng)了分析與概括能力，依附于生活情境的問題鏈則有利于分析與綜合能力和創(chuàng)造性思維的發(fā)展.對具體課型教師應(yīng)當(dāng)認(rèn)真分析需要培養(yǎng)的思維類型、遵循非線性關(guān)系合理選擇問題情境圍繞“思維”設(shè)計(jì)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)情、境、理自洽融合，讓問題情境成為思維發(fā)展強(qiáng)有力的支撐.

4 研究總結(jié)

雖然問題情境具有具有教學(xué)屬性有預(yù)設(shè)的特點(diǎn)，我們卻不能忽視情境的自然屬性，即情境的真實(shí)性.情境越真實(shí)思維發(fā)生的過程也就越自然，創(chuàng)設(shè)沖突情境就應(yīng)體現(xiàn)情境之真與認(rèn)知之實(shí)，據(jù)此培養(yǎng)分析能力.不能忽略情境的科學(xué)理性，建構(gòu)和諧課堂應(yīng)當(dāng)借“境”學(xué)“理”、借境悟理，在境理相錯(cuò)中有意識(shí)的培養(yǎng)綜合能力.不能拋卻知識(shí)間的固有邏輯，依據(jù)這種邏輯確定情境間和情境內(nèi)基本問題的關(guān)系.根據(jù)這些關(guān)系調(diào)動(dòng)元認(rèn)知表達(dá)情境的育人性，促進(jìn)評(píng)價(jià)能力提升.不能輕視情境的實(shí)踐性，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在情境中實(shí)踐所學(xué)，在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造，培養(yǎng)創(chuàng)造性能力.