丁美予，陳紅君，陳留定

摘? ?要：高階思維培養(yǎng)一直以來是國家教育改革與物理學(xué)科教學(xué)的雙重需求。文章基于已有教學(xué)模式，提出“創(chuàng)設(shè)問題情境—巧用演示實驗—小組合作探究—設(shè)置相關(guān)問題—建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)”的教學(xué)設(shè)計流程，并以“法拉第電磁感應(yīng)定律”為例進行課堂實踐，希望以此為一線教師培養(yǎng)學(xué)生物理高階思維能力提供啟發(fā)與借鑒。

關(guān)鍵詞：高中物理;高階思維;教學(xué)設(shè)計;法拉第電磁感應(yīng)定律

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）11-0028-4

2019年頒布的《國務(wù)院辦公廳關(guān)于新時代推進普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見》中明確指出，深化改革高考命題，重點鍛煉與考查學(xué)生運用知識分析和解決實際問題的能力，重視培育具備自主創(chuàng)新思維與實踐能力的高中生。根據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》，物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成內(nèi)容之一 ——科學(xué)思維，要求培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力、創(chuàng)造性思維能力，以及在真實情境中的解決問題能力。而批判性思維能力、創(chuàng)新能力、問題解決能力等屬于高階思維能力的范疇，可見，“如何有效培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力”不僅是國家教育改革的方向，也是物理學(xué)科教學(xué)重點關(guān)注的內(nèi)容。因此，本研究主要結(jié)合“法拉第電磁感應(yīng)定律”教學(xué)設(shè)計，探索如何將高階思維能力培養(yǎng)真正落實到高中物理課堂教學(xué)中。

1? ? 高階思維

1.1? ? 高階思維的內(nèi)涵

當(dāng)前對于高階思維的理解角度較多，如：布魯姆教育目標(biāo)分類視角、問題解決視角等。本研究認為，高階思維是一種發(fā)生在較高階的認知心理水平層次上的心智變化活動或較高層次的心理認知能力。在實踐方面主要表現(xiàn)為學(xué)生在生活或?qū)W習(xí)中遇到難題時，整合已知信息，通過推理、判斷得出解決方案的整個思維過程之中的能力。具體由解決問題、決策制定、批判性思維以及創(chuàng)造性思維能力4個部分共同構(gòu)成[1]。

1.2? ? 基于高階思維培養(yǎng)的教學(xué)模式

1.2.1? ? 已有教學(xué)模式

當(dāng)前培養(yǎng)高階思維的教學(xué)模式主要有：第一，支架式教學(xué)，該模式通過創(chuàng)設(shè)生活化情境，引發(fā)學(xué)生求知欲，搭建腳手架引導(dǎo)學(xué)生持續(xù)思考，培養(yǎng)學(xué)生思考、分析與解決問題的能力[2];第二，拋錨式教學(xué)，該模式以具有懸念的問題情境——“錨”導(dǎo)入課堂，激發(fā)學(xué)生思考、猜想和探索，促進學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展[3];第三，隨機進入教學(xué)，該模式通過引導(dǎo)學(xué)生在所呈現(xiàn)的基本情境中實施小組協(xié)作學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生全面掌握所學(xué)知識，提高自主學(xué)習(xí)能力[4]。

以上教學(xué)模式都強調(diào)通過創(chuàng)設(shè)情境與協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力?？梢?，良好的問題情境是發(fā)展學(xué)生問題解決與決策能力的前提，小組協(xié)作學(xué)習(xí)更是培養(yǎng)學(xué)生合作探究能力的有效方式。

但以上3種教學(xué)模式仍然存在一些不足之處：第一，3種教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生的側(cè)重點有所不同，不夠全面，比如拋錨式教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，隨機進入教學(xué)注重學(xué)生對知識的全面掌握;第二，缺乏對于所學(xué)知識的總結(jié)與梳理環(huán)節(jié)，缺乏對知識網(wǎng)絡(luò)的建構(gòu);第三，缺乏將知識應(yīng)用于實際問題的環(huán)節(jié)。

1.2.2? ? 本研究的教學(xué)模式

通過對已有教學(xué)模式的分析、借鑒，形成了本研究基于高階思維培養(yǎng)的教學(xué)模式，該教學(xué)模式主要包括三部分：課堂導(dǎo)入、課堂講授以及課堂小結(jié)，具體由五個環(huán)節(jié)構(gòu)成，如圖1所示。

2? ? 基于高階思維培養(yǎng)的教學(xué)過程及分析

“法拉第電磁感應(yīng)定律”是典型的物理規(guī)律課，是高中物理電磁學(xué)部分的核心內(nèi)容，是對電場和磁場之間關(guān)系的深入認識，要求學(xué)生理解并掌握法拉第電磁感應(yīng)定律，并通過實驗探究法拉第電磁感應(yīng)定律的建立過程，培養(yǎng)學(xué)生思考、探究與實踐的能力。但該部分知識較為抽象，以高中生已有的思維水平并不容易理解。因此，以“法拉第電磁感應(yīng)定律”為例，將本研究的教學(xué)模式進行應(yīng)用與實踐，以激活學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、科學(xué)探究以及分析和解決問題的能力，進而發(fā)展學(xué)生的高階思維能力。

2.1? ? 環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)問題情境，引發(fā)學(xué)生主動思考

教師通過幻燈片向?qū)W生展示新款智能手機圖片，簡單介紹手機的發(fā)展歷程，引出智能手機的新型充電方式——無線充電。播放一段有關(guān)手機無線充電的演示視頻，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并以此為背景，創(chuàng)設(shè)問題情境：無線充電中的電流是如何產(chǎn)生的？引發(fā)學(xué)生思考無線充電的原理。學(xué)生回顧電流的產(chǎn)生條件，發(fā)現(xiàn)在無線充電的過程中并沒有電源的存在，從而產(chǎn)生認知沖突，激發(fā)學(xué)生對于“是什么產(chǎn)生了電流”的探究欲望，進而引入本節(jié)課的內(nèi)容。

分析：該部分以學(xué)生經(jīng)常使用、處處可見的智能手機無線充電技術(shù)為切入點，進行情境創(chuàng)設(shè)，進而使學(xué)生回顧電流產(chǎn)生的條件，形成認知沖突，充分調(diào)動學(xué)生主動思考的積極性，誘導(dǎo)學(xué)生對接下來要學(xué)習(xí)的新知識產(chǎn)生強烈興趣和探究欲望。

2.2? ? 環(huán)節(jié)二：巧用演示實驗，激活學(xué)生思維

教師引入新課后，使用教具進行演示實驗（圖2），分別將磁鐵插入線圈和把靜置在線圈中的磁鐵抽出，讓學(xué)生觀察在這兩個過程中產(chǎn)生的實驗現(xiàn)象。學(xué)生發(fā)現(xiàn)：兩種情況下，靈敏電流計的指針都發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。教師提出問題：在這個沒有外加電源的裝置中，靈敏電流計的指針為什么仍舊發(fā)生偏轉(zhuǎn)呢？學(xué)生可能會感到疑惑，教師進一步引導(dǎo)學(xué)生思考：在磁鐵插入或抽出線圈時，這個裝置中什么發(fā)生了變化？學(xué)生經(jīng)過思考，發(fā)現(xiàn)線圈中的磁通量發(fā)生了變化。在此基礎(chǔ)上，教師將其與電路中產(chǎn)生電流的條件進行類比分析，進一步總結(jié)得出感應(yīng)電動勢的概念。

分析：利用演示實驗通過有效提問，激發(fā)學(xué)生思維，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，逐步探索并理解感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生原因。通過親眼所見、親身體驗的方式，讓學(xué)生感知物理實驗現(xiàn)象，充分調(diào)動學(xué)生的物理求知欲和思維積極性，促進深入思考，從而起到發(fā)展學(xué)生思維的作用。

2.3? ? 環(huán)節(jié)三：小組合作探究，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力

教師提出問題：磁通量的變化量和感應(yīng)電動勢的大小存在怎樣的關(guān)系呢？組織學(xué)生分組進行實驗探究，具體步驟如下：

（1）教師提供條形磁鐵、線圈、靈敏電流計以及導(dǎo)線，學(xué)生自由分組，小組內(nèi)制定實驗方案;

（2）學(xué)生小組合作進行實驗，教師觀察各小組的實驗情況，并解答問題;

（3）學(xué)生得出結(jié)論：條形磁鐵插入線圈的速度快慢不同，單位時間內(nèi)磁通量的變化量不同，即磁通量變化率■不同，感應(yīng)電動勢的大小就不同;

（4）請各組學(xué)生上臺演示實驗并分析實驗方案，其他小組對其進行評價。

教師結(jié)合每個小組在此過程中的具體表現(xiàn)，對各個成員自主學(xué)習(xí)能力、問題解決能力、創(chuàng)造能力等方面作出相應(yīng)評價與反饋。最后，教師與學(xué)生共同總結(jié)實驗結(jié)論，得出本節(jié)課的重點內(nèi)容——法拉第電磁感應(yīng)定律：閉合電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比，即E=n■。

分析：通過小組合作的形式，讓學(xué)生自主設(shè)計實驗方案，探究法拉第電磁感應(yīng)定律的建立過程，使學(xué)生經(jīng)歷“發(fā)現(xiàn)物理問題、制定解決方案、實施方案、分析實驗結(jié)論”的一系列探究過程，最終實現(xiàn)問題的解決，并從中獲取物理知識，有效實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生合作探究與交流、自主思考與探索、創(chuàng)造能力、批判能力、問題決策能力等。除此之外，通過小組互評與教師評價相結(jié)合的方式，對學(xué)生在討論、實驗過程中表現(xiàn)出的思維能力進行評價與反饋，進一步促進學(xué)生思維水平的發(fā)展[5]。

2.4? ? 環(huán)節(jié)四：設(shè)置相關(guān)問題，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧一開始提出的有關(guān)智能手機無線充電原理的問題，學(xué)生嘗試運用已學(xué)知識對此作出解釋：利用交流電使線圈產(chǎn)生了變化的磁場，磁通量發(fā)生變化，進而產(chǎn)生了電動勢來給手機充電。教師介紹生活中除了無線充電以外，還有很多科技也利用了同樣的原理，并給學(xué)生留一個課后小作業(yè)“去尋找身邊應(yīng)用電磁感應(yīng)現(xiàn)象的例子，下節(jié)課大家一起來分享一下”，啟發(fā)學(xué)生將剛才所學(xué)的知識進一步應(yīng)用于物理問題的實際解決中，提升問題解決能力。

分析：在教學(xué)過程中，通過對相關(guān)問題的解決，既能夠有效實現(xiàn)學(xué)生對知識的深度理解與掌握，也能夠進一步發(fā)展學(xué)生的高階思維。在本節(jié)教學(xué)設(shè)計中，通過對課堂導(dǎo)入問題的解決，引發(fā)學(xué)生對本節(jié)物理知識的進一步理解與應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生在日常生產(chǎn)與生活中應(yīng)用所學(xué)物理知識分析與解決問題的能力[6]。

2.5? ? 環(huán)節(jié)五：建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)，發(fā)展學(xué)生的高階思維

教師讓學(xué)生回顧并梳理本節(jié)課所學(xué)的“法拉第電磁感應(yīng)定律”的相關(guān)知識，并用思維導(dǎo)圖的形式呈現(xiàn)出來。學(xué)生使用思維導(dǎo)圖展示學(xué)習(xí)成果（圖3），進行課堂總結(jié)，教師補充其不完整的部分，并對其認識不準(zhǔn)確的部分作出反饋與糾正。

分析：在課堂小結(jié)部分，教師引導(dǎo)學(xué)生梳理本節(jié)課所學(xué)知識，圍繞“法拉第電磁感應(yīng)定律”這一主題，將本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容進行展開和細化，明確各個知識點的內(nèi)容與其中的聯(lián)系，形成本節(jié)內(nèi)容的知識網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建思維導(dǎo)圖。在這一過程中，一方面可以鍛煉學(xué)生對物理知識進行理解與分析的能力;另一方面通過思維導(dǎo)圖也可以展示學(xué)生對于該部分知識理解的深度，以及分析和解決問題的整個思維過程。這既有助于教師對學(xué)生思維水平的了解，也能夠進一步促進學(xué)生高階思維能力的發(fā)展[7]。

3? ? 反思與小結(jié)

從教學(xué)方式上看，該教學(xué)模式采用了創(chuàng)設(shè)情境、演示實驗、思維導(dǎo)圖等多種方式相結(jié)合，豐富課堂教學(xué)形式，誘發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機，鍛煉學(xué)生思維;從教學(xué)流程上看，該教學(xué)模式層層遞進，從思考到合作探究，再到實踐與應(yīng)用;最后，以思維導(dǎo)圖的形式進行總結(jié)，學(xué)生的思維水平在此過程中得到不斷發(fā)展與提升。

因此，該教學(xué)模式對當(dāng)前高中物理教師培養(yǎng)學(xué)生高階思維的教學(xué)設(shè)計具有一定借鑒意義：第一，基于高階思維培養(yǎng)的物理教學(xué)設(shè)計應(yīng)該結(jié)合多種教學(xué)方式，豐富課堂教學(xué)形式，適當(dāng)融入各種思維活動，發(fā)揮物理實驗的優(yōu)勢，讓學(xué)生在思考與探究中發(fā)展其決策能力、問題解決能力、創(chuàng)造能力;第二，基于高階思維培養(yǎng)的物理教學(xué)設(shè)計應(yīng)該注重實際物理問題的解決，只有學(xué)生將物理知識真正應(yīng)用于實際生活或科技問題情境中時，學(xué)生對于物理知識的理解才能更加深入，學(xué)生的問題解決能力等物理高階思維能力才能得到進一步提升[8]。

參考文獻：

[1]丁美予，陳紅君.物理高階思維能力的內(nèi)涵及其認知表現(xiàn)層次研究[J].中學(xué)物理，2020，38（21）：2-4.

[2]徐勇.“支架式教學(xué)模式”在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用例析[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2015，44（10）：21-23.

[3]陳冠群，黃樹生.“拋錨式教學(xué)”在物理課堂實驗中的嘗試[J].上海教育科研，2014（03）：89-90.

[4]吳俊生，詹偉琴.隨機進入教學(xué)法在物理教學(xué)中的應(yīng)用——以“摩擦力”一節(jié)為例[J].物理通報，2018（03）：30-34.

[5]陳進文.指向深度思考的深度教學(xué)——以“重力”教學(xué)為例[J].物理教學(xué)，2019，41（12）：13-15.

[6]曾志旺.物理教學(xué)中基于問題的高階思維培養(yǎng)策略[J].湖南中學(xué)物理，2017（02）：7-9.

[7]鄧泓.高中物理教學(xué)中高階思維能力的培養(yǎng)探究[D].西安：陜西師范大學(xué)，2015：26-27.

[8]陳世春.“浮力+密度”相互融合 培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力——以“借助浮力知識測量密度”教學(xué)為例[J].物理教學(xué)，2020，42（09）：47-49.

（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）