李梅 房頤

摘要：高階思維是發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動。物理是一門在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維尤其是高階思維方面具有獨特優(yōu)勢的學(xué)科。通過多角度多層次、探究式開放式、驅(qū)動型挑戰(zhàn)型問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“分析”“評價”和“創(chuàng)造”等認(rèn)知活動，發(fā)展高階思維。

關(guān)鍵詞：高階思維;問題引導(dǎo);物理教學(xué)

本文系江蘇省南京市教育科學(xué)研究“十三五”規(guī)劃2020年度課題“指向?qū)W生科學(xué)思維素養(yǎng)培育的高中物理教學(xué)實踐研究”（編號：L/2020/040）的階段性研究成果。高階思維是發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動，對應(yīng)布魯姆教育目標(biāo)分類學(xué)中的“分析”“評價”和“創(chuàng)造”認(rèn)知層次。思維是可以教授的，可以通過教育加以訓(xùn)練和調(diào)控。鐘志賢認(rèn)為，發(fā)展學(xué)習(xí)者高階思維能力的最有效方式，是融合于具體教學(xué)活動之中，而不是開設(shè)專門的、單獨的課程。鐘志賢.如何發(fā)展學(xué)習(xí)者高階思維能力[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2005 （4）：78。華東師范大學(xué)鐘啟泉教授認(rèn)為，發(fā)展高階思維需要高階學(xué)習(xí)活動的支持，而高階學(xué)習(xí)活動是一種以學(xué)習(xí)者為中心的、開展問題求解的學(xué)習(xí)活動?！锻ㄟ^設(shè)計來理解》一書的作者威金斯指出，現(xiàn)代課程的基本單位是“問題”，教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時要通過問題的設(shè)計將知識重組，以促進(jìn)學(xué)生高階思維能力的發(fā)展。林勤.思維的躍遷：高階思維能力的培養(yǎng)及教學(xué)方式[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2016：5。這強(qiáng)調(diào)了問題引導(dǎo)在高階思維培養(yǎng)方面的作用。對此，我們在高中物理教學(xué)中做了積極的探索。

一、通過多角度、多層次問題，引導(dǎo)“分析”

“分析”是指把材料分解成它的組成部分，并確定這些部分之間的相互關(guān)系。從認(rèn)知過程來看，“分析”對應(yīng)的是思維的發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)。所謂通過問題引導(dǎo)學(xué)生分析，是指教師通過問題設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生將學(xué)習(xí)材料分解成部分，使各部分之間的關(guān)系更加明確，使材料的組織結(jié)構(gòu)更為清晰，從而促進(jìn)學(xué)生更好地理解材料。

【案例1】人教版高中物理必修二第五章第一節(jié)《曲線運動》一課教學(xué)

（師生共同研究了曲線運動的速度方向之后。）

師物體做曲線運動需要什么條件？

生需要受力。

師還有別的條件嗎？

生受力不能為零。

師好，我們可以嘗試反過來想，如果物體不受力或所受合力為零，它將做什么運動？

生物體應(yīng)該就是做勻速直線運動或者靜止了。

師很好，誰能從動力學(xué)角度分析為什么做曲線運動的物體所受合力一定不為零？

生因為物體做曲線運動，所以速度的方向在改變;速度的方向在改變，那加速度就一定不為零，所以物體受到的合力一定不為零。

師說得很好，看來做曲線運動的物體受到的合力不可能為零！那么這是物體做曲線運動的充分必要條件嗎？

生不是，因為如果物體受力不為零，還有可能是做變速直線運動。

師你的想法很有道理，那么你覺得怎樣表述才更完整呢？

生應(yīng)該是物體所受合力的方向與它的速度方向不在同一直線上，物體才做曲線運動。

師除了動力學(xué)角度，我們還可以從什么角度來分析曲線運動的條件是速度方向與受力方向不在一條直線上？

生（思考片刻后）可以嘗試從運動學(xué)角度分析。因為速度的變化量也是矢量，為了讓速度矢量的方向發(fā)生變化，速度的變化矢量與速度矢量必然不在一條直線上，也就意味著加速度矢量與速度矢量不在一條直線上。

曲線運動的條件對學(xué)生而言是比較抽象的內(nèi)容，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的思維往往是比較被動和薄弱的。于是，教師通過一系列多角度、多層次的問題，為學(xué)生搭建思維的階梯，鼓勵學(xué)生從不同角度看問題，促使學(xué)生在聆聽他人、思考分析的過程中歸納出一般性的原理。第一位學(xué)生認(rèn)為曲線運動的條件是“受合力不能為零”，教師沒有直接給出對與錯的判斷，而是引導(dǎo)學(xué)生嘗試反向思考，通過提出一個假設(shè)性的問題，突出第一位學(xué)生表述中合理的地方。同時，通過新的問題引導(dǎo)學(xué)生從充分、必要的角度探討這一表述中不完善的地方。這里的問題引導(dǎo)基于學(xué)生思考的邏輯，既肯定合理又挖掘不足，使學(xué)生對曲線運動條件的表述越來越完善。在多角度、多層次問題引導(dǎo)下的分析活動中，學(xué)生成為討論者、發(fā)現(xiàn)者、辯論者、提問者、探究者，在積極的思維活動中，學(xué)生“分析”的高階思維得到了提高。

二、通過探究式、開放式問題，引導(dǎo)“評價”

“評價”是指依據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)對某一操作進(jìn)行檢查、判斷。高階思維的本質(zhì)是能夠?qū)λ季S進(jìn)行評價的思維，可以說“評價”是高階思維的核心——它是在“分析”基礎(chǔ)上的批判;同時，它的發(fā)展結(jié)果就是“創(chuàng)造”。教學(xué)中，教師可通過探究式、開放式問題引導(dǎo)學(xué)生在深入反思、批判、評估的基礎(chǔ)上作出決策。

【案例2】人教版高中物理必修二第八章第五節(jié)《實驗：驗證機(jī)械能守恒定律》一課教學(xué)

（學(xué)生組裝實驗裝置，完成驗證實驗，得到實驗數(shù)據(jù)。）

師我們得到了實驗的數(shù)據(jù)，它們?nèi)绾握f明機(jī)械能守恒？

生根據(jù)mgh=12mv2。

師可否具體說說你是如何處理數(shù)據(jù)的？

生（意識到自己說得不夠詳細(xì)）就是測量第一個點到任意點的距離，算出打下該點時紙帶的速度，代入數(shù)據(jù)，可以驗證機(jī)械能是否守恒。

師好，你選擇的是從靜止?fàn)顟B(tài)開始到任意位置處，看機(jī)械能是否發(fā)生變化。還有沒有別的方案？

生（似乎受到教師“從靜止?fàn)顟B(tài)開始”的啟發(fā)）老師，不一定要從靜止開始。我們可以在紙帶上找到任意兩個清晰的點，算出兩個點的速度，并測量出兩點之間的距離，然后根據(jù)mgΔh=Δ12mv2驗證該過程中機(jī)械能是否守恒。

師很有道理！一位同學(xué)從靜止開始研究，一位同學(xué)從任意位置開始研究，大家用兩種方法都試試看，你們的實驗中機(jī)械能是否守恒？

（學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。）

師同學(xué)們用了兩種方法處理數(shù)據(jù)，分別有什么體會？

生兩種方法差不多，在誤差允許的范圍內(nèi)都能說明機(jī)械能是守恒的。

生從靜止開始有點麻煩，因為先打開打點計時器，后釋放紙帶，第一個點比其他點都要大，所以測量的時候可能誤差會大一些。

生對啊，我們甚至不能確定釋放紙帶的瞬間打點計時器是不是正好打下了一個點。

師怎么才能確定釋放紙帶的瞬間是不是打下了一個點呢？

生前三段相鄰兩點間的距離應(yīng)該滿足1∶3∶5。

生那還需要量后面的，直接量第一段是不是h1=12gt2=2 mm就行了。

師說得很好！如果要用mgh=12mv2的方法，從靜止開始考慮機(jī)械能的變化，那需要的條件相對苛刻一些，我們得判斷釋放紙帶的瞬間，打點計時器是不是正好打下了一個點。雖然看起來我們的計算量相對小一些，但是得挑選合適的紙帶才行。

生所以還是用第二種方法mgΔh=Δ12mv2驗證更好。

師有道理！但是我們?nèi)〉氖羌垘想S機(jī)的兩個點，如果這兩個點在讀數(shù)或計算時出現(xiàn)了誤差，會對我們的實驗結(jié)果產(chǎn)生什么影響？

生那結(jié)果就不可信了，實驗失敗。

師那我們要如何規(guī)避這方面的風(fēng)險呢？

生我們應(yīng)該多測幾組，如果絕大多數(shù)結(jié)果都說明機(jī)械能是近似不變的，那我們就可以說機(jī)械能是守恒的。

師那我們該如何記錄數(shù)據(jù)呢？是否可以用一張表格將所有點的數(shù)據(jù)都列出來，然后逐一進(jìn)行比較？

生老師，我覺得還可以作圖。

師怎樣作圖會比較容易說明機(jī)械能是否守恒呢？

生（經(jīng)過一陣思考后）老師，不妨作h和v2關(guān)系的圖像，這樣圖線是直線，只要說明斜率是12g，就能說明物體的機(jī)械能是守恒的。

（學(xué)生討論了一陣，覺得這個方法既準(zhǔn)確，又比較直觀，大家達(dá)成共識。）

在討論數(shù)據(jù)處理時，第一位學(xué)生一開始的回答只是說明了原理，并未說明應(yīng)如何處理實驗數(shù)據(jù)來驗證機(jī)械能是否守恒。教師通過追問，引導(dǎo)學(xué)生向他人解釋自己觀點的具體含義，從而促進(jìn)學(xué)生對思維結(jié)果的深層加工。學(xué)生在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，教師通過問題引導(dǎo)學(xué)生反思自己的解決過程，鼓勵學(xué)生交流體會。有學(xué)生認(rèn)為“兩種方法差不多”，但是受同伴的啟發(fā)，有新的思考，同時自己對數(shù)據(jù)處理的精益求精又帶動了其他學(xué)生對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的追求。教師通過一系列探究式、開放式問題，鼓勵學(xué)生討論兩種方案的優(yōu)缺點以及記錄數(shù)據(jù)的方式。討論不僅著眼于方案本身，更注重引導(dǎo)學(xué)生對方案進(jìn)行評價，通過傾聽他人、思考分析，發(fā)現(xiàn)他人方案中的不足，并及時指出（評價），修改完善，甚至設(shè)計出新的解決方案（創(chuàng)造），重新予以評價。這樣的思維過程既包含了生成性思維，又張揚了批判性思維，符合高階思維能力培養(yǎng)的要素。林勤.思維的躍遷：高階思維能力的培養(yǎng)及教學(xué)方式[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2016：20。

在探究式、開放式問題的引導(dǎo)下，學(xué)生會積極參與到評價活動中來。在合作互動的環(huán)境中，學(xué)生在問題引導(dǎo)下參與判斷、爭論、比較、批判、質(zhì)疑、辯論、評價、決定、選擇和證明等思維和對話活動。通過表達(dá)和相互解釋觀點，學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化，這是高階思維發(fā)展的關(guān)鍵。同時，教師在問題引導(dǎo)中的作用僅僅是說明、接受、指導(dǎo)，而不是對學(xué)生進(jìn)行控制與支配。教師要給予學(xué)生充分討論的時間，不要盲目追求結(jié)果，要尊重學(xué)生個體差異帶來的思維碰撞。這樣，學(xué)生的主動性才能更好地發(fā)揮，思維才能自由地生長。討論過程中要注重思路和方法的交流，才能有效促進(jìn)高階思維活動的開展，從而引發(fā)更為合理的創(chuàng)造。李梅.高中物理教材中批判性思維內(nèi)容的比較研究——以新舊人教版教材為例[J].物理通報，2021 （6）：154156。

三、通過驅(qū)動型、挑戰(zhàn)型問題，引導(dǎo)“創(chuàng)造”

“創(chuàng)造”是指將各要素進(jìn)行重新整合，形成一個新的模式或結(jié)構(gòu)。所謂通過問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造，是指通過問題引導(dǎo)學(xué)生用先前學(xué)到的知識，形成新的觀點，獲取新的信息，“創(chuàng)造”新的認(rèn)知。

【案例3】人教版高中物理必修三第十一章第五節(jié)《實驗：練習(xí)使用多用電表》一課教學(xué)

師上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了電壓表和電流表的電路結(jié)構(gòu)，我們發(fā)現(xiàn)，兩種電表都是在表頭的基礎(chǔ)上通過串聯(lián)或并聯(lián)擴(kuò)大表頭的電壓、電流的測量范圍。你能在前面學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，設(shè)計一個電路來測量電阻的阻值嗎？

生伏安法，直接用電壓表和電流表不就行了。

生還可以用替代法，基本思想是把未知電阻和已知阻值的電阻接入同一個電路，若回路中的電流大小相同，則兩個電阻的阻值就是相等的。

生還可以用電橋。

師是啊，我們有這么多種方法，看來大家對測量電阻的阻值有豐富的經(jīng)驗了。不過要注意各種方法的誤差不同。如果現(xiàn)在你手邊只有一個靈敏電流計、一個滑動變阻器和一個已知電動勢的電源，你能設(shè)計出一種電路用來測量未知電阻嗎？

（學(xué)生討論。）

生老師，這沒辦法測量，我們只能測出待測電阻和滑動變阻器、電源內(nèi)阻、靈敏電流計電阻之和，給我們的物理量太少了！

師是啊，這么多器件，其他電阻都不知道，我們怎么能單單知道未知電阻的阻值呢？除非，我們知道其他電阻的阻值。但是這么多器件我們要一個一個測量嗎？

生不用的。不接入待測電阻，直接把滑動變阻器、靈敏電流計接在電源上，然后記下這時候電流表的示數(shù)，就可以計算出滑動變阻器、電源內(nèi)阻和靈敏電流計電阻之和了。

生那電流表不會超量程嗎？

生不是有滑動變阻器嗎？

師這是個好主意，可我想問一下你，接下來測量未知電阻的時候，滑動變阻器的阻值還變化嗎？

生（想了一下）不能變了，就在不接入待測電阻的基礎(chǔ)上，把滑動變阻器的阻值定下不變了。

師在你設(shè)計的基礎(chǔ)上，接入待測電阻后，電流表的示數(shù)都會——

生比剛才小。

師為了方便測量，在剛才那位同學(xué)的方案中，滑動變阻器應(yīng)該怎樣調(diào)節(jié)？

生應(yīng)該在不接入待測電阻時，調(diào)節(jié)滑動變阻器，讓電流表滿偏。

這里，教師通過驅(qū)動型、挑戰(zhàn)型問題引導(dǎo)學(xué)生從已有的經(jīng)驗出發(fā)，設(shè)計歐姆表。在問題引導(dǎo)的過程中，方案不斷完善，學(xué)生逐漸深入了解歐姆表的內(nèi)部構(gòu)造，進(jìn)一步認(rèn)識多用電表。在問題引導(dǎo)下，學(xué)生經(jīng)歷了設(shè)計、闡述、計劃、修正、生成、建議、制作等學(xué)習(xí)活動;而教師在這些活動中的角色是促進(jìn)者、反思者和拓展者，引導(dǎo)學(xué)生分析、評價，并嘗試進(jìn)行創(chuàng)造，從而發(fā)展高階思維。

學(xué)生在進(jìn)入學(xué)習(xí)情境、解決問題的過程中，在舉一反三、歸納總結(jié)的過程中，需要有意義的牽引。這種牽引不是教師生拉硬拽，更不是直接把結(jié)果灌輸給學(xué)生，而是學(xué)生在一定的情境下借助他人（教師、學(xué)習(xí)伙伴等）的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料和工具，通過意義建構(gòu)的方法獲得的。問題引導(dǎo)提供的就是一種有意義的牽引，它能為學(xué)生提供進(jìn)行分析、評價、創(chuàng)造的邏輯路徑，引起學(xué)生積極求索的興趣和思考，從而發(fā)展其高階思維。

以問題引導(dǎo)培養(yǎng)高階思維，應(yīng)通過多角度、多層次的問題，指向物理概念或規(guī)律的本質(zhì)，實現(xiàn)學(xué)生的深度思考，促使學(xué)生在“分析”思維上有所提升;通過探究式、開放式問題，指向?qū)W生頭腦中對概念或規(guī)律的疑惑之處，實現(xiàn)學(xué)生的反思與批判，促使學(xué)生在“評價”思維上有所感悟;通過驅(qū)動型、挑戰(zhàn)型問題，以某一真實情境的核心問題為中心，由若干由淺入深的子問題引導(dǎo)學(xué)生逐步趨近核心問題的解決顧曉東.促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的問題群設(shè)計策略[J].基礎(chǔ)教育課程，2021（21）：3641。，同時注意適當(dāng)“留白”，促使學(xué)生生成、“創(chuàng)造”。