在“一滴油的旅行”中培養(yǎng)高階思維能力

摘 要：本文以“一滴油的旅行”為線索，通過適恰的情境、巧妙的問題和有效的整合，將“杠桿模型”“滑輪組的機械效率”“探究不同物質吸熱升溫現(xiàn)象”“比較質量相同的不同燃料完全燃燒放出的熱量”等實驗串在一起，以期培養(yǎng)學生的分析解決問題能力、創(chuàng)新能力、質疑批判能力和分析綜合能力等高階思維能力.

關鍵詞：高階思維;適恰的情境;巧妙的問題;有效的整合

中圖分類號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）20-0054-03

作者簡介：陳希（1981-），女，吉林人，本科，中學一級教師，研究方向：物理課堂教學培養(yǎng)思維能力.

高階思維是指處于較髙認知水平層次上的心智活動或認知能力，它在教學目標分類中表現(xiàn)為分析、綜合、評價和創(chuàng)新.高階思維是髙階能力的核心，主要指創(chuàng)新能力、問題解決能力、分析綜合能力和批判性思維能力.

本文以蘇科版物理第十一章“簡單機械和功”和第十二章“機械能和內(nèi)能”的復習為案例，以“一滴油的旅行”為線索，利用“抽油、運油和用油”三個模塊，設置適恰的情境，將相關知識進行有效整合，培養(yǎng)學生的分析解決問題的能力、批判性思維能力和分析綜合能力.

1 創(chuàng)設模型情境，培養(yǎng)分析解決問題的能力

分析解決問題的能力，是集觀察實驗能力、識記能力、情境抽象能力、思維能力等基本能力于一體的綜合能力，教師對于學生的分析解決問題能力的培養(yǎng)，就要滲透到每一項基本能力的培養(yǎng)中.所以，創(chuàng)設模型建構的生活情境，對客觀事物進行抽象和概括，構建反映事物本質特征共同屬性的物理模型，從而培養(yǎng)學生分析解決問題的能力.筆者從“一滴油的旅行”中抽油情境出發(fā)，由易到難創(chuàng)設三種模型情境，逐步培養(yǎng)學生分析解決問題的能力.

情境一：學生觀看“一滴油”被抽油機抽出地面的視頻如圖1所示，初步感受抽油機的工作過程，再展示自制簡易抽油機模型（如圖2所示），學生利用模型體驗抽油的過程，在模型上找到支點、動力和阻力的作用點及方向.最后，在模型中畫出動力和動力臂、阻力和阻力臂（如圖3所示）.

學生通過動態(tài)的演示到靜態(tài)的分析，從看到、觸到、悟到三個漸近的過程，明確研究對象及其經(jīng)歷的過程，逐步建立桿桿模型，解決直接、簡單的物理問題.但并不是在所有情境中模型建構的過程都比較清晰可辨，所以筆者創(chuàng)設了情境二.

情境二：小明在一次旅行前，在拉桿箱中裝好衣物，將拉桿箱稍稍提離地面至如圖4所示位置靜止，小明想知道此時最小的拉力多大，于是他仔細研究拉桿箱的結構，A為輪子的軸心，O為重心，OB為豎直方向，D為拉桿的中檔調(diào)節(jié)點，E為拉桿的最長調(diào)節(jié)點.并測得箱重250N，AE=120cm，AC=CE =2AB=2CD.思考：小明所用最小力大小為多少牛.

這一情境的模型比較清晰，但經(jīng)歷的過程比較短暫，不易分析，所以教師應引導學生從已知條件出發(fā)，圖文結合，認真分析情境中的物理過程.將拉桿箱稍稍提離地面到如圖所示位置時，AE沿A點轉動，從而確定A為支點，提拉桿箱的力為動力，拉桿箱整體所受重力為阻力，符合杠桿模型的基本條件，從而建構杠桿模型解決上述問題.

從情境中把握杠桿的本質——繞固定點轉動的硬棒，選擇合適的模型，結合物理規(guī)律，從而培養(yǎng)學生解決簡單物理問題的能力.但并不是所有情境中的模型都一目了然，所以筆者創(chuàng)設情境三.

情境三：在一次全市公開課前夕，為了讓來聽課的外校老師快速找到報告廳，小明制作一個指示牌擺在校門口（如圖5所示），可是制成后，指示牌總是沿如圖所示方向翻倒.為了讓指示牌站立在門口，請?zhí)岢龊侠淼母倪M意見，并說明理由.

在這一情境中指示牌經(jīng)歷的過程比較清晰，但模型比較隱蔽，學生從杠桿的本質——繞固定點轉動的硬棒出發(fā)，很難一下找到支點，初步的模型建構存在障礙.這就需要從研究對象和經(jīng)歷過程進行分析，“沿圖示方向翻倒”為生活語言的表述，轉化為物理語言則為“指示牌整體沿底座左側與地面的接觸線轉動”，從狀態(tài)變化情況分析，區(qū)分各結構因素的主次關系，從而抓住整個過程的物理實質，再將整個裝置抽象成桿桿模型，找到動力和阻力，最后通過杠桿平衡條件來解決比較復雜的問題.

通過上述三個逐漸深入的情境，從可以直觀地看到支點，到從情境描述中找到支點，再到從情境和狀態(tài)變化分析過程中找到支點從而構建杠桿模型，將杠桿模型隱藏的越來越深，層層遞進.培養(yǎng)學生從具體問題中挖掘隱藏模型，能夠分步驟對模型中的問題加以提取，利用模型的本質和特征的能力，培養(yǎng)學生科學地解決問題的能力.

2 創(chuàng)設問題情境，培養(yǎng)批判性思維能力

批判性思維的內(nèi)涵是個體運用歸納推理、演繹推理的方法對問題進行效度化思考，是高級的思維素養(yǎng)，是科學精神的集中體現(xiàn).批判性思維最大的特點就是質疑和反思.批判意味著反思與評判，不僅僅是反駁和質疑，更多地是對自身的一種反省，所以筆者利用“一滴油的旅行”中運油的情境（如圖6所示），引出滑輪組，從而創(chuàng)設有思維沖突的問題情境，培養(yǎng)學生的批判性思維能力.

情境四：用如圖7所示滑輪組將重為80N的物體勻速提升.要求該滑輪組的機械效率，你可以添加什么條件（數(shù)據(jù)自擬）？

學生回答：

學生1：可以添加拉力F=50N，物體上升的高度h=2m.根據(jù)η=W有W總×100%，求得這個滑輪組的機械效率.

學生2：學生1的條件可以不添加高度，只添加拉力就可以計算出機械效率.

學生3：可以添加拉力F=50N，根據(jù)公式η=G物nF×100%，求得這個滑輪組的機械效率.

學生4：可以添加動滑輪重G動=10N，根據(jù)公式η=G物G物+G動×100%，求得這個滑輪組的機械效率.

學生5：如果只添加動滑輪重，不能計算機械效率，還要添加不計繩重和摩擦的條件.

……

學生5的評價就像一顆石頭，激起學生的激烈爭論.有的學生認為，添加動滑輪重可以計算出機械效率，因為根據(jù)公式η=G物G物+G動×100%是“科學”的.但在不斷的爭論、質疑中，一大部分學生改變自己的想法，認可了學生5的說法.

這一問題情境比較開放，給予學生充分爭論、質疑、認可的過程，但批判性思維的核心在于經(jīng)過獨立思考，對知識審慎的分析、評價，從而得出自己的認知，而不是不加深思的盲從.這一過程學生只是經(jīng)歷了質疑，而只有反思才能將知識的表象和本質區(qū)分開來，在質疑的基礎上提出問題，從而細致地對問題進行分析、反思、形成正確的認知才是真正的批判性思維過程.所以筆者在課堂上對上一問題情境進行如下補充.

補充情境：你認為只添加動滑輪重，不能計算機械效率的依據(jù)是什么？

這一問題引起了學生的反思，從原有的記憶過渡到理性思維，通過新一輪的討論，從“滑輪組的機械效率受到物重、動滑輪重、繩重和摩擦等因素的影響”的理論出發(fā)，通過對問題的分析和深度解讀，形成條件意識.疑問是思維的源頭，問題是探索的中心，學生在發(fā)現(xiàn)問題后，自我評價、提出質疑、自我反思、深度分析，進而解決問題.

所以教師通過設置有沖突的問題情境，讓學生經(jīng)歷質疑、反思和修正的過程，對自身的思想和行為進行審驗和評估，從而做出正確的判斷或選擇，形成正確的觀念，培養(yǎng)學生的批判性思維能力.

3 創(chuàng)設相似情境，培養(yǎng)分析綜合能力

分析綜合就是把研究對象在思維中分解成為它的各個組成部分或要素，然后分別研究它們之間的關系，從而揭示事物的屬性和本質，形成整體的觀念.分析綜合能力是學習者獨立思考和解決問題能力的一種體現(xiàn).筆者利用一滴油流進汽油機的氣缸，燃料為汽油，冷卻劑為水，應用兩種物質兩種不同的屬性，引出兩個裝置非常相似的實驗，創(chuàng)設相似情境，培養(yǎng)學生的分析綜合能力.

情境五：用三個裝置完成“探究不同物質吸熱升溫現(xiàn)象”和“比較質量相同的不同燃料完全燃燒放出的熱量”兩個實驗（如圖8所示），請將水、酒精、煤油這三種液體合理地放入下面的1-6號容器中（質量自定），并說明你的思路.

三個裝置、三種物質，兩個實驗都存在吸放熱的過程，但本質卻不同.所以要從相似情境中搞清研究對象及涉及的物理過程，以便于和所學物理知識建立聯(lián)系，引導學生先從實驗目的出發(fā)，分別分析兩個實驗，先抓住研究對象這一核心，“探究不同物質吸熱升溫現(xiàn)象”的研究對象是吸熱的物質，“比較質量相同的不同燃料完全燃燒放出的熱量”的研究對象是燃燒的燃料.所以2、4、6三個容器中放置的是可燃燒的物質酒精和煤油.1、3、5放置的是水和煤油.再明確兩個實驗中控制的量、改變的量和觀察的量.即：在“探究不同物質吸熱升溫現(xiàn)象”實驗中控制的量為吸收的熱量、吸熱液體的質量，改變的量為吸熱液體的種類;“比較質量相同的不同燃料完全燃燒放出的熱量”的實驗中，控制的量為燃料的質量、吸熱液體的質量和種類，從而解決情境中的問題，并總結解決相似情境問題的方法，從實驗目的出發(fā)，明確物理過程，找到相關聯(lián)的物理量.

通過縝密的分析，將困惑的、混亂的情境轉換為清楚的、有序的情境，再將已學過的知識點與情境相對應，進行分析，從而得到科學的結果.在解決具體問題的過程中，明確解題思路，培養(yǎng)分析綜合能力.

鐘啟泉教授指出：發(fā)展高階思維，需要高階學習活動予以支持，高階思維的關鍵是思維的交互、內(nèi)省.思維不是自然發(fā)生的，高階的學習活動需要以情境為舞臺，建構豐富的認知路徑，培養(yǎng)高階思維能力，提高物理學科核心素養(yǎng).

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（收稿日期：2021-07-03）