基于高階思維培養(yǎng)的物理教學設計

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科教學的雙重需求。文章基于已有教學模式，提出“創(chuàng)設問題情境—巧用演示實驗—小組合作探究—設置相關問題—建構知識網絡”的教學設計流程，并以“法拉第電磁感應定律”為例進行課堂實踐，希望以此為一線教師培養(yǎng)學生物理高階思維能力提供啟發(fā)與借鑒。

關鍵詞：高中物理;高階思維;教學設計;法拉第電磁感應定律

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

2019年頒布的《國務院辦公廳關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見》中明確指出，深化改革高考命題，重點鍛煉與考查學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準（2017年版2020年修訂）》，物理學科核心素養(yǎng)的重要組成內容之一 ——科學思維，要求培養(yǎng)學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，也是物理學科教學重點關注的內容。因此，本研究主要結合“法拉第電磁感應定律”教學設計，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中。

1? ? 高階思維

1.1? ? 高階思維的內涵

當前對于高階思維的理解角度較多，如：布魯姆教育目標分類視角、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)為學生在生活或學習中遇到難題時，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個部分共同構成[1]。

1.2? ? 基于高階思維培養(yǎng)的教學模式

1.2.1? ? 已有教學模式

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

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

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

1.2.2? ? 本研究的教學模式

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

2? ? 基于高階思維培養(yǎng)的教學過程及分析

“法拉第電磁感應定律”是典型的物理規(guī)律課，是高中物理電磁學部分的核心內容，是對電場和磁場之間關系的深入認識，要求學生理解并掌握法拉第電磁感應定律，并通過實驗探究法拉第電磁感應定律的建立過程，培養(yǎng)學生思考、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“法拉第電磁感應定律”為例，將本研究的教學模式進行應用與實踐，以激活學生思維，培養(yǎng)學生獨立思考、科學探究以及分析和解決問題的能力，進而發(fā)展學生的高階思維能力。

2.1? ? 環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設問題情境，引發(fā)學生主動思考

教師通過幻燈片向學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。播放一段有關手機無線充電的演示視頻，引發(fā)學生的學習興趣，并以此為背景，創(chuàng)設問題情境：無線充電中的電流是如何產生的？引發(fā)學生思考無線充電的原理。學生回顧電流的產生條件，發(fā)現(xiàn)在無線充電的過程中并沒有電源的存在，從而產生認知沖突，激發(fā)學生對于“是什么產生了電流”的探究欲望，進而引入本節(jié)課的內容。

分析：該部分以學生經常使用、處處可見的智能手機無線充電技術為切入點，進行情境創(chuàng)設，進而使學生回顧電流產生的條件，形成認知沖突，充分調動學生主動思考的積極性，誘導學生對接下來要學習的新知識產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，讓學生觀察在這兩個過程中產生的實驗現(xiàn)象。學生發(fā)現(xiàn)：兩種情況下，靈敏電流計的指針都發(fā)生了偏轉。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)生偏轉呢？學生可能會感到疑惑，教師進一步引導學生思考：在磁鐵插入或抽出線圈時，這個裝置中什么發(fā)生了變化？學生經過思考，發(fā)現(xiàn)線圈中的磁通量發(fā)生了變化。在此基礎上，教師將其與電路中產生電流的條件進行類比分析，進一步總結得出感應電動勢的概念。

分析：利用演示實驗通過有效提問，激發(fā)學生思維，引導學生主動思考，逐步探索并理解感應電動勢的產生原因。通過親眼所見、親身體驗的方式，讓學生感知物理實驗現(xiàn)象，充分調動學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)展學生思維的作用。

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

教師提出問題：磁通量的變化量和感應電動勢的大小存在怎樣的關系呢？組織學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、靈敏電流計以及導線，學生自由分組，小組內制定實驗方案;

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

（4）請各組學生上臺演示實驗并分析實驗方案，其他小組對其進行評價。

教師結合每個小組在此過程中的具體表現(xiàn)，對各個成員自主學習能力、問題解決能力、創(chuàng)造能力等方面作出相應評價與反饋。最后，教師與學生共同總結實驗結論，得出本節(jié)課的重點內容——法拉第電磁感應定律：閉合電路中感應電動勢的大小，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，讓學生自主設計實驗方案，探究法拉第電磁感應定律的建立過程，使學生經歷“發(fā)現(xiàn)物理問題、制定解決方案、實施方案、分析實驗結論”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合的方式，對學生在討論、實驗過程中表現(xiàn)出的思維能力進行評價與反饋，進一步促進學生思維水平的發(fā)展[5]。

2.4? ? 環(huán)節(jié)四：設置相關問題，培養(yǎng)學生的問題解決能力

教師引導學生回顧一開始提出的有關智能手機無線充電原理的問題，學生嘗試運用已學知識對此作出解釋：利用交流電使線圈產生了變化的磁場，磁通量發(fā)生變化，進而產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，并給學生留一個課后小作業(yè)“去尋找身邊應用電磁感應現(xiàn)象的例子，下節(jié)課大家一起來分享一下”，啟發(fā)學生將剛才所學的知識進一步應用于物理問題的實際解決中，提升問題解決能力。

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

2.5? ? 環(huán)節(jié)五：建構知識網絡，發(fā)展學生的高階思維

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

分析：在課堂小結部分，教師引導學生梳理本節(jié)課所學知識，圍繞“法拉第電磁感應定律”這一主題，將本節(jié)課所學內容進行展開和細化，明確各個知識點的內容與其中的聯(lián)系，形成本節(jié)內容的知識網絡，構建思維導圖。在這一過程中，一方面可以鍛煉學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圖也可以展示學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生思維水平的了解，也能夠進一步促進學生高階思維能力的發(fā)展[7]。

3? ? 反思與小結

從教學方式上看，該教學模式采用了創(chuàng)設情境、演示實驗、思維導圖等多種方式相結合，豐富課堂教學形式，誘發(fā)學生學習動機，鍛煉學生思維;從教學流程上看，該教學模式層層遞進，從思考到合作探究，再到實踐與應用;最后，以思維導圖的形式進行總結，學生的思維水平在此過程中得到不斷發(fā)展與提升。

因此，該教學模式對當前高中物理教師培養(yǎng)學生高階思維的教學設計具有一定借鑒意義：第一，基于高階思維培養(yǎng)的物理教學設計應該結合多種教學方式，豐富課堂教學形式，適當融入各種思維活動，發(fā)揮物理實驗的優(yōu)勢，讓學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)的物理教學設計應該注重實際物理問題的解決，只有學生將物理知識真正應用于實際生活或科技問題情境中時，學生對于物理知識的理解才能更加深入，學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涵及其認知表現(xiàn)層次研究[J].中學物理，2020，38（21）：2-4.

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

[3]陳冠群，黃樹生.“拋錨式教學”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.隨機進入教學法在物理教學中的應用——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——以“重力”教學為例[J].物理教學，2019，41（12）：13-15.

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

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

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

（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）