利用習(xí)題錯誤培養(yǎng)學(xué)生高階思維

蔣震霞

(江陰市第一中學(xué) 江蘇 無錫 214400)

習(xí)題教學(xué)是高中物理教學(xué)的重要組成部分，精心設(shè)計習(xí)題教學(xué)是落實核心素養(yǎng)的具體舉措.通過習(xí)題的精練精講，學(xué)生在內(nèi)化知識的基礎(chǔ)上形成物理觀念；在問題解決中提升思維品質(zhì).習(xí)題教學(xué)的核心功能是讓學(xué)生在解題過程中強化知識運用，升華認(rèn)知結(jié)構(gòu)，發(fā)展思維水平.

思維的發(fā)展需要從低階水平邁向高階水平.按照布盧姆的認(rèn)知目標(biāo)分類思想，思維的發(fā)展在教學(xué)目標(biāo)分類中表現(xiàn)為分析、評價和創(chuàng)造，各層級對應(yīng)關(guān)系如表1所示[1].

表1 布盧姆認(rèn)知目標(biāo)分類表

習(xí)題教學(xué)中可挖掘的資源非常廣泛，其中習(xí)題教學(xué)中出現(xiàn)的錯誤具有較高的教學(xué)價值.將錯誤作為生成性資源，可以很好地培養(yǎng)學(xué)生的思維，提升學(xué)生的思維品質(zhì)，不僅可以提高物理教學(xué)的效率，實現(xiàn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，還能促進(jìn)學(xué)生思維進(jìn)階，發(fā)展學(xué)生高階思維.下面筆者以粵教版高中物理教材選修3-5第四章“原子核”章末習(xí)題中的一道習(xí)題為例，簡單談一談如何挖掘習(xí)題錯誤的教學(xué)價值實現(xiàn)對學(xué)生高階思維的培養(yǎng).

1 試題及分析

1.1 試題原題

【題目】[2]一塊氡222放在天平的左盤時，需要天平的右盤加444 g砝碼天平才能處于平衡，氡222發(fā)生α衰變，經(jīng)過一個半衰期以后，欲使天平再次平衡，應(yīng)從右盤中取出的砝碼為( )

A.220 g B.8 g C.2 g D.4 g

1.2 知識分析

本題考查的知識點有α衰變、半衰期、α射線的特征、摩爾質(zhì)量等.原本以為本題非常簡單，學(xué)生應(yīng)該不存在障礙，但是實際的情況與預(yù)期有很大差別.學(xué)生要么無從下手，要么得出錯誤結(jié)果.

1.3 錯誤分析

1.3.1 習(xí)題科學(xué)性錯誤

本題設(shè)計的背景具有科學(xué)性錯誤，具體如下.

首先，氡單質(zhì)通常以氣體形式存在.將其放入天平中測量是不現(xiàn)實的.

其次，測量氡與天平使用規(guī)范相沖突.天平是初中階段的重要測量儀器，其使用在初中有嚴(yán)格要求.以初中人教版教材為例，對天平的使用提出如下要求[3].

(1)每個天平都有自己的“稱量”，也就是它所能稱的最大質(zhì)量,被測物體質(zhì)量不能超過稱量.

(2)向盤中加減砝碼時要用鑷子，不能用手接觸砝碼，不能把砝碼弄濕、弄臟.

(3)潮濕的物體和化學(xué)藥品不能直接放到天平中.

本題中天平稱量的物體是具有放射性的物體氡222，根據(jù)上述要求，砝碼不能用手接觸，潮濕物體和化學(xué)藥品都不可以直接放在托盤上，那么具有放射性的物體更不能直接放在托盤上.

最后，在實際操作中，氡222的測量如果沒有防護(hù)措施會損害實驗者的健康.氡以氣體的形式存在，吸入人體后，發(fā)生α衰變，會導(dǎo)致肺部癌變，尤其是生成物釙218是有劇毒的金屬.

可見本題設(shè)計的情境完全脫離學(xué)生原有認(rèn)知，脫離生活實際，會導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)知混亂.

1.3.2 學(xué)生常見解答錯誤

學(xué)生求解本題主要存在如下問題.

(1)氡222經(jīng)過一個半衰期，有222 g氡發(fā)生衰變，只剩下222 g氡，故而應(yīng)該從右盤中取出222 g砝碼.

(2)α衰變前后物質(zhì)質(zhì)量保持守恒，故而不需要從右盤中取出砝碼.

(3)沒有記清楚α粒子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)，或?qū)⒍呋煜?，于是得出需要在右盤中取出8 g，2 g等錯誤結(jié)論.

2 挖掘習(xí)題錯誤資源培養(yǎng)高階思維

2.1 利用習(xí)題錯誤培養(yǎng)批判思維

批判性思維是一種合理性、反思性的思維，是一種追求規(guī)范邏輯、嚴(yán)密論證的思維.批判性是人具有高階思維的重要特征.沒有批判就沒有創(chuàng)新，具備了批判性思維的人才能夠深入透徹地分析問題，才能夠從獨特的視角來分析問題、解決問題.2017版普通高中物理新課標(biāo)從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等方面凝練了核心素養(yǎng)，其中科學(xué)思維指出“基于事實證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，進(jìn)行檢驗和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力與品格”[4].而在課程目標(biāo)中要求“具有批判性思維的意識，能基于證據(jù)大膽質(zhì)疑，從不同角度思考問題，追求科技創(chuàng)新”，“能基于證據(jù)和邏輯發(fā)表自己的見解，實事求是，不迷信權(quán)威”[4].可見，新課標(biāo)要求將批判性思維的培養(yǎng)作為物理課堂的目標(biāo)和任務(wù)，需要將批判性思維的培養(yǎng)融入到物理課堂教學(xué)中.

習(xí)題教學(xué)中學(xué)生會遇到各種具有科學(xué)性錯誤的習(xí)題，教學(xué)中利用好習(xí)題科學(xué)性錯誤可以很好地培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維.就本題而言，可以引導(dǎo)學(xué)生從習(xí)題背景的科學(xué)性方面進(jìn)行深入分析，具體為如下3個方面：氡單質(zhì)以氣體形態(tài)存在不能放在天平托盤上稱量；氡有放射性，用天平稱量氡與初中對天平的使用要求不符；氡具有放射性，吸入后對身體有傷害.通過分析可以從如下幾個方面培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維.首先，培養(yǎng)學(xué)生的批判意識.只有學(xué)生有批判質(zhì)疑的意識，才會去獨立思考，而不是人云亦云.其次，培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑批判的勇氣.利用本題分析引導(dǎo)學(xué)生給教材找茬、挑錯，給學(xué)生樹立挑戰(zhàn)權(quán)威的榜樣，培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑權(quán)威的勇氣.第三，教會學(xué)生批判質(zhì)疑的方法.本題中將習(xí)題背景與初中所學(xué)知識和生活實際相結(jié)合，潛移默化中教會學(xué)生利用聯(lián)系舊知識、聯(lián)系生活實際等策略進(jìn)行批判.

2.2 糾正學(xué)生錯誤培養(yǎng)邏輯思維

邏輯思維是人借助概念、判斷、推理等思維形式能動地反映客觀現(xiàn)實的理性認(rèn)識過程.在認(rèn)識事物的過程中，具有嚴(yán)密邏輯思維的人更能夠看透事物的本質(zhì)，更能夠清晰表達(dá)所思所想.只有思維具有嚴(yán)密性，學(xué)生才能夠進(jìn)行合理的推理論證，才能夠?qū)崿F(xiàn)新課程標(biāo)準(zhǔn)中要求的“模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新”“問題、證據(jù)、解釋、文流”等核心素養(yǎng)的培養(yǎng).通過物理課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生才會達(dá)到“具有建構(gòu)模型的意識和能力；能運用科學(xué)思維方法，從定性和定量兩個方面對相關(guān)問題進(jìn)行科學(xué)推理、找出規(guī)律、形成結(jié)論；具有使用科學(xué)證據(jù)的意識和評估科學(xué)證據(jù)的能力，能運用證據(jù)對研究的問題進(jìn)行描述、解釋和預(yù)測”[4].在推理論證、證據(jù)、解釋、交流等過程中需要對信息進(jìn)行辨別、區(qū)分、集中、選擇、整合、概述、構(gòu)造，可見培養(yǎng)邏輯思維本質(zhì)上來講是強化學(xué)生分析、綜合能力，是對學(xué)生高階思維的培養(yǎng).

2.3 剖析學(xué)生錯因培養(yǎng)監(jiān)控思維

《心理咨詢師(基礎(chǔ)心理學(xué))》中關(guān)于思維監(jiān)控的解釋為：思維監(jiān)控是指為了保證達(dá)到預(yù)期的目的，在思維的過程中將思維本身作為意識的對象，不斷地對其進(jìn)行積極主動的定向、控制和調(diào)解的能力.對思維進(jìn)行自我監(jiān)控是人整個思維結(jié)構(gòu)的統(tǒng)帥，思維自我監(jiān)控水平的高低對思維過程的效率和思維活動的結(jié)果會產(chǎn)生重要影響.培養(yǎng)學(xué)生的思維監(jiān)控本質(zhì)是培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力，教會學(xué)生對自己的思維過程進(jìn)行反思，讓學(xué)生學(xué)會對自己解決問題過程進(jìn)行監(jiān)控.培養(yǎng)學(xué)生思維監(jiān)控能力，需要學(xué)生明確思維的目的性，然后選擇恰當(dāng)?shù)乃季S材料和思維策略，能對思維的結(jié)果作出評價并對思維活動進(jìn)行調(diào)整和修正.新課標(biāo)要求“對科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估、反思的能力”，“具有交流的意愿與能力，能準(zhǔn)確表述、評估和反思探究過程與結(jié)果”[4].可見，培養(yǎng)學(xué)生的反思能力，即思維監(jiān)控是物理教學(xué)任務(wù).

利用學(xué)生在習(xí)題解答中的錯誤，引導(dǎo)學(xué)生分析錯因，讓學(xué)生反思解題過程，學(xué)會對思維過程進(jìn)行監(jiān)控.就本題中對學(xué)生的解答錯誤，可以給學(xué)生提出如下問題，幫助學(xué)生梳理知識點，并通過問題的思考促進(jìn)學(xué)生對自己解題思維進(jìn)行反思，實現(xiàn)監(jiān)控思維的培養(yǎng).

(1)粒子的符號如何書寫？粒子質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)分別是多少？粒子有些什么特點？

(2)氡222摩爾質(zhì)量是多少？經(jīng)過一個半衰期后氡222還剩多少mol？

(3)氡222經(jīng)過一個半衰期后，生成物是什么？

(4)新的生成物還在托盤中嗎？新的生成物有多少mol？

經(jīng)過上述問題的思考學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)：氡222衰變后生成新核釙218和α粒子(氦核)，釙218是一種銀白色金屬，而粒子則是高速粒子流，其速度為光速的10%，生成的新核釙218留在盤中，α粒子則離開托盤，分析問題時沒有考慮α粒子是高速運動的，這是錯誤的主要原因.通過上述問題的引導(dǎo)，學(xué)生很好地反思自己的思維過程，實現(xiàn)對思維的監(jiān)控.

2.4 拓展習(xí)題錯誤培養(yǎng)創(chuàng)新思維

創(chuàng)新思維是指以比較新穎的、突破常規(guī)的思維方式分析問題，以超常規(guī)的方法解決問題.具有創(chuàng)新思維的人在解決問題時往往分析問題的視角比較獨特、新穎，往往會產(chǎn)生比較獨到、新奇的效果.在高中階段物理課程肩負(fù)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的重任，正如新課標(biāo)在課程性質(zhì)中所說“養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣，增強創(chuàng)新意識和實踐能力”，也正如新課標(biāo)凝練的科學(xué)思維核心素養(yǎng)中所述“基于事實證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑批判，進(jìn)行檢驗和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力與品格”[4].在物理教學(xué)中應(yīng)該將創(chuàng)新思維的培養(yǎng)貫穿始終，才能達(dá)到“增強創(chuàng)新意識”和“提出創(chuàng)造性見解的能力與品格”的要求與目標(biāo).

對習(xí)題教學(xué)中的錯誤進(jìn)行拓展可以激活學(xué)生思維，訓(xùn)練以獨特的視角思考問題、解決問題，實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維.本題而言可從如下兩個方面拓展.

(1)為了安全需要對氡和釙采取隔離防護(hù)措施，可以怎樣操作？比如有學(xué)生討論后認(rèn)為將氡222放在鉛盒中稱量.當(dāng)學(xué)生采取這一措施后，可以進(jìn)一步拓展，追問如下：粒子能穿透鉛盒嗎？需要從右側(cè)拿出多少克砝碼？學(xué)生討論后容易明白粒子不會穿透鉛盒，不需要從右盤取出砝碼.

(2)氡222發(fā)生衰變后產(chǎn)生的粒子速度較快，新核釙218有沒有速度，是否需要考慮速度對稱量的影響？經(jīng)討論學(xué)生易知，根據(jù)動量守恒產(chǎn)生的新核

釙218也具有速度，由于發(fā)生反應(yīng)的氡核較多，生成物的初速度向各個方向都有，對稱量的影響互相抵消，故而不需要考慮.

經(jīng)過上述兩個方面的拓展，拓寬了學(xué)生的視野，為學(xué)生從新穎的視角思考問題提供了示范，有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維.

3 結(jié)束語

物理是思維的藝術(shù)，思維是物理的靈魂.教學(xué)中要特別重視思維的培養(yǎng)，重視提高學(xué)生的思維水平，促進(jìn)學(xué)生的思維進(jìn)階，達(dá)到高階思維水平.學(xué)生具備了分析、評價、創(chuàng)造等特質(zhì)的高階思維能力，才能夠在思考問題時邏輯連貫、分析透徹、見解獨到、視角新穎，最終創(chuàng)造性地解決問題.物理習(xí)題教學(xué)課時占比大、資源豐富，教學(xué)中產(chǎn)生的錯誤也較多，如何利用錯誤資源的價值，事關(guān)物理習(xí)題教學(xué)的實效，也關(guān)乎學(xué)生知識結(jié)構(gòu)優(yōu)化和思維水平的發(fā)展，教師要樹立利用習(xí)題教學(xué)中錯誤的意識，重視開發(fā)其價值.對教材中的一些典型的有較高育人價值的錯題，教師可以跨版本借鑒使用，比如學(xué)生使用粵教版教材，可以借鑒人教、魯科、滬科、教科版中的資源.2019年教材改版習(xí)題配置發(fā)生了很大變化，也可以根據(jù)學(xué)生實際借鑒舊版教材中的習(xí)題資源.

在習(xí)題教學(xué)中利用好錯誤資源的育人價值，可以實現(xiàn)充分智育，促進(jìn)其余“四育”的發(fā)展，更好落實立德樹人根本任務(wù).