物理教學(xué)中基于問題的高階思維培養(yǎng)策略新

1、物理教學(xué)中基于問題的高階思維培養(yǎng)策略曾志旺（玉環(huán)縣楚門中學(xué) 浙江 臺州 317605 ）摘 要：高階思維是學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的一個核心要素， 有效地培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力 是物理教學(xué)的追求。本文闡述了高階思維的基本內(nèi)涵，提出基于問題的高階思維培養(yǎng)的5種策略。關(guān)鍵詞：基于問題高階思維培養(yǎng)策略思維能力從來就被視為創(chuàng)新能力的重要因素。不論是對生活、科學(xué)的態(tài)度，還是特長 發(fā)展的選擇，或是問題解決的實踐，都離不開思維的發(fā)展，特別是高階思維能力（ High Order Thinking Skills ）的發(fā)展。高階思維是學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的一個核心要素，有效地培 養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力是物理教學(xué)的追求。1高階思維的基本

2、內(nèi)涵按照心智活動或認知能力，思維分為高階和低階思維。高階思維是指發(fā)生在較高認知 水平層次上的心智活動或認知能力。美國學(xué)者瑞斯尼克（ Resnick）認為，高階思維是不 規(guī)則的、復(fù)雜的，能夠產(chǎn)生多種解決方法，需sg0M敦音目標分類表期的疾要多種應(yīng)用標準，自動調(diào)節(jié)，且包含不確定性。 布魯姆對學(xué)習(xí)者的思維發(fā)展從認知角度細化 為具體可操作的六個層次（2001版，右表）。 其中，分析、評價和創(chuàng)造稱之為高階思維。國內(nèi)教育界也認同高階思維是較高認知 水平上的心智活動或認知能力，是一種跨學(xué) 科、跨知識領(lǐng)域，能對思維予以評價的思維。 它是生成性思維和批判性思維的互補運用，是 一種創(chuàng)造性的跨學(xué)科知識的思維。高階思

3、維是 高階能力的核心，直接表現(xiàn)為創(chuàng)新能力、問題 求解能力、決策力和批判性思維能力，是適應(yīng) 知識時代發(fā)展的關(guān)鍵能力。2基于問題的高階思維培養(yǎng)策略認司層次行為動詞思維分英記北再識、識別、回憶、追憶限 階 理 維理解睇拜，舉例、分類.茗結(jié)、 推斷、比較“分析應(yīng)月執(zhí)行（/的任務(wù)應(yīng)用工利用不熟悉的任務(wù)應(yīng)用分析辨別、區(qū)分、粟中、選擇、整合.分解.概述”構(gòu)造高 階 理 唯泮竹性查*探觀h痣控、測試、 鉀造、判斷創(chuàng)造產(chǎn)生，假設(shè)，挑劃.設(shè)計、 創(chuàng)作、申H乍、發(fā)明通過解決問題來學(xué)習(xí)的思想由來已久，從蘇格拉底的談話法到杜威的問題教學(xué)法、 布魯姆的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法，都是以問題為中心的學(xué)習(xí)方法。物理教學(xué)中巧妙地設(shè)置各種問題，

4、 實現(xiàn)對知識自主建構(gòu)和深度理解的同時，進而有效培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力。設(shè)置階梯性物理問題，在低階思維的基礎(chǔ)上提升高階思維把一個復(fù)雜的、難度較大的課題分解成若干個相互聯(lián)系的子問題、或把解決某個問題的完整的思維過程分解成幾個小階段， 從而形成的階梯性問題，能有效地把學(xué)生的思維引 向新的高度。階梯性問題的設(shè)置應(yīng)考慮適應(yīng)性和針對性， 即針對學(xué)生已有知識、心理發(fā)展 水平和學(xué)習(xí)材料的難易程度；其次應(yīng)具有序性和階梯性，即針對知識的系統(tǒng)性和學(xué)生認知 發(fā)展水平的有序性。階梯性問題坡度適中、排列有序、形成有層次結(jié)構(gòu)的開放性系統(tǒng)， 能 有效地實現(xiàn)思維由低階向高階的轉(zhuǎn)換，從而培養(yǎng)高階思維能力。案例1在進行“電阻定律”

5、課題教學(xué)中，研究導(dǎo)體電阻的大小究竟與哪些因素有關(guān), 我們通過分解形成如下階梯性問題:(1)導(dǎo)體電阻的大小可能與哪些因素有關(guān) 試根據(jù)已有知識進行猜測。(2)導(dǎo)體的電阻與各相關(guān)因素的關(guān)系可能如何 試猜測。(3)如何通過實驗確定導(dǎo)體的電阻和長度、橫截面積、材料的關(guān)系試設(shè)計實驗電路(4)在檢驗導(dǎo)體的電阻與各相關(guān)因素的關(guān)系時，實驗條件應(yīng)怎樣進行控制(5)由本實驗可以看到，對多因素的問題要通過實驗確定各個因素的作用，其基本方法 是什么等等。問題(1) (2)比較簡單，涉及的認知維度是學(xué)生已有知識和經(jīng)驗的回憶和簡單應(yīng)用， 思維的層級是低階思維。在此基礎(chǔ)上提出的問題(3) (4) (5)需要進行有效的分析、

6、運用“控制變量思想”和創(chuàng)新設(shè)計實驗方案，并對實驗全過程進行反思和評價，形成物理基本觀念，涉及的認知維度屬高階思維。設(shè)置開放性問題，在思維的動態(tài)變化中培養(yǎng)高階思維封閉性問題具有靜態(tài)、唯一的特征，沒有灰色地帶，認知和思維是單一的，傳統(tǒng)物理 教學(xué)問題往往是封閉的。開放性問題是一類思維要求很高的問題， 具有智力挑戰(zhàn)性。它或 因條件是多維的，導(dǎo)致答案多元化特征；或因條件是變化的，導(dǎo)致分析方法的不同和結(jié)果 的變化；或者因思維途徑的開放性從而導(dǎo)致解決方法的多樣化。開放性問題的解決，往往需要學(xué)生進行深度的分析、評價、創(chuàng)造一分析、評價、創(chuàng)造。開放性問題有利于培養(yǎng)學(xué) 生創(chuàng)新意識、獨立思考能力，有效培養(yǎng)學(xué)生的高階思

7、維。一題多解、多聯(lián)和多變等開放性 問題均可以使學(xué)生產(chǎn)生多向聯(lián)想，實現(xiàn)高階思維培養(yǎng)。案例2 “探究功與速度變化的關(guān)系”課題教學(xué)中，教師設(shè)置初速度為零的簡單模型， 提出如何設(shè)計實驗方案學(xué)生在實驗方案的設(shè)計過程中不斷調(diào)動原有認知和實驗經(jīng)驗(分 析、評價、創(chuàng)造一分析、評價、創(chuàng)造一)，非常有效地實現(xiàn)著高階思維的提升。在設(shè)計 方案時，需要思考以下兩個問題：一是如何間接或直接測量所做的功W二是如何測量某時刻的速度V。學(xué)生結(jié)合對問題的思考，提出了如下 可行的方案。借助于改變橡皮筋的根數(shù)改變做的功 W設(shè) 計如圖1實驗方案(人教版教材中的方案1)。借助于功的定義改變做的功 W 合力不變，改變位移。學(xué)生聯(lián)系已學(xué)的知

8、識， 將“研究自由落體運動”和“探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗裝置遷移過來，形成 兩種方案：一、如圖2,借助于刻度尺在紙帶上測出重錘多次下落的位移，計算出相應(yīng)的 速度。；二，如圖3, “小車”受到的合力為恒力，測出多次實驗時紙帶上研究對象 相應(yīng)的位移，計算出對應(yīng)位置的速度 V。位移不變，改變合力。將氣墊導(dǎo)軌傾斜放置，如圖 4?；瑝K受合力F=Gh/L?？刂谱? 塊 片、 塊、滑塊到光電門的距離x不變，通過改變導(dǎo)軌左側(cè)墊起的高度來改變合力做的功W具體操電火花H 2圖3墊1墊23塊一對應(yīng)合力功為 W 2W 3W,通過探究墊片個數(shù)n與滑塊上遮光條通過光電門時間的倒數(shù)1/At的關(guān)系，就能得出 W與速

9、度V的關(guān)系。設(shè)置批判性問題，在批判與思辯過程中發(fā)展高階思維批判性問題不僅可以培養(yǎng)人的洞察力、辨別力和判斷力，還能激發(fā)人的敏銳智慧、反思能力，以及創(chuàng)造能力和獨立思考的能力。 從認知維度看批判性問題的解決， 需要對整 個過程進行分析、檢查、探測、判斷、評論等，若問題的方案和結(jié)論存在錯誤，還要引導(dǎo)學(xué)生進行創(chuàng)造，以生成可行的方案和正確的結(jié)論。因此，設(shè)置批判性問題，組織學(xué)生展開“學(xué)術(shù)辯論”不僅能夠促進學(xué)生對知識的深度理解，更能有效地培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力案例3靜電場復(fù)習(xí)時，筆者布置了一道練習(xí)題。如圖5,兩個帶+Q的電荷相距2a,在它們形成的電場中，有一帶負電的粒子（不計重力） 正在作勻速圓周運動，試問該

10、粒子的軌道應(yīng)在哪里有的 學(xué)生說是在兩個點電荷之外的距離較遠的圓周上；有的 說是在繞著某一單個點電荷的圓周上；有的說是在繞著 一個核轉(zhuǎn)動且正對另一個核的位置上；也有的說是在垂 直于點電荷連線中點的平面上；還有的則拿出了二價原 子（核內(nèi)有兩個質(zhì)子）核外電子的模型作為佐證等。筆 者組織學(xué)生進行辯論。辯論中要求學(xué)生講清自己的理由, 找出他人的錯誤，以理服人。經(jīng)過激烈爭論，同學(xué)們從核外電子軌道的佯謬到電子云的形狀， 從幾率的意義到衍射 條紋的實質(zhì)，進行了條理分明的闡述，明確了這兩種模型的不可能性、 及粒子繞雙荷做勻 速圓周運動的不可能性。辯論中，同學(xué)們還對粒子重力不能忽略的情況做了進一步的發(fā) 揮一一可以

11、在以點電荷連線為軸的上方平面旋轉(zhuǎn)， 并計算了這種情況下的回轉(zhuǎn)半徑以及與 點電荷的距離。上述教學(xué)在課時使用上是較為“奢侈”的， 但從培養(yǎng)學(xué)生高階思維的角度看，確實值 得！在開放、寬松、自由的思維環(huán)境里設(shè)置批判性問題，組織學(xué)生進行“學(xué)術(shù)”交流和討 論，學(xué)生自由思考、批判、評價和創(chuàng)新，培養(yǎng)著高階思維能力。設(shè)置原始物理問題，在知識的創(chuàng)新應(yīng)用中培養(yǎng)學(xué)生的高階思維性和復(fù)雜性特征。其教 學(xué)如圖6示。當學(xué)生面 臨真實性問題之“頭” 時，由于只暴露了現(xiàn)象 的某些特征，難以作出 有效的判斷，只能創(chuàng)新原始物理問題指自然界及社會生活、生產(chǎn)中客觀存在且未被加工的問題，具有情境對ft第般靦、最1演顯 畦導(dǎo)野坪現(xiàn)宅 7 *

12、可簫 白碘可國3）直解即 I I期6應(yīng)用已知的事實或理論，運用非邏輯的方法形成適應(yīng)性的領(lǐng)悟，提煉“物理圖像”使認識走出關(guān)鍵的一步。當學(xué)生面臨問題之“尾”時，同樣需要借助于直覺和反思判斷結(jié)論的合 理性。因此，設(shè)置原始物理問題情境，同時提供探索的時空。在學(xué)生深度思考和創(chuàng)新應(yīng)用 物理知識、觀點、方法的過程中培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。案例4中國青年報報道了我國前往南極的科學(xué)考察船“極地號”上發(fā)來的專電 一一“極地號啟動減搖裝置慢速航行”。報道稱：“隨著西風(fēng)帶的離去，船體擺動愈發(fā)劇烈，船體橫搖已達150,最高達270為了減小船體搖動，船上已采取了新的減搖措施，為此航速已減至10節(jié)?！睘槭裁赐ㄟ^減速能實現(xiàn)減搖(

13、波浪沖擊力的頻率接近輪船搖擺的固有頻率時，輪船搖擺幅度最大。)怎樣思考和解決這樣一個原始問題呢 先看兩種特殊情況：(a)船的速度方向和波 浪傳播的方向在同一直線上；(b)船的速度和波浪傳播的方向垂直。(a)設(shè)船的速度為u,波浪的速度為v,則波浪相對船的速度v v u,式中u正方向與v相同。波長相對運動著的船不變，即，波浪相對船的頻率(b)此時波浪相對船的速度 v v,波速是波的傳播速度，在垂直其傳播方向上觀察，觀察者的運動不影響結(jié)果。故 ，波浪相對船的頻率f 上 丫 f任意方向的速度分解成上述兩種情況， 則可以得到一般結(jié)果，當船以速度u與波浪傳播方向成 角航行時，波浪沖擊力的頻率為f f u-

14、cos-(02 )。為了避免f與f的接近，人們往往通過改變輪船的航向和速度以達到兩者遠離的目的。上述原始物理問題解決過程中，從方法角度看運用了物理模型方法、歸納推理方法、 分析和綜合方法，從認知層次維度看則運用了分析、評價和創(chuàng)造思維。因此，有效地培 養(yǎng)了學(xué)生的高階思維。設(shè)置探究性問題，在探索與綜合過程中促成學(xué)生的高階思維探究性問題一般沒有明確的條件或結(jié)論，也沒有固定的形式和方法，要求學(xué)習(xí)者。認真收集和處理問題的信息，經(jīng)過觀察、分析、綜合、歸納、概括、猜想和論證等深層次 的探索活動，并認真研究才能獲得解決問題的答案。 開放性、操作性、探索性和綜合性是 探究性問題的重要特征。探究性問題涉及的基礎(chǔ)知識和基本技能十分廣泛，在問題解決過