物理教學(xué)中基于問(wèn)題的高階思維培養(yǎng)策略 新

1、 物理教學(xué)中基于問(wèn)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(tái)州 317605）摘 要：高階思維是學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的一個(gè)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(wèn)題的高階思維培養(yǎng)的5種策略。關(guān)鍵詞：基于問(wèn)題 高階思維 培養(yǎng)策略思維能力從來(lái)就被視為創(chuàng)新能力的重要因素。不論是對(duì)生活、科學(xué)的態(tài)度，還是特長(zhǎng)發(fā)展的選擇，或是問(wèn)題解決的實(shí)踐，都離不開(kāi)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(gè)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

2、基本內(nèi)涵按照心智活動(dòng)或認(rèn)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(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或認(rèn)知能力。美國(guó)學(xué)者瑞斯尼克（Resnick）認(rèn)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，需要多種應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)調(diào)節(jié)，且包含不確定性。布魯姆對(duì)學(xué)習(xí)者的思維發(fā)展從認(rèn)知角度細(xì)化為具體可操作的六個(gè)層次（2001版，右表）。其中，分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造稱之為高階思維。國(guó)內(nèi)教育界也認(rèn)同高階思維是較高認(rèn)知水平上的心智活動(dòng)或認(rèn)知能力，是一種跨學(xué)科、跨知識(shí)領(lǐng)域，能對(duì)思維予以評(píng)價(jià)的思維。它是生成性思維和批判性思維的互補(bǔ)運(yùn)用，是一種創(chuàng)造性的跨學(xué)科知識(shí)的思維。高階思維是高階能力的核心，直接表現(xiàn)為創(chuàng)新能力、問(wèn)題

3、求解能力、決策力和批判性思維能力，是適應(yīng)知識(shí)時(shí)代發(fā)展的關(guān)鍵能力。2 基于問(wèn)題的高階思維培養(yǎng)策略通過(guò)解決問(wèn)題來(lái)學(xué)習(xí)的思想由來(lái)已久，從蘇格拉底的談話法到杜威的問(wèn)題教學(xué)法、布魯姆的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法，都是以問(wèn)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(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)自主建構(gòu)和深度理解的同時(shí)，進(jìn)而有效培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力。2.1 設(shè)置階梯性物理問(wèn)題，在低階思維的基礎(chǔ)上提升高階思維把一個(gè)復(fù)雜的、難度較大的課題分解成若干個(gè)相互聯(lián)系的子問(wèn)題、或把解決某個(gè)問(wèn)題的完整的思維過(guò)程分解成幾個(gè)小階段，從而形成的階梯性問(wèn)題，能有效地把學(xué)生的思維引向新的高度。階梯性問(wèn)題的設(shè)置應(yīng)考慮適應(yīng)性和針對(duì)性，即針對(duì)學(xué)生已有知識(shí)、心理發(fā)展

4、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(duì)知識(shí)的系統(tǒng)性和學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平的有序性。階梯性問(wèn)題坡度適中、排列有序、形成有層次結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性系統(tǒng)，能有效地實(shí)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(jìn)行“電阻定律”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(guò)分解形成如下階梯性問(wèn)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(shí)進(jìn)行猜測(cè)。（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(cè)。（3）如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定導(dǎo)體的電阻和長(zhǎng)度、橫截面積、材料的關(guān)系? 試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路。（4）在檢驗(yàn)導(dǎo)體的電阻與各相關(guān)因素的關(guān)系時(shí)，實(shí)驗(yàn)條件應(yīng)怎樣進(jìn)行控制?（5）由本實(shí)

5、驗(yàn)可以看到，對(duì)多因素的問(wèn)題要通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定各個(gè)因素的作用，其基本方法是什么? 等等。問(wèn)題（1）（2）比較簡(jiǎn)單，涉及的認(rèn)知維度是學(xué)生已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的回憶和簡(jiǎn)單應(yīng)用，思維的層級(jí)是低階思維。在此基礎(chǔ)上提出的問(wèn)題（3）（4）（5）需要進(jìn)行有效的分析、運(yùn)用“控制變量思想”和創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并對(duì)實(shí)驗(yàn)全過(guò)程進(jìn)行反思和評(píng)價(jià)，形成物理基本觀念，涉及的認(rèn)知維度屬高階思維。 2.2 設(shè)置開(kāi)放性問(wèn)題，在思維的動(dòng)態(tài)變化中培養(yǎng)高階思維封閉性問(wèn)題具有靜態(tài)、唯一的特征，沒(méi)有灰色地帶，認(rèn)知和思維是單一的，傳統(tǒng)物理教學(xué)問(wèn)題往往是封閉的。開(kāi)放性問(wèn)題是一類思維要求很高的問(wèn)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

6、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(kāi)放性從而導(dǎo)致解決方法的多樣化。開(kāi)放性問(wèn)題的解決，往往需要學(xué)生進(jìn)行深度的分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造。開(kāi)放性問(wèn)題有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、獨(dú)立思考能力，有效培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。一題多解、多聯(lián)和多變等開(kāi)放性問(wèn)題均可以使學(xué)生產(chǎn)生多向聯(lián)想，實(shí)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(jiǎn)單模型，提出如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案? 學(xué)生在實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷調(diào)動(dòng)原有認(rèn)知和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)（分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造），非常有效地實(shí)現(xiàn)著高階思維的提升。在設(shè)計(jì)方案時(shí)，需要思考以下兩個(gè)問(wèn)題：一是如何間接或直接測(cè)量所

7、做的功W；二是如何測(cè)量某時(shí)刻的速度V。學(xué)生結(jié)合對(duì)問(wèn)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(jì)如圖1實(shí)驗(yàn)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)的知識(shí)，將“研究自由落體運(yùn)動(dòng)”和“探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置遷移過(guò)來(lái)，形成兩種方案：一、如圖2，借助于刻度尺在紙帶上測(cè)出重錘多次下落的位移，計(jì)算出相應(yīng)的速度。；二，如圖3，“小車”受到的合力為恒力，測(cè)出多次實(shí)驗(yàn)時(shí)紙帶上研究對(duì)象相應(yīng)的位移，計(jì)算出對(duì)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?？刂苹瑝K到光電門的距離x

8、不變，通過(guò)改變導(dǎo)軌左側(cè)墊起的高度來(lái)改變合力做的功W，具體操作：墊1塊墊片、2塊、3塊對(duì)應(yīng)合力功為W、2W、3W，通過(guò)探究墊片個(gè)數(shù)n與滑塊上遮光條通過(guò)光電門時(shí)間的倒數(shù)1/t的關(guān)系，就能得出W與速度V的關(guān)系。 2.3 設(shè)置批判性問(wèn)題，在批判與思辯過(guò)程中發(fā)展高階思維批判性問(wèn)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(dú)立思考的能力。從認(rèn)知維度看批判性問(wèn)題的解決，需要對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行分析、檢查、探測(cè)、判斷、評(píng)論等，若問(wèn)題的方案和結(jié)論存在錯(cuò)誤，還要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)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(wèn)題，組織學(xué)生展開(kāi)“學(xué)術(shù)辯論”不僅能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)

9、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(chǎng)復(fù)習(xí)時(shí)，筆者布置了一道練習(xí)題。如圖5，兩個(gè)帶+Q 的電荷相距 2a，在它們形成的電場(chǎng)中，有一帶負(fù)電的粒子（不計(jì)重力）正在作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，試問(wèn)該粒子的軌道應(yīng)在哪里?有的學(xué)生說(shuō)是在兩個(gè)點(diǎn)電荷之外的距離較遠(yuǎn)的圓周上；有的說(shuō)是在繞著某一單個(gè)點(diǎn)電荷的圓周上；有的說(shuō)是在繞著一個(gè)核轉(zhuǎn)動(dòng)且正對(duì)另一個(gè)核的位置上；也有的說(shuō)是在垂直于點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)的平面上；還有的則拿出了二價(jià)原子（核內(nèi)有兩個(gè)質(zhì)子）核外電子的模型作為佐證等。筆者組織學(xué)生進(jìn)行辯論。辯論中要求學(xué)生講清自己的理由，找出他人的錯(cuò)誤，以理服人。經(jīng)過(guò)激烈爭(zhēng)論，同學(xué)們從核外電子軌道的佯謬到電子云的形狀，從

10、幾率的意義到衍射條紋的實(shí)質(zhì)，進(jìn)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(yùn)動(dòng)的不可能性。 辯論中，同學(xué)們還對(duì)粒子重力不能忽略的情況做了進(jìn)一步的發(fā)揮可以在以點(diǎn)電荷連線為軸的上方平面旋轉(zhuǎn)，并計(jì)算了這種情況下的回轉(zhuǎn)半徑以及與點(diǎn)電荷的距離。上述教學(xué)在課時(shí)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(shí)值得！在開(kāi)放、寬松、自由的思維環(huán)境里設(shè)置批判性問(wèn)題，組織學(xué)生進(jìn)行“學(xué)術(shù)”交流和討論，學(xué)生自由思考、批判、評(píng)價(jià)和創(chuàng)新，培養(yǎng)著高階思維能力。2.4 設(shè)置原始物理問(wèn)題，在知識(shí)的創(chuàng)新應(yīng)用中培養(yǎng)學(xué)生的高階思維原始物理問(wèn)題指自然界及社會(huì)生活、生產(chǎn)中客觀存在且未被加工的問(wèn)題，具有情

11、境性和復(fù)雜性特征。其教學(xué)如圖6示。當(dāng)學(xué)生面臨真實(shí)性問(wèn)題之“頭”時(shí)，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)新應(yīng)用已知的事實(shí)或理論，運(yùn)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(rèn)識(shí)走出關(guān)鍵的一步。當(dāng)學(xué)生面臨問(wèn)題之“尾”時(shí)，同樣需要借助于直覺(jué)和反思判斷結(jié)論的合理性。因此，設(shè)置原始物理問(wèn)題情境，同時(shí)提供探索的時(shí)空。在學(xué)生深度思考和創(chuàng)新應(yīng)用物理知識(shí)、觀點(diǎn)、方法的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。案例4 中國(guó)青年報(bào)1990.12.25 報(bào)道了我國(guó)前往南極的科學(xué)考察船“極地號(hào)”上發(fā)來(lái)的專電“極地號(hào)啟動(dòng)減搖裝置慢速航行”。報(bào)道稱：“隨著西風(fēng)帶的離去，船體擺動(dòng)愈發(fā)劇烈，船體橫搖已達(dá)150，最高達(dá)

12、270為了減小船體搖動(dòng)，船上已采取了新的減搖措施，為此航速已減至10節(jié)。”為什么通過(guò)減速能實(shí)現(xiàn)減搖?（波浪沖擊力的頻率接近輪船搖擺的固有頻率時(shí)，輪船搖擺幅度最大。）怎樣思考和解決這樣一個(gè)原始問(wèn)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，波浪的速度為，則波浪相對(duì)船的速度，式中正方向與相同。波長(zhǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)著的船不變，即，波浪相對(duì)船的頻率（b）此時(shí)波浪相對(duì)船的速度，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(yùn)動(dòng)不影響結(jié)果。故，波浪相對(duì)船的頻率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(dāng)船以速度與

13、波浪傳播方向成角航行時(shí)，波浪沖擊力的頻率為。為了避免與的接近，人們往往通過(guò)改變輪船的航向和速度以達(dá)到兩者遠(yuǎn)離的目的。上述原始物理問(wèn)題解決過(guò)程中，從方法角度看運(yùn)用了物理模型方法、歸納推理方法、分析和綜合方法，從認(rèn)知層次維度看則運(yùn)用了分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造思維。因此，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的高階思維。2.5 設(shè)置探究性問(wèn)題，在探索與綜合過(guò)程中促成學(xué)生的高階思維 探究性問(wèn)題一般沒(méi)有明確的條件或結(jié)論，也沒(méi)有固定的形式和方法，要求學(xué)習(xí)者。認(rèn)真收集和處理問(wèn)題的信息，經(jīng)過(guò)觀察、分析、綜合、歸納、概括、猜想和論證等深層次的探索活動(dòng)，并認(rèn)真研究才能獲得解決問(wèn)題的答案。開(kāi)放性、操作性、探索性和綜合性是探究性問(wèn)題的重要特征。探究性問(wèn)題涉及的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能十分廣泛，在問(wèn)題解決過(guò)程中需要?jiǎng)?chuàng)造性和探索性，解決問(wèn)題的方法也必須