劃分科學思維水平層次 逐層提高學生思維能力

任小杏

摘 要：科學思維是物理學科核心素養的核心內容，本文參考《普通高中物理課程標準（2017年版）》對科學思維的劃分，以復習課“電路的故障”為例，結合學生能力水平，從“創設豐富情境引發思想碰撞，設置合適學生思維水平的起點”“逆向思考，錯接電表與開路、短路的聯系”“統籌重、難點，把握思維水平的終點”三個方面，逐層進行思維引導，促進學生思維水平的不斷提高.

關鍵詞：科學思維;水平層次;思維引導

中圖分類號：G633.7 ? ? 文獻標識碼：B ? ? 文章編號：1008-4134（2021）16-0055-03

作者簡介：任小杏（1984-），女，廣東高州人，本科，中學一級教師，研究方向：物理課堂教學.

科學思維是物理學科核心素養的核心內容，培養學生的科學思維是物理新課程標準育人的一個重要體現.在美國，思維能力被學者們劃分為高階思維能力（high order thinking skills）和低階思維能力（lower order thinking skills），并且學者們認為教師應當創造良好的學習環境幫助學生發展高階思維能力，學生的高階思維能力應在學校教育中得到強化.與國外低、高階思維能力理論相匹配的是，我國的《普通高中物理課程標準（2017年版）》將科學思維劃分成5個水平層次，并詳細描述了不同水平層次的思維發展的相應進程.

復習課是物理教學的重要課型，一節好的復習課，不能簡單地羅列知識，重復舊課，更重要的是能在復習中加深學生對知識的理解，學生在分析、推理的過程中，能迅速鑒別問題的特殊性，從題干中發現有價值的因素，確定解題方法.

現以復習課“電路的故障”為例，探討在初三復習課中如何分層次設計題目，以問題為階，引導學生由點到線、由線到面，實現認知整合，促使學生思維水平的逐層提高.參考《普通高中物理課程標準（2017年版）》中思維水平的劃分方法，又考慮到電路故障對初中學生是難點，故筆者以最簡單的串、并聯電路的開路、短路為階，將其設為思維水平的起點（水平1），針對第一輪復習課學生的認知特點及其學習水平，確定思維水平的終點（水平3），本課的思維水平劃分見表1.

1 創設豐富情境引發思想碰撞，設置合適學生思維水平的起點

人腦對科學事物的反映和認識，需要在形成正確的物理觀念的基礎上，積累大量的知識和經驗，從低水平思維層次向高水平思維層次逐步發展.因此筆者用生活中的電路故障引入新課，引導學生從物理情境走進物理知識，再設置明確的復習引導（見表2）和低思維水平的習題，通過層層深入的設問，由“什么是開/短路”，到“在串/并聯電路中如何開/短路，對其他用電器有什么影響”，逐層引導學生深入思考總結.這樣，學生能有效地調用已有知識解決簡單的物理問題，從而為后面的主動建構新知識打下基礎.因此，這個環節中的思維引導和習題不宜設置太多障礙，題意描述盡量簡潔清晰，有引導性.

事實上，再簡單的電學故障對部分學生來說，處理起來也是有困難的.因此，我們要正視學生思維水平發展不均衡的客觀事實.在實際教學中，如果整體水平較低，我們可以采用標注電流流向或者實驗的方法，給學生更明確的引導，因為只有讓學生對短路和開路有正確的理解，后續難度更大的教學才能有效推進.

思維水平發展啟示：由于串、并聯電路用電器的連接方式不同，所以當其中的某個用電器發生開路或短路時，在不同電路中對另一個用電器的影響是不同的.學生通過對故障的分析，能用簡單的語言總結開路和短路的特點，也就是達到思維水平1的要求.對初中生而言，在概念的基礎上，通過標注電流流向的方法來分析開路和短路的難度并不算大，以此設為思維水平的起點是合適的.同時，區分開路和短路現象，以及對比在不同的電路中發生開路和短路的區別，可以提高學生的分析能力，實現從理解到分析的進階逐步向思維水平2遞進.

2 逆向思考，理清錯接電表與開路、短路的聯系

與思維水平1簡單、正向的分析不同，思維水平2要求學生在熟悉的問題情境中應用常見的物理模型分析和推理，在本案例中，要求學生能用已有的物理知識解決熟悉的問題.大部分學生對于電流表和電壓表的連接方法是死記硬背，想讓學生理解電流表要與被測電路串聯、電壓表要與被測電路并聯的本質原因非常困難.在教學中，筆者通過設問“為什么電流表只能串聯”，引起學生的思考和討論，再問“假如電流表與被測量的燈泡并聯，燈泡會發光嗎？電流表如何偏轉”，引導學生逆向思考，進而設計實驗驗證，或者經過分析、推理得出結論.基于學生的慣性思維，教師引導時要充分，給學生的思考和討論時間要充足，也可以讓學生動手實驗，先觀察到實驗現象再通過畫等效電路的方法（見表3），把電表的錯接和開路、短路聯系起來，讓學生學會多角度思考、總結.

思維水平發展啟示：雖然電流表和電壓表的使用方法一般學生都清楚，但學生知其然卻不知其所以然.因此，當遇到如2015年廣州中考物理卷中，交換電流表電壓表的位置時會出現的現象的問題時，學生得分率是較低的.通過本節學習，學生經歷了逆向思考、假設，再經過推理，加深學生對電流表和電壓表本質特點的認識，通過對比，達到區分電流表和電壓表的本質的目的，培養學生批判性思維.同時，設計錯接電表反常規的實驗，培養學生逆向思維.

3 統籌重、難點，把握思維水平的終點

審視近10年的初中物理中考試題，難度系數較大一點的題目需要學生在常見的但又相對復雜的情境中提煉要點，需要學生有一定的分析和推理能力.結合中考高頻考點，以及初中生思維發展水平，透過燈不亮的表象，分別從開路和短路兩條線索進行引導，分析電路中可能存在的故障，把握合適的思維水平終點，既能順利提高學生思維水平，又避免給學生帶來不必要的過高思維負擔.

在實際教學中，多數學生對于這個高頻出現的電路圖不能有機統一地聯系到已學的四個探究實驗中.

因此筆者先讓學生回憶本電路適用的探究實驗，進一步引導，如果把燈泡換成電阻還可以進行哪些探究實驗，這樣學生能對已有知識進行初步的糅合，為后續探究打下基礎.接著讓學生逆向設置非正常工作電路，檢驗導致燈泡不亮的可能原因，并用思維導圖引導學生把觀察到的現象填寫下來（見表4），學生通過實驗和分析推理，最終形成開路和短路兩條導致燈不亮的明顯線索.在實際教學中，還可以根據課堂實際，畫等效電路圖對故障原因做進一步解釋.

思維水平發展啟示：引導學生調動已有的知識儲備，揉合多個相關實驗、尋找共同特點，培養學生整合知識的能力，學生在解決問題的過程中，學會一題多變、多題歸一，并從中發現規律，實現思維水平由記憶、理解到分析的逐層提高.學生學會用等效電路逐步簡化電路，分解難點，培養學生邏輯思維能力;再通過比對燈泡短路和斷路對電路的影響，綜合得出結論，提高學生論證能力.

運用物理知識解決實際問題能力高低，常常取決于學生對情境和知識的聯系能力，學生需要將情境轉化為物理條件，發掘隱含的物理內容.對“電路故障”思維引導時，學生首先通過簡單的分析，區分開路和短路;接著，把電流表、電壓表錯接與開路、短路聯系起來;最后，通過對中考的高頻電路的故障分析，得出開路和短路兩條思維線索.每個環節最后都落回開路和短路這個根本點，加深了對概念的認識，明確了電路發生兩種故障時的區別，還能加深理解兩種電表區別與聯系的理解.在教學過程中，通過引導學生進行假設，逆向思考問題，可以順利實現學生的科學思維從低水平的記憶、理解和應用向高水平的分析、評價和創造的發展.因此，教師應設置合適的科學思維層次，通過課堂教學，讓不同層次的學生思維水平均能得到發展，進而提高學生學習物理乃至學習科學的能力，為學生終身學習和發展打下堅實的基礎.

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（收稿日期：2021-04-07）