基于學科大概念發展物理高階思維的教學建構與設計

摘 要：提出基于學科大概念發展學生的物理高階思維.在對高中物理學科大概念進行整體建構的基礎上，研究了基于學科大概念發展物理高階思維的教學路徑，并以“機械能守恒定律”教學單元為例開展教學實踐，旨在促進學生生成以大概念為統攝的學科認知體系、學科思維方法及高階思維能力，以實現對學生學科核心素養的培養與發展.

關鍵詞：學科大概念;學習進階;深度學習;高階思維;學科核心素養

中圖分類號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）19-0034-04

基金項目：蘭州市教育科學“十三五” 2020年度規劃課題“新高考背景下發展高中生‘科學態度與責任物理核心素養的教學策略研究”（項目編號：LZ[2020]GH441）.

作者簡介：吳建鵬（1989-），男，甘肅武威人 ，碩士，中學一級教師，研究方向：中學物理教學.

Bloom與Anderson等人將認知領域的教育目標分為記憶、理解、應用、分析、評價和創造，并將其中的分析、評價和創造稱作“高階思維”[1].高階思維是個體在認識事物過程中，發生在較高認知水平層次上的心智活動或較高層次的認知能力，是個體認知客觀事物的本質屬性、相互關系及內在規律的過程中，所運用的具有分析性、創造性、批判性和實踐性特征的綜合思維能力[1].目前，已有許多學者從不同視角展開關于培養和發展高階思維的教學研究.例如，江西師范大學鐘志賢教授認為，促進學習者以高階思維為核心的高階能力發展，是教學設計研究與實踐的宗旨[2];陜西科技大學楊曉教授指出：提高學生核心素養的關鍵是促進學生的思維進階[3];西南大學關亞琴教授及四川師大段茂君博士等人提出建立基于深度學習的高階思維培養模型[4-6].近年來，隨著大概念的興起，學科大概念教學為學生高階思維的培養和發展又提供了新的契機和平臺[7-8].2017年頒布的高中新課程標準，首次明確強調以學科大概念為核心，使課程內容結構化，以主題為引領，使課程內容情景化，促進學科核心素養的落實[9].以學科大概念為引領，建構指向學科核心素養的整合性教學模式，是培養與發展學生高階思維的有效途徑.

具體到物理學科而言，作為一門基于觀察與實驗，通過建構物理模型，應用數學等工具，進行科學推理和論證，形成嚴密系統的研究方法和理論體系的自然科學[9].學生通過高中物理的學習，應形成基于批判、決策、問題解決、創新等思維為核心的物理學科高階思維[10].在物理教學中，如何引領學生基于學科知識學習形成物理高階思維，應是教師進行教學建構與設計所要考慮的核心問題，也是物理學科核心素養生成與發展要解決的關鍵問題.本文以物理學科高階思維培養為載體，倡導將學生的物理高階思維發展與學科大概念聯系起來，基于學科大概念進行課程內容的整合式建構與教學.通過結構化、情景化的知識建構和探究式、發現式的進階學習，在真實的問題情境中設計指向學生思維進階的學習活動，促進學生形成以大概念為統攝的學科認知體系，進而內化為解決具體問題的科學方法與思維能力，實現對學生高階思維的培養與學科核心素養發展.

1 高中物理學科大概念建構

無論是促進學生全面發展還是促進學生核心素養生成，都迫切需要一種更具整合性的教學樣態，便于教師和學生在繁雜、碎片化的學科知識中，理清思路，抓住核心，建構認知結構與思維模式[7].學科大概念是基于學科事實和經驗，對某學科內概念、原理、規律之間的關系進行抽象概括和深度提煉而形成的少數關鍵概念，是處于學科高階層次，指向學科本質的核心概念[8].課堂教學中，應努力建構學科大概念，以大概念引領教學，對教學內容進行自上而下的整體規劃與設計.一方面，引導學生圍繞學科高階核心問題，向下拓展，通過設計和解決低階子問題群，生成一個個的子概念（包括定義、原理、方法等）;另一方面，進一步引導學生通過整合、梳理子概念間的邏輯鏈，向上升華，形成學科的高階核心大概念和大觀念，最終實現對學科核心問題的解決.本文以物理學研究“自然界物質的基本結構、相互作用和運動規律”這一學科宏觀大概念為載體，通過一系列課程模塊的教學，引導學生從物質觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念、轉化與守恒觀念、能源與可持續發展觀念等學科中觀大概念視角認識與理解自然，建構關于自然界的物理圖景;再進一步通過具體的物理概念、實驗、方法、原理及規律等學科微觀大概念，引導學生經歷真實的科學探究過程，體會科學研究方法，認識科學本質，形成科學探究意識、創新思維能力及正確的科學態度和價值觀，最終實現對學科核心素養的促進與發展[9]，見表1.

2 基于學科大概念發展物理高階思維的教學路徑

基于學科大概念教學，是引領學生走向深度學習，發展高階思維的有效路徑[4，7].通過對教學內容進行系統性單元建構、進階式教學設計，基于結構化、情境化的知識和主體性、探究性的學習方式開展教學，以進階學習催生進階思維，進而發展成高階思維，最終實現對學科核心素養的培育與生成.圖1為基于學科大概念教學發展物理高階思維的路徑示意圖.以物理學科大概念為引領，通過整合與再構，生成結構化單元教學模塊.依據教學模塊知識間的聯系，從整體進行教學進階設計，促進學生學習向縱深發展.通過創設真實問題情境，以主體性、探究性學習方式開展教學，以問題鏈誘發學生對學習內容展開討論、質疑、探究及深度的加工與反思.通過對教學主題的深度學習，催生學生學科思維能力的進階與躍遷，最終在問題解決的過程中，實現對學科核心素養的培育與生成.而良好的學科核心素養，將再一次驅動更高層次的進階學習，進而形成以學科大概念為核心，由學習進階—深度學習—思維進階—學科核心素養培育為要素的學習高階思維發展良性循環.

由學習進階走向深度學習，是催生學生思維進階的基本教學范式[4-6].學生在學習過程中，其認知發展是一個不斷生成、螺旋式上升的思維進階過程.教學設計應關注學生認知發展水平，沿著學生思維進階的關鍵節點，創設真實問題情境和問題鏈，層層設問，精心設計探究活動和展現思維進階過程的教學活動.教師在教學引導過程中，應由易而難，用易引發學生思維沖突的表象問題拓展、延伸到更深層次的本真問題.課堂與學生的互動，應由淺及深，層層遞進，逐步與學生展開深度對話，誘發學生進行深層思考，以促進深度學習生成.通過不斷促進學生對知識鏈的整體認知與理解，使學生對自己的認知進行再加工與再認知，進而生成新的認知水平，并由此催生學生的思維向更高階躍進[3].教學中，要鼓勵學生多角度討論，多方案探究，努力突破原有的認知局限，拓展思維的廣度和深度.鼓勵學生大膽進行思維創新，嘗試有效的思維建構過程，用科學的思維方式研究和解決物理的實際問題，在問題解決中實現學科核心素養的培育與發展.

3 基于學科大概念發展物理高階思維的教學呈現——以“機械能守恒定律”單元教學為例

本文以人教版必修2“機械能守恒定律”教學單元為例，開展基于學科大概念統攝發展物理高階思維的教學實踐（見表2）.通過整合教學內容，圍繞“能量守恒及功能關系”學科核心概念，設計了7個學習進階主題.通過創設具體的物理情境，引導學生在模型建構與解構的過程中，展開對四種功能關系的進階學習，使學生在持續深入的進階學習過程中，深度理解并形成“功是能量轉化（轉移）的原因及量度”的學科思維，促使學生的認知水平由淺入深，層層遞進，催生思維能力向高階躍遷.通過對“能量守恒及功能關系”學科核心概念的深度理解與應用，在問題解決中生成集批判思維、決策能力、問題解決及創新思維于一體的物理高階思維能力.

4 結束語

本文倡導基于學科大概念發展學生的高階思維.在對高中物理學科大概念進行整體建構的基礎上，研究了基于學科大概念發展物理高階思維的教學路徑，并以“機械能守恒定律”教學單元為例開展教學實踐，旨在促進學生形成以大概念為統攝的學科認知體系、學科思維方法及高階思維能力，以實現對學生學科核心素養的培養與發展.

參考文獻：

[1]鐘志賢.教學設計的宗旨：促進學習者高階能力發展[J].電化教育研究，2004（11）：13-19.

[2]鐘志賢.促進學習者高階思維發展的教學設計假設[J].電化教育研究，2004（12）：21-28.

[3]楊曉，毛秀榮.從“離身”到“具身”：學生思維進階的特征與路徑[J].當代教育與文化，2020，12（06）：24-29.

[4]關亞琴.中學物理深度學習的研究進展述評[J].物理教師，2021，42（05）：2-6.

[5]段茂君，鄭鴻穎.基于深度學習的高階思維培養模型研究[J].現代教育技術，2021，31（03）：5-11.

[6]任虎虎.指向深度學習的高中物理思維型課堂構建的研究[J].物理教師，2019，40（07）：28-31.

[7]李松林.以大概念為核心的整合性教學[J].課程·教材·教法，2020，40（10）：56-61.

[8]吳建鵬.大概念視角下高中物理大單元教學建構與設計——以“牛頓運動定律”教學為例[J].中學物理教學參考，2021，50（11）：25-27.

[9]中華人民共和國教育部.普通高中課程方案（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[10]萬俊濤.高中物理教學中高階思維能力的培養策略[J].湖南中學物理，2018，33（05）：8-9.

（收稿日期：2021-06-29）