在“一滴油的旅行”中培養(yǎng)高階思維能力

摘 要：本文以“一滴油的旅行”為線索，通過適恰的情境、巧妙的問題和有效的整合，將“杠桿模型”“滑輪組的機(jī)械效率”“探究不同物質(zhì)吸熱升溫現(xiàn)象”“比較質(zhì)量相同的不同燃料完全燃燒放出的熱量”等實(shí)驗(yàn)串在一起，以期培養(yǎng)學(xué)生的分析解決問題能力、創(chuàng)新能力、質(zhì)疑批判能力和分析綜合能力等高階思維能力.

關(guān)鍵詞：高階思維;適恰的情境;巧妙的問題;有效的整合

中圖分類號(hào)：G633.7???? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B???? 文章編號(hào)：1008-4134（2021）20-0054-03

作者簡(jiǎn)介：陳希（1981-），女，吉林人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：物理課堂教學(xué)培養(yǎng)思維能力.

高階思維是指處于較髙認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或認(rèn)知能力，它在教學(xué)目標(biāo)分類中表現(xiàn)為分析、綜合、評(píng)價(jià)和創(chuàng)新.高階思維是髙階能力的核心，主要指創(chuàng)新能力、問題解決能力、分析綜合能力和批判性思維能力.

本文以蘇科版物理第十一章“簡(jiǎn)單機(jī)械和功”和第十二章“機(jī)械能和內(nèi)能”的復(fù)習(xí)為案例，以“一滴油的旅行”為線索，利用“抽油、運(yùn)油和用油”三個(gè)模塊，設(shè)置適恰的情境，將相關(guān)知識(shí)進(jìn)行有效整合，培養(yǎng)學(xué)生的分析解決問題的能力、批判性思維能力和分析綜合能力.

1 創(chuàng)設(shè)模型情境，培養(yǎng)分析解決問題的能力

分析解決問題的能力，是集觀察實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒆R(shí)記能力、情境抽象能力、思維能力等基本能力于一體的綜合能力，教師對(duì)于學(xué)生的分析解決問題能力的培養(yǎng)，就要滲透到每一項(xiàng)基本能力的培養(yǎng)中.所以，創(chuàng)設(shè)模型建構(gòu)的生活情境，對(duì)客觀事物進(jìn)行抽象和概括，構(gòu)建反映事物本質(zhì)特征共同屬性的物理模型，從而培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題的能力.筆者從“一滴油的旅行”中抽油情境出發(fā)，由易到難創(chuàng)設(shè)三種模型情境，逐步培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題的能力.

情境一：學(xué)生觀看“一滴油”被抽油機(jī)抽出地面的視頻如圖1所示，初步感受抽油機(jī)的工作過程，再展示自制簡(jiǎn)易抽油機(jī)模型（如圖2所示），學(xué)生利用模型體驗(yàn)抽油的過程，在模型上找到支點(diǎn)、動(dòng)力和阻力的作用點(diǎn)及方向.最后，在模型中畫出動(dòng)力和動(dòng)力臂、阻力和阻力臂（如圖3所示）.

學(xué)生通過動(dòng)態(tài)的演示到靜態(tài)的分析，從看到、觸到、悟到三個(gè)漸近的過程，明確研究對(duì)象及其經(jīng)歷的過程，逐步建立桿桿模型，解決直接、簡(jiǎn)單的物理問題.但并不是在所有情境中模型建構(gòu)的過程都比較清晰可辨，所以筆者創(chuàng)設(shè)了情境二.

情境二：小明在一次旅行前，在拉桿箱中裝好衣物，將拉桿箱稍稍提離地面至如圖4所示位置靜止，小明想知道此時(shí)最小的拉力多大，于是他仔細(xì)研究拉桿箱的結(jié)構(gòu)，A為輪子的軸心，O為重心，OB為豎直方向，D為拉桿的中檔調(diào)節(jié)點(diǎn)，E為拉桿的最長(zhǎng)調(diào)節(jié)點(diǎn).并測(cè)得箱重250N，AE=120cm，AC=CE =2AB=2CD.思考：小明所用最小力大小為多少牛.

這一情境的模型比較清晰，但經(jīng)歷的過程比較短暫，不易分析，所以教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從已知條件出發(fā)，圖文結(jié)合，認(rèn)真分析情境中的物理過程.將拉桿箱稍稍提離地面到如圖所示位置時(shí)，AE沿A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而確定A為支點(diǎn)，提拉桿箱的力為動(dòng)力，拉桿箱整體所受重力為阻力，符合杠桿模型的基本條件，從而建構(gòu)杠桿模型解決上述問題.

從情境中把握杠桿的本質(zhì)——繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒，選擇合適的模型，結(jié)合物理規(guī)律，從而培養(yǎng)學(xué)生解決簡(jiǎn)單物理問題的能力.但并不是所有情境中的模型都一目了然，所以筆者創(chuàng)設(shè)情境三.

情境三：在一次全市公開課前夕，為了讓來聽課的外校老師快速找到報(bào)告廳，小明制作一個(gè)指示牌擺在校門口（如圖5所示），可是制成后，指示牌總是沿如圖所示方向翻倒.為了讓指示牌站立在門口，請(qǐng)?zhí)岢龊侠淼母倪M(jìn)意見，并說明理由.

在這一情境中指示牌經(jīng)歷的過程比較清晰，但模型比較隱蔽，學(xué)生從杠桿的本質(zhì)——繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒出發(fā)，很難一下找到支點(diǎn)，初步的模型建構(gòu)存在障礙.這就需要從研究對(duì)象和經(jīng)歷過程進(jìn)行分析，“沿圖示方向翻倒”為生活語言的表述，轉(zhuǎn)化為物理語言則為“指示牌整體沿底座左側(cè)與地面的接觸線轉(zhuǎn)動(dòng)”，從狀態(tài)變化情況分析，區(qū)分各結(jié)構(gòu)因素的主次關(guān)系，從而抓住整個(gè)過程的物理實(shí)質(zhì)，再將整個(gè)裝置抽象成桿桿模型，找到動(dòng)力和阻力，最后通過杠桿平衡條件來解決比較復(fù)雜的問題.

通過上述三個(gè)逐漸深入的情境，從可以直觀地看到支點(diǎn)，到從情境描述中找到支點(diǎn)，再到從情境和狀態(tài)變化分析過程中找到支點(diǎn)從而構(gòu)建杠桿模型，將杠桿模型隱藏的越來越深，層層遞進(jìn).培養(yǎng)學(xué)生從具體問題中挖掘隱藏模型，能夠分步驟對(duì)模型中的問題加以提取，利用模型的本質(zhì)和特征的能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)地解決問題的能力.

2 創(chuàng)設(shè)問題情境，培養(yǎng)批判性思維能力

批判性思維的內(nèi)涵是個(gè)體運(yùn)用歸納推理、演繹推理的方法對(duì)問題進(jìn)行效度化思考，是高級(jí)的思維素養(yǎng)，是科學(xué)精神的集中體現(xiàn).批判性思維最大的特點(diǎn)就是質(zhì)疑和反思.批判意味著反思與評(píng)判，不僅僅是反駁和質(zhì)疑，更多地是對(duì)自身的一種反省，所以筆者利用“一滴油的旅行”中運(yùn)油的情境（如圖6所示），引出滑輪組，從而創(chuàng)設(shè)有思維沖突的問題情境，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力.

情境四：用如圖7所示滑輪組將重為80N的物體勻速提升.要求該滑輪組的機(jī)械效率，你可以添加什么條件（數(shù)據(jù)自擬）？

學(xué)生回答：

學(xué)生1：可以添加拉力F=50N，物體上升的高度h=2m.根據(jù)η=W有W總×100%，求得這個(gè)滑輪組的機(jī)械效率.

學(xué)生2：學(xué)生1的條件可以不添加高度，只添加拉力就可以計(jì)算出機(jī)械效率.

學(xué)生3：可以添加拉力F=50N，根據(jù)公式η=G物nF×100%，求得這個(gè)滑輪組的機(jī)械效率.

學(xué)生4：可以添加動(dòng)滑輪重G動(dòng)=10N，根據(jù)公式η=G物G物+G動(dòng)×100%，求得這個(gè)滑輪組的機(jī)械效率.

學(xué)生5：如果只添加動(dòng)滑輪重，不能計(jì)算機(jī)械效率，還要添加不計(jì)繩重和摩擦的條件.

……

學(xué)生5的評(píng)價(jià)就像一顆石頭，激起學(xué)生的激烈爭(zhēng)論.有的學(xué)生認(rèn)為，添加動(dòng)滑輪重可以計(jì)算出機(jī)械效率，因?yàn)楦鶕?jù)公式η=G物G物+G動(dòng)×100%是“科學(xué)”的.但在不斷的爭(zhēng)論、質(zhì)疑中，一大部分學(xué)生改變自己的想法，認(rèn)可了學(xué)生5的說法.

這一問題情境比較開放，給予學(xué)生充分爭(zhēng)論、質(zhì)疑、認(rèn)可的過程，但批判性思維的核心在于經(jīng)過獨(dú)立思考，對(duì)知識(shí)審慎的分析、評(píng)價(jià)，從而得出自己的認(rèn)知，而不是不加深思的盲從.這一過程學(xué)生只是經(jīng)歷了質(zhì)疑，而只有反思才能將知識(shí)的表象和本質(zhì)區(qū)分開來，在質(zhì)疑的基礎(chǔ)上提出問題，從而細(xì)致地對(duì)問題進(jìn)行分析、反思、形成正確的認(rèn)知才是真正的批判性思維過程.所以筆者在課堂上對(duì)上一問題情境進(jìn)行如下補(bǔ)充.

補(bǔ)充情境：你認(rèn)為只添加動(dòng)滑輪重，不能計(jì)算機(jī)械效率的依據(jù)是什么？

這一問題引起了學(xué)生的反思，從原有的記憶過渡到理性思維，通過新一輪的討論，從“滑輪組的機(jī)械效率受到物重、動(dòng)滑輪重、繩重和摩擦等因素的影響”的理論出發(fā)，通過對(duì)問題的分析和深度解讀，形成條件意識(shí).疑問是思維的源頭，問題是探索的中心，學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問題后，自我評(píng)價(jià)、提出質(zhì)疑、自我反思、深度分析，進(jìn)而解決問題.

所以教師通過設(shè)置有沖突的問題情境，讓學(xué)生經(jīng)歷質(zhì)疑、反思和修正的過程，對(duì)自身的思想和行為進(jìn)行審驗(yàn)和評(píng)估，從而做出正確的判斷或選擇，形成正確的觀念，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力.

3 創(chuàng)設(shè)相似情境，培養(yǎng)分析綜合能力

分析綜合就是把研究對(duì)象在思維中分解成為它的各個(gè)組成部分或要素，然后分別研究它們之間的關(guān)系，從而揭示事物的屬性和本質(zhì)，形成整體的觀念.分析綜合能力是學(xué)習(xí)者獨(dú)立思考和解決問題能力的一種體現(xiàn).筆者利用一滴油流進(jìn)汽油機(jī)的氣缸，燃料為汽油，冷卻劑為水，應(yīng)用兩種物質(zhì)兩種不同的屬性，引出兩個(gè)裝置非常相似的實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)相似情境，培養(yǎng)學(xué)生的分析綜合能力.

情境五：用三個(gè)裝置完成“探究不同物質(zhì)吸熱升溫現(xiàn)象”和“比較質(zhì)量相同的不同燃料完全燃燒放出的熱量”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)（如圖8所示），請(qǐng)將水、酒精、煤油這三種液體合理地放入下面的1-6號(hào)容器中（質(zhì)量自定），并說明你的思路.

三個(gè)裝置、三種物質(zhì)，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都存在吸放熱的過程，但本質(zhì)卻不同.所以要從相似情境中搞清研究對(duì)象及涉及的物理過程，以便于和所學(xué)物理知識(shí)建立聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生先從實(shí)驗(yàn)?zāi)康某霭l(fā)，分別分析兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，先抓住研究對(duì)象這一核心，“探究不同物質(zhì)吸熱升溫現(xiàn)象”的研究對(duì)象是吸熱的物質(zhì)，“比較質(zhì)量相同的不同燃料完全燃燒放出的熱量”的研究對(duì)象是燃燒的燃料.所以2、4、6三個(gè)容器中放置的是可燃燒的物質(zhì)酒精和煤油.1、3、5放置的是水和煤油.再明確兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中控制的量、改變的量和觀察的量.即：在“探究不同物質(zhì)吸熱升溫現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)中控制的量為吸收的熱量、吸熱液體的質(zhì)量，改變的量為吸熱液體的種類;“比較質(zhì)量相同的不同燃料完全燃燒放出的熱量”的實(shí)驗(yàn)中，控制的量為燃料的質(zhì)量、吸熱液體的質(zhì)量和種類，從而解決情境中的問題，并總結(jié)解決相似情境問題的方法，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康某霭l(fā)，明確物理過程，找到相關(guān)聯(lián)的物理量.

通過縝密的分析，將困惑的、混亂的情境轉(zhuǎn)換為清楚的、有序的情境，再將已學(xué)過的知識(shí)點(diǎn)與情境相對(duì)應(yīng)，進(jìn)行分析，從而得到科學(xué)的結(jié)果.在解決具體問題的過程中，明確解題思路，培養(yǎng)分析綜合能力.

鐘啟泉教授指出：發(fā)展高階思維，需要高階學(xué)習(xí)活動(dòng)予以支持，高階思維的關(guān)鍵是思維的交互、內(nèi)省.思維不是自然發(fā)生的，高階的學(xué)習(xí)活動(dòng)需要以情境為舞臺(tái)，建構(gòu)豐富的認(rèn)知路徑，培養(yǎng)高階思維能力，提高物理學(xué)科核心素養(yǎng).

參考文獻(xiàn)：

[1]黃皓，馬宇澄.中學(xué)物理綜合實(shí)踐活動(dòng)的開發(fā)與實(shí)施[J].物理教師，2018，39（02）：13-15.

[2]朱傳佳.遞進(jìn)式推進(jìn)項(xiàng)目展開 促進(jìn)高階思維發(fā)展——以“自制氣壓計(jì)”的拓展教學(xué)為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2021，50（06）：21-23.

[3]王敏，任新成.高階思維能力培養(yǎng)視角下的中學(xué)物理作業(yè)設(shè)計(jì)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2020，49（29）：8-10.

[4]巫建芬.高中物理教學(xué)中高階思維能力的培養(yǎng)策略——以《自由落體運(yùn)動(dòng)》教學(xué)設(shè)計(jì)為例[J].湖南中學(xué)物理，2017，32（10）：57-58.

[5]馬云秀.通過科學(xué)探究 培養(yǎng)高階思維能力——以“機(jī)械能守恒定律”一課教學(xué)為例[J].物理教師，2018，39（12）：16-18+22.

（收稿日期：2021-07-03）