發揮原創題對高階思維的賦能功能
——近三年各地中考高質量實驗探究題欣賞

王國軍 湯金波

（1.貴安新區花溪第六中學，貴州 貴陽 550025；2.南京師范大學附屬中學樹人學校，江蘇 南京 210003）

一、原創題的背景及價值

新時代學科核心素養在立德樹人思想的指導下，終極目標關注著學生的終身發展，任何一種學科的學習，無非是在其中獲得學科能力，在科學學習過程中讓思維獲得發展。知識和學科技能的獲得只是一種載體，重要的是在獲得載體過程中習得關鍵品質，這種品質的核心就是思維品質。智力和能力的形成與發展離不開這個要素，林崇德教授認為這集中表現在五個維度，即思維深刻性、靈活性、獨創性、批判性、敏捷性。［1］

《義務教育物理課程標準（2022 年版）》指出：“物理課程旨在促進學生核心素養的養成和發展，為學生的終身發展奠定基礎。學生應會用所學模型分析常見物理問題，具有初步科學推理能力，能獨立思考，具有質疑創新的意識。”［2］。《普通高中物理課程標準（2017 年版2020 年修訂）》的學科核心素養中特別把“科學思維”單列出來，作為學生必備的品格和關鍵能力，指明了發展學生的科學思維能力是重要的教學目標之一。［3］

2019 年11 月，教育部出臺《初中學業水平考試命題工作的意見》，指出教學要在教與學的模式上進行適時性的改變，在教的方面要圍繞情境、問題、深度思維、高參與度開展，在學的方面要發揮學生的自主性、合作性、探究性學習；評價要素不僅是注重雙基的考查，還要關注學生的思維過程、創新意識，以及問題的解決與分析能力，評價工具要積極推動教改，以促進學生的全面健康發展為導向。［4］

2021 年7 月，國家出臺“雙減”政策，把作業環節單列出來，要關注作業的高質量設計，堅決去除機械式、無效式、重復式、懲罰式作業。［5］

因此無論是平時的作業題目，還是用于學業質量評估的試題，都離不開題。因為題是構成作業或試卷的基本單元，為了對學生的思維能力進行評估，教師對學生答題的外顯性表現進行評價，從而對內隱性的高階思維做出評估，并利用這種表現性評價對教與學的過程進行調整。但是如果題目陳舊、機械化、模式化、就難以對學生的高階思維能力進行培養和客觀評估。原創題可以糾偏以大量機械性刷題為導向的教學模式，從高階思維的深刻性、靈活性、獨創性、批判性和敏捷性的五維突破口出發，達成培養學生的關鍵品格養成。本文從高階思維的五個維度闡述其賦能功能，以期對教學帶來啟發。

二、原創題對學生高階思維培養的賦能功能

教師在進行題目的設計或選擇時，首要任務是根據學生的學情和課標，在知識和技能的基礎上，確立高階思維培養目標。本文以近三年部分省市中考探究型實驗原創題（新情境新問題）為例，談培養學生的高階思維為目標進行案例式解讀它的賦能功能。

（一）關注模型建構能力，提升學科理解思維的深刻性

案例1：（2021.貴陽）空氣對運動物體有阻礙作用，這就是我們常說的空氣阻力（f）。空氣阻力的大小與哪些因素有關呢?根據生活經驗發現：無風的環境中，人散步時幾乎感受不到空氣阻力，快跑時就明顯感受到空氣阻力。由此猜想：空氣阻力的大小可能與物體運動的速度有關。

為了驗證這一猜想，準備了如下器材：充氣的氣球、無彈性細線、鉤碼、彈簧測力計、刻度尺、鐵架臺、帶連拍照相功能的手機（該手機每隔相同時間對物體拍攝一次）。

如圖1 甲所示以氣球為研究對象，在氣球下方用細線懸掛鉤碼，保持鉤碼底部與刻度尺的某一刻度線相平，釋放氣球并用手機記錄鉤碼豎直下落過程的位置。（氣球和鉤碼的運動情況相同，可將兩者視為一個整體）

請回答下列問題：

（4）以上實驗過程均沒有考慮氣球所受浮力，那么氣球受到的浮力對空氣阻力大小的推導結果是否產生影響?請在答題卡虛線框中分別畫出測量它們重力和勻速下落時的受力情況，并結合受力情況寫出理由。（不考慮空氣對鉤碼的作用力）

本題需要學生通過對試題的情境進行全方位理解。在題干中首先給出“根據生活經驗”這一提示性語句，告訴學生這是一個基于真實生活情境的問題，與每一個學生的親身經歷聯系緊密。在第（4）問的第1 小問中要求學生“分別畫出測量它們重力和勻速下落時的受力情況”，這就考查了學生是否具有基于真實情境進行物理模型建構的思維能力。

科學思維是基于經驗事實建構物理模型的抽象概括過程。發展學生的科學思維是重要的教學目標之一。物理模型的建構需要學生在對真實的問題情境深度認識基礎上，抓住事物（問題）的主要方面，去除事物（問題）的次要方面，抽象出具有物理問題（反映事物本質特征）情境的模型，為用物理科學方法和思想進行問題的解決提供表征工具，這也是后續問題解決的基礎環節。模型的建構其實并非是只有物理學科或只有進入物理學科的學習才具有的一種思維，筆者認為，只要能用工具進行繪畫的人都具有模型的建構的思維能力（雖然那是一種相對粗淺的思維能力，但卻是一種非常重要的認識事物和表征事物的方法）。比如幼兒的早期，他們對于太陽這個物體不陌生，每一個人都有這樣的經歷而且現在都在用，就是如果要把太陽這個物體搬在紙上來，那么幼兒就會在紙面上畫出四周有幾條線的圓圈來。實質上，這就是一種模型的建構過程。這類構建，在初中物理的學習的過程中，比如有聲波的波形圖、光線模型、勻速直線運動、力的作用線、磁感線等，進入高中后有質點、點電荷、勻強電場等。

在模型的建構過程中，讓學生經歷了“比較—概括—抽象”思維活動的進階，有助于發展學生的科學思維，提升學生對物理學科理解的深刻性。

（二）關注科學推理能力，提升學科理解思維的靈活性

案例2：（2021.南通）籃球運動員傳球時，籃球撞擊地面后能準確反彈到遠處隊友手中，小明覺得好奇：籃球撞擊地面后，反彈方向與哪些因素有關呢？與同學們討論后，他們覺得可以用彈性小球代替籃球，對小球撞擊水平地面后的反彈方向進行探究，并提出了三種猜想。

猜想1：與小球撞擊地面前是否旋轉有關;

猜想2：與小球撞擊地面時的入射方向有關;

猜想3：與地面的粗糙程度有關。

（1）對于猜想1，聯想到旋轉的乒乓球打到球臺后，反彈的路線發生明顯變化，由此判斷猜想1 是的。

（2）為驗證猜想2 和3，同學們設計了如圖2 甲所示的裝置，每次都讓彈性小球從壓縮了相同長度的彈簧下端，由靜止彈出并撞擊地面，分別改變地面的粗糙程度和小球的入射方向與地面的夾角α。測出小球撞擊地面后的反彈方向與地面的夾角β，記錄數據如表1。

（3）

表1

①對猜想2，分析數據可得β與α的定性關系是：____。這說明該猜想是正確的。

在案例1 和案例2 中，都需要學生通過對問題情境進行抽象思考，利用學科方法和學科原理、規律等對解決的問題進行歸納、綜合、比較、演繹等科學推理。案例1 中，考查了學生在模型的建立基礎上，運用力的平衡原理分析推理出“氣球受到的浮力對空氣阻力大小的推導結果是否產生影響”這一質疑性問題，同時讓學生在分析和推理物理問題過程中學到了“抓住影響問題的主要因素，忽略問題的次要因素”的哲學觀念。在案例2 中的第（1）問及第（2）的①問中，考查了學生在科學探究環節中針對提出的猜想進行有根據的推理過程，科學推理必須基于科學性和真實性的證據（數據、圖像等）進行科學性的推導。因此，案例中第（1）問直接提示“聯想到旋轉的乒乓球打到球臺后，反彈的路線發生明顯變化”這一生活經驗，這就是事實證據，從而推理出猜想1 的正確性問題；然而過渡到第（2）的第①問，又采用進階式的設問方式，第（1）問是基于生活經驗的推理，這在物理學的歷史長河中，最為典型的就是亞里士多德基于生活經驗的推理，得出了“力是維持物體運動的原因”這一錯誤結論。所以，這一進階式的設問極具科學的認知發展過程，采用了基于真實科學的數據進行推理，而且是定性的推理，只要求能夠用控制變量法推理出“當地面粗糙程度一定時，小球入射方向與地面的夾角α越大，小球撞擊地面后的反彈方向與地面的夾角β就越大”這一結論。

因此，這樣的科學推理能力只有學生通過對學科知識的學習，從中學到學科的關鍵品質和核心能力，具備了學科思維素養，并能靈活運用科學推理方法，才能提升學科理解思維的靈活性。

（三）關注質疑創新能力，提升學科理解思維的獨創性

案例3：［題干同案例2 第（2）問第②問］對猜想3，小虎認為：表中α一定時，各次測得的β不等，這是由測量誤差引起的，所以猜想3 是錯誤的，同學們不贊成小虎的觀點，理由是：___。

案例4：（2019.鹽城）小明做“探究平面鏡成像特點”的實驗時，將玻璃板豎直立在水平桌面，在白紙上畫出表示玻璃板前后兩表面的位置MM/和NN/，如圖3所示。

問題（4）：實驗中，像與物到反射面的距離存在差值，小明想探究影響這一差值大小的因素，請幫小明提出一條有價值且可探究的問題。

圖3

在案例3 中，要求學生通過對測量的數據進行分析，發現數據β不一致的原因，但是其他同學質疑小虎提出的產生數據不一致的原因，形成矛盾。在這樣的矛盾中需要保持冷靜頭腦，利用科學的思維和方法，按照科學性原則分析其中的原因。案例4 中，探究平面鏡成像特點實驗是學生必做實驗，在平常的實驗中，也常常會遇到對玻璃板厚度問題的選擇問題，常規性的題目就是提問選擇玻璃板厚與薄及其理由。但是本題卻采用了舊情境新問題的方式呈現，讓學生眼前一亮，既熟悉又陌生。這就是每一個人看到的都是同一個現象，但是思考的角度不一樣，提出的問題就具有獨創性和創新性。愛因斯坦強調了提出問題的重要性，他說解決問題可能只是數學或實驗技能的凸顯，但是提出新問題，是從新的角度去看待已有的問題，這是一種質疑思維和能力，更是創造性能力的體現。

質疑創新思維能力作為科學思維的要素，是學生終身發展必備品格和關鍵能力之一。創新的基礎在質疑問難。［6］學生通過發現問題，質疑問題，質疑證據，分析和綜合判斷，進行有科學性的推理，從而進行創新性的探究，提升學科理解思維的獨創性。

（四）關注科學論證能力，提升學科理解思維的批判性

在案例2 中的第（1）（2）問中，題目給出生活情境：“籃球運動員傳球后，撞擊地面后，籃球的反彈能傳到隊友手中。”提出問題：“球的反彈方向與哪些因素有關？”然后按照科學探究的原則進行猜想，試題在設問環節中對猜想的要素進行進階式設問，從基于生活經驗，依靠物理感覺的方式進行論證過渡到采用進行科學測量，對收集到的數據進行論證。

在論證過程中，需要學生具備并掌握基本的科學原理和方法，尊重事實和證據，有嚴謹的求知態度，邏輯清晰，能對事物或問題進行觀察、比較、分析、綜合、抽象和概括；在認識事物和解決問題時，既能應用科學知識和數理邏輯推理出結論，也能用科學方法收集證據，通過歸納總結規律；在與人交流時，能基于科學知識和事實論據論證觀點。［7］

科學論證思維能力作為科學思維的其中一個維度，一旦具備了這方面的能力，終將受益終生，如果同時具有較強的遷移能力，這對將來進入其他行業的思維能力均能起到潛移默化的作用。比如從事律師、刑偵類等行業，都需要對遇到的問題進行科學合理的猜想，并進行對提供的證據進行科學性的論證，利用批判性思維去除那些與問題無關的猜想和證據，這可以大大提高辦理案件的效率。所以關注并發展學生的科學論證能力，可以提升學生對學科理解的批判性，極大地顯化物理的學科思維功能和價值。

（五）關注精準理解能力，提升學科理解思維的敏捷性

案例5：（題干同案例4）問題（2）在玻璃板前放棋子A，觀察到棋子在玻璃板中有兩個像，一個較亮、另一個較暗，較亮的像是光線經過（選填“MM/”或“NN/”）面反射形成的。

該問題中，要求學生對平面鏡成像的原理有深刻的理解。如果對光反射的基本概念的理解不精準，就會受到情境中“一個較亮、另一個較暗”的干擾，導致得出錯誤結論。在初中物理的很多結論性表達中，有的是定性描述，有的具有定量的描述，但是在描述中都有自己一整套科學、邏輯的體系表征，這是由于學科的學科特點決定的。比如，在“探究光的反射規律”的結論性表達中，學生很容易把結論描述為“入射角等于反射角”“反射角隨入射角的變化而變化”；在“探究電流與電壓或電阻的關系”時，也比較容易陷入粗淺的表征方式，“電流隨電壓的變化而變化”或“電流隨電阻的變化而變化”，甚至有“電阻與電壓成正比，電阻與電流成反比”等等。原因在于學生缺乏對這些問題表征的邏輯體系的精準理解。

理解是指對研究或認知對象的表象和本質特征及規律都有深刻的認識。對于精準理解，筆者認為是在理解的基礎上，能應用學科的專業術語進行一套合乎邏輯表達的過程，可以融會貫通、舉一反三，思維能力得到廣泛的遷移，知道它是“為什么”和“怎么做”，認知思維的深度和廣度都達到較高層次。

所以，只有提升學生對學科理解的精準性思維能力，才能讓學生在遇到問題時提高解決問題的敏捷性。

三、結語

通觀以上實驗探究型原創題，可以得出一個結論：這些問題都以新情境新問題為工具，關注學生終身發展必備的品格和關鍵能力，以考查學生的高階思維為立意，對思維品質的深刻性、靈活性、獨創性、批判性、敏捷性進行全方位的評估，發揮了原創題對高階思維的賦能功能。

那種以機械性刷題為導向的學習模式終會關上枯燥乏味的機械大門。中學物理教學將開啟以高階思維為導向的高質量學習，高參與以及創造性思維培養的大教學時代之門。