基于“學(xué)習(xí)支架”的物理“思維進(jìn)階”路徑設(shè)計(jì)與優(yōu)化策略探究

作者簡介：趙亞苓（1979～），女，漢族，浙江杭州人，杭州市富陽區(qū)實(shí)驗(yàn)中學(xué)，研究方向：物理教學(xué)。

摘? 要：高中物理要求學(xué)生具有較高的推理論證能力、抽象邏輯能力和質(zhì)疑創(chuàng)新能力。因而，基于學(xué)生原有認(rèn)知水平，搭建支架，促進(jìn)學(xué)生思維進(jìn)階，助力學(xué)生達(dá)成核心素養(yǎng)落地尤為重要。文章在引入情境、提出問題、參與活動(dòng)、評(píng)價(jià)總結(jié)四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，選擇不同教學(xué)手段搭建學(xué)習(xí)支架，闡述了幫助學(xué)生跨過思維障礙，促進(jìn)思維進(jìn)階的過程。

關(guān)鍵詞：高中物理；學(xué)習(xí)支架；思維進(jìn)階；思維障礙

中圖分類號(hào)：G633.7??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??? 文章編號(hào)：1673-8918（2024）12-0135-04

思維進(jìn)階是以感覺和知覺為基礎(chǔ)的認(rèn)知過程，指大腦通過感覺、知覺等思維形式，反映客觀事物的性質(zhì)及事物之間相互關(guān)系。在高中物理教學(xué)中，進(jìn)階起點(diǎn)是學(xué)生已有的形象、直觀、記憶等低階認(rèn)知層級(jí)，目標(biāo)是邏輯推理、質(zhì)疑創(chuàng)新、綜合應(yīng)用等高階認(rèn)知層級(jí)，二者之間有遞進(jìn)的若干中間水平。學(xué)習(xí)支架是教師借助教學(xué)手段為學(xué)生在最近發(fā)展區(qū)搭建的“腳手架”，為學(xué)生提供的思維發(fā)展的臺(tái)階，能幫助學(xué)生跨過思維障礙，達(dá)到高階認(rèn)知層級(jí)，促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展。

一、 高中物理學(xué)生“思維進(jìn)階”面臨的問題

活躍的思維是高中學(xué)生掌握物理知識(shí)的基礎(chǔ)，但是在當(dāng)前的教育中，學(xué)生在物理學(xué)習(xí)上存在思維障礙，阻礙了學(xué)生發(fā)展。

（一）教學(xué)設(shè)計(jì)粗糙，進(jìn)階淺化

目前來看，受傳統(tǒng)應(yīng)試教育思維的影響，部分教師仍以考試目標(biāo)為教學(xué)目標(biāo)，缺乏對(duì)學(xué)生思維的激活和錘煉，缺少學(xué)生自主思考、自主探究等學(xué)習(xí)過程，導(dǎo)致學(xué)生無法養(yǎng)成科學(xué)的思維習(xí)慣，思維進(jìn)階受限。

（二）學(xué)習(xí)支架缺乏，進(jìn)階受制

根據(jù)維果茨基“最近發(fā)展區(qū)”理論，學(xué)生從不會(huì)到會(huì)，從低階思維水平到潛在發(fā)展水平，是需要支持和幫助的，學(xué)習(xí)支架便能提供這種幫助。現(xiàn)階段，部分高中教學(xué)時(shí)間緊張，教師應(yīng)用的教學(xué)方法相對(duì)單一，忽視支架的搭建，學(xué)生難以跨越思維障礙，導(dǎo)致思維進(jìn)階受限。

（三）支架設(shè)計(jì)過簡，進(jìn)階乏力

對(duì)很多教師而言，學(xué)習(xí)支架還是一種新事物，很多教師雖然有意識(shí)地設(shè)計(jì)教學(xué)支架，如“問題支架”“情境支架”等，但限于自身能力，支架作用流于形式，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的支持度不夠，不足以支持學(xué)生跨越思維障礙，思維進(jìn)階效果大打折扣。

二、 基于“學(xué)習(xí)支架”的物理“思維進(jìn)階”的路徑設(shè)計(jì)與優(yōu)化

物理教學(xué)大多采用情境引入、提出問題、解決問題、總結(jié)評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)，其本質(zhì)是遵循思維的進(jìn)階過程。在這些環(huán)節(jié)中，合理設(shè)置學(xué)習(xí)支架，可以在為學(xué)生提供豐富學(xué)習(xí)資源的同時(shí)，幫助學(xué)生跨過思維障礙，促使學(xué)生深度探究，實(shí)現(xiàn)思維的進(jìn)階。

（一）情境支架，精心設(shè)計(jì)，在情境中進(jìn)入深度學(xué)習(xí)

情境是學(xué)生學(xué)習(xí)的一種場(chǎng)景，有生活情境、體驗(yàn)情境、合作情境等。教師通過情境的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以充分利用各種物理知識(shí)，為學(xué)生搭建必要的學(xué)習(xí)支架，激發(fā)學(xué)生積極參與、深入探究的動(dòng)力，推動(dòng)學(xué)生知識(shí)積累和思維的進(jìn)階。

生活情境是指利用學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)活動(dòng)場(chǎng)景，引導(dǎo)學(xué)生深入探究，達(dá)到解決問題目的的一種學(xué)習(xí)媒介。利用生活情境搭建學(xué)習(xí)支架，使抽象化的物理知識(shí)形象化，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，在解決問題中培養(yǎng)抽象思維能力，促進(jìn)思維進(jìn)階。

以必修一《加速度》的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，學(xué)生在初中階段，接觸的物理多是形象、直觀、單一的，而加速度這個(gè)概念定義非常煩瑣，要求學(xué)生具有較高的邏輯推理能力，這時(shí)教師可以引入生活情境：賽車啟動(dòng)用時(shí)2.6s速度達(dá)到100km/h，戰(zhàn)斗機(jī)起飛用時(shí)30s速度達(dá)到300km/h。引導(dǎo)學(xué)生討論兩者速度變化的快慢，以增強(qiáng)學(xué)生的直觀感性認(rèn)知。而用學(xué)過的位移、速度等物理量，都不能描述速度變化的快慢，所以要引入一個(gè)新的物理量，即用速度變化量與所用時(shí)間的比值表示，定義為“加速度”。

在加速度這個(gè)概念的學(xué)習(xí)過程中，以生活情境搭建支架，通過對(duì)學(xué)生熟悉的生活問題的分析，引導(dǎo)學(xué)生從生活走向物理，激發(fā)了學(xué)生的科學(xué)意識(shí)，促進(jìn)了學(xué)生的思維進(jìn)階。

（二）體驗(yàn)支架，初步探究，探索思維方法

體驗(yàn)支架，即學(xué)生在課堂上切身參與活動(dòng)情境。教師利用身邊易見的物品創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，自動(dòng)關(guān)聯(lián)新舊知識(shí)，從而進(jìn)入探究學(xué)習(xí)，在將前概念向科學(xué)概念轉(zhuǎn)化過程中，促進(jìn)思維進(jìn)階。

以必修一《超重與失重》的教學(xué)設(shè)計(jì)片段為例，超重與失重原本是一種生活語言，與物理學(xué)中的意義有區(qū)別較大。因此，教師要引導(dǎo)學(xué)生在本質(zhì)上認(rèn)識(shí)其物理內(nèi)涵，并找尋其產(chǎn)生的本質(zhì)條件。為了幫助學(xué)生構(gòu)建模型，可設(shè)計(jì)體驗(yàn)情境，讓學(xué)生完成如下操作：用紙帶緩慢提起裝滿的水瓶，紙帶不斷裂；突然向上迅速提起水瓶，紙帶斷裂。提出思考問題：靜止或緩慢提升時(shí)，紙帶能夠承受瓶子的重力，為什么突然向上提升時(shí)，紙帶不能承受瓶子的重力呢？進(jìn)一步展開拉力與重力關(guān)系的探究。

通過實(shí)驗(yàn)展示，學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理意義上的超重與失重，重力的本質(zhì)是不變的，從而激發(fā)科學(xué)意識(shí)，選擇合適的科學(xué)方法展開重力與拉力關(guān)系的研究，在模型的構(gòu)建和科學(xué)的推理過程中，錘煉思維能力，促進(jìn)思維進(jìn)階。

（三）問題支架，引發(fā)思考，在層進(jìn)中進(jìn)階科學(xué)思維

問題支架是指在特定情境中，在完成教學(xué)目標(biāo)遇到困難時(shí)，而提出的問題。在教學(xué)過程中為了更好地達(dá)成目標(biāo)，以問題為“支架”，能夠讓學(xué)生自發(fā)性構(gòu)建、完善物理知識(shí)結(jié)構(gòu)，提升學(xué)生抽象性、邏輯性物理學(xué)科思維能力，促進(jìn)學(xué)生思維進(jìn)階。

1. 原有結(jié)論，提出問題，激發(fā)質(zhì)疑思維

基于學(xué)生初中原有的知識(shí)結(jié)論，以問題為支架質(zhì)疑，喚醒科學(xué)思維意識(shí)，在采用科學(xué)方法透過現(xiàn)象推理事物本質(zhì)的探究過程中，培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑勇于創(chuàng)新的思維能力，促進(jìn)思維進(jìn)階。

以必修三中《電磁感應(yīng)現(xiàn)象》的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，通過初中的學(xué)習(xí)，學(xué)生知道閉合電路的部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁感線時(shí)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。教師提出疑問：切割磁感線是產(chǎn)生感應(yīng)電流的唯一方法嗎？切割是對(duì)條件的定性描述，導(dǎo)體切割磁感線的本質(zhì)是什么？當(dāng)產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí)與磁場(chǎng)相關(guān)的哪個(gè)物理量發(fā)生了變化呢？通過探究綜合分析，學(xué)生得出結(jié)論：部分導(dǎo)體切割磁感線時(shí)，改變的是閉合電路的面積，即改變了磁通量。進(jìn)而猜測(cè)：閉合回路的磁通量變化，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜測(cè)的正確性。

通過對(duì)初中知識(shí)定性結(jié)論的質(zhì)疑，引導(dǎo)學(xué)生重走科學(xué)探究歷程，對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行觀察、猜想事物的本質(zhì)，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，分析推理后得出結(jié)論。在這個(gè)過程中，激發(fā)了學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新思維，提升了學(xué)生高階思維能力，促進(jìn)了思維進(jìn)階。

2. 實(shí)驗(yàn)演示，展現(xiàn)問題，訓(xùn)練創(chuàng)新思維

實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)不可或缺的部分，實(shí)驗(yàn)演示可以引導(dǎo)學(xué)生積極地參與體驗(yàn)，激活學(xué)生的情境思維。以演示實(shí)驗(yàn)為支架，展現(xiàn)認(rèn)知矛盾，可以有效激發(fā)學(xué)生主動(dòng)理解知識(shí)建構(gòu)的意義，加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解，提升探究思維、探究能力以及動(dòng)手實(shí)踐能力，促進(jìn)學(xué)生思維進(jìn)階。

以必修一《自由落體運(yùn)動(dòng)》的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，落體運(yùn)動(dòng)是生活中常見的一種運(yùn)動(dòng)，但它與自由落體運(yùn)動(dòng)并不相同。如何進(jìn)行理想化抽象建立物理模型，并采用科學(xué)方法探究它的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，是學(xué)生面臨的一個(gè)難點(diǎn)。教師可以準(zhǔn)備兩張紙片和一塊橡皮，完成以下演示實(shí)驗(yàn)：

演示1：質(zhì)量大的橡皮和一張質(zhì)量輕的紙片，同時(shí)從高處放下，觀察哪個(gè)下落得快？

生：重的橡皮下落得快。

師：重的物體一定下落得快嗎？

生：結(jié)合生活認(rèn)知，重的物體下落得快。

演示2：兩張紙片，其中一張團(tuán)成紙團(tuán)，再次同時(shí)從高處放下，觀察哪個(gè)下落得快？

生：紙團(tuán)下落得快。

演示3：紙團(tuán)和橡皮同時(shí)放下，觀察哪個(gè)下落得快？

生：幾乎一樣快。

此時(shí)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引發(fā)學(xué)生質(zhì)疑，質(zhì)量的大小與物體下落的快慢無關(guān)，那么物體下落快慢與什么有關(guān)呢？教師此時(shí)引導(dǎo)學(xué)生建立自由落體運(yùn)動(dòng)的模型，展開對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的探究。

自由落體運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用，如果僅給出結(jié)論加強(qiáng)訓(xùn)練，學(xué)生也可以熟記相關(guān)知識(shí)，但缺失了建模能力、探究能力的思維培養(yǎng)過程，嚴(yán)重影響了后續(xù)知識(shí)結(jié)構(gòu)的搭建。而以演示實(shí)驗(yàn)為支架，呈現(xiàn)問題激發(fā)質(zhì)疑創(chuàng)新思維，有效搭建了現(xiàn)象到本質(zhì)的橋梁，促進(jìn)了學(xué)生思維進(jìn)階。

（四）活動(dòng)支架，支架迭代，在歷練中進(jìn)階物理思維

教學(xué)活動(dòng)是教師按照一定的教學(xué)原則設(shè)計(jì)的，目的是對(duì)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)技能的傳授，培養(yǎng)學(xué)生能力，落實(shí)教學(xué)目標(biāo)。以恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)活動(dòng)為“學(xué)習(xí)支架”，通過多層次的動(dòng)態(tài)活動(dòng)方式，揭示知識(shí)發(fā)生的過程，有效激發(fā)學(xué)生積極思維，提升學(xué)生知識(shí)的構(gòu)建能力，促進(jìn)學(xué)生思維進(jìn)階。

1. 項(xiàng)目支架，探究引領(lǐng)，訓(xùn)練應(yīng)用思維

項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是一種建構(gòu)性的教學(xué)方法，教師基于真實(shí)情境提出問題，將學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)項(xiàng)目化，指導(dǎo)學(xué)生利用自身知識(shí)，結(jié)合媒體書籍等資料開展研究和實(shí)踐操作。在解決問題并展示和分享成果的過程中，可以有效提升學(xué)生的創(chuàng)造性思維及綜合能力，促進(jìn)學(xué)生思維進(jìn)階。

以必修一中《運(yùn)動(dòng)和力》的項(xiàng)目設(shè)計(jì)為例，交通安全事故屢見不鮮，尤其是高速公路上超速或者司機(jī)反應(yīng)不及時(shí)等造成的交通事故。要求學(xué)生用物理知識(shí)、量化數(shù)據(jù)，對(duì)“車輛之間最小安全距離”等交通安全規(guī)定進(jìn)行佐證，創(chuàng)設(shè)《高速公路汽車最小安全距離分析報(bào)告》的項(xiàng)目學(xué)習(xí)。教師結(jié)合學(xué)生項(xiàng)目推進(jìn)情況，及時(shí)給出引導(dǎo)，如以下安全距離分析報(bào)告提綱：

（1）《道路安全交通法》中涉及影響最小安全距離的規(guī)定：如禁止酒駕、毒駕、疲勞駕駛等影響反應(yīng)時(shí)間的行為。

（2）影響最小安全距離的因素

（3）最小安全距離的計(jì)算

①汽車運(yùn)動(dòng)過程分析（建立理想模型）

②司機(jī)反應(yīng)時(shí)間測(cè)定（利用自由落體運(yùn)動(dòng)）

③影響加速度大小的因素

④調(diào)查動(dòng)摩擦因數(shù)（利用網(wǎng)絡(luò)資源）

⑤計(jì)算最小安全距離

（4）安全行駛倡議

教師引導(dǎo)學(xué)生以加速度的求解為突破口，結(jié)合所學(xué)機(jī)械運(yùn)動(dòng)知識(shí)，圍繞牛頓第二定律，推進(jìn)項(xiàng)目。在完成項(xiàng)目的過程中，促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的構(gòu)建與理解，提升了學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，促進(jìn)了思維進(jìn)階。

2. 說題支架，角色引領(lǐng)，把握宏觀思維

說題模式，即讓學(xué)生從命題者的角度，全面分析題目，從“記憶者”的配角轉(zhuǎn)換為“命題者”的主角。以說題為支架，不僅可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和遷移，還能鍛煉學(xué)生的綜合分析能力，促進(jìn)其思維方式的逐漸進(jìn)階，培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

以高三物理高考復(fù)習(xí)階段的說題設(shè)計(jì)為例。

例題展示：（浙江省2023.06）3. 鉛球被水平推出后的運(yùn)動(dòng)過程中，不計(jì)空氣阻力，下列關(guān)于鉛球在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小a、速度大小v、動(dòng)能Ek和機(jī)械能E隨運(yùn)動(dòng)時(shí)間t的變化關(guān)系中，正確的是（? ）

本題是高考物理選擇題的第三題，難度適中，側(cè)重學(xué)生能力考查，體現(xiàn)了物理核心素養(yǎng)引領(lǐng)下的高考命題方向。說題以小組為單位，在綜合考慮學(xué)生能力和思維差異的基礎(chǔ)上根據(jù)成員優(yōu)勢(shì)，確定責(zé)任分工，如組織者、說課者、解題分析者等，使每個(gè)學(xué)生通過相互討論、查閱資料等方式積極參與完成自己的任務(wù)。組員的成果以書面形式展示，并由一名同學(xué)最終完成說題。

通過說題，學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解更加深刻，對(duì)物理觀念的認(rèn)知更加透徹，能夠站在更高更廣的視角看待問題、思考題目。在完成知識(shí)構(gòu)建過程中，學(xué)生逐步形成了科學(xué)的思維方式，促進(jìn)了學(xué)生思維的進(jìn)階與發(fā)展。

（五）評(píng)價(jià)支架，立足進(jìn)階，在評(píng)價(jià)中提升思維品質(zhì)

教學(xué)評(píng)價(jià)是教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，評(píng)價(jià)既是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的重要手段，又是診斷、調(diào)控和引導(dǎo)課堂教學(xué)的重要媒介，積極創(chuàng)建與教學(xué)模式相適應(yīng)的評(píng)價(jià)支架，可以全面增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)思維進(jìn)階。

以上文中說題支架的教學(xué)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)為例，在說題進(jìn)行過程中，設(shè)置組內(nèi)自評(píng)表和組間互評(píng)表，突出能力提升與思維進(jìn)階的評(píng)價(jià)。互評(píng)即對(duì)同學(xué)的參與態(tài)度、合作態(tài)度、完成任務(wù)的嚴(yán)謹(jǐn)程度等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，幫助學(xué)生提升“傾聽”的注意力；自評(píng)即對(duì)自己的參與態(tài)度、思維進(jìn)階、能力提升等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，幫助學(xué)生反思學(xué)習(xí)進(jìn)程。學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，在對(duì)自己和同伴的“說題”進(jìn)行反思、審視過程中，可以明確下一步的學(xué)習(xí)方向。小組說題完成后，教師要做出結(jié)果性評(píng)價(jià)，精準(zhǔn)評(píng)價(jià)學(xué)生，不足之處給予指導(dǎo)。

教學(xué)過程中，通過相互問答或者調(diào)查問卷的形式，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程和結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，再由教師進(jìn)行多維度的評(píng)價(jià)，可以促進(jìn)學(xué)生正確認(rèn)識(shí)自己，診斷學(xué)習(xí)過程，從而開拓思維，促進(jìn)思維進(jìn)階。

三、 收獲與思考

以多種教學(xué)方法作為手段設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)支架，可以有效深化學(xué)生的認(rèn)知，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)重構(gòu)整合，推動(dòng)學(xué)生思維發(fā)展，促進(jìn)思維進(jìn)階。同時(shí)，要搭建有效的學(xué)習(xí)支架，不僅要考慮學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，還需要提供行之有效的教學(xué)手段，這就對(duì)教師的學(xué)科素質(zhì)提出了更高的要求。因此，教師應(yīng)不斷提升自身素質(zhì)，以學(xué)習(xí)支架促進(jìn)學(xué)生思維進(jìn)階。

參考文獻(xiàn)：

［1］馬慧佳.高三物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)策略初探——引導(dǎo)學(xué)生“說題”，促進(jìn)思維進(jìn)階［J］.物理教學(xué)參考，2020（11）：72-75，79.

［2］郭燕.“支架式教學(xué)”在物理難點(diǎn)問題教學(xué)中的有效應(yīng)用［J］.實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2019，36（5）：17-18.