提升高階思維的單元復習課設計策略

科學課要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)主要包括科學觀念、科學思維、探究實踐和態(tài)度責任，科學思維有助于指導科學實踐，形成科學觀念。在科學單元復習課教學中，基于真實問題情境的復雜教學活動可以有效提升學生的高階思維能力。然而，實際教學中，有些單元復習課變成了練習題的講評，或師生問答式的知識點梳理，有的甚至就放到課外讓學生做思維導圖等自主復習，對他們思維的提升十分有限。如何設計單元復習課，促進學生高階思維的發(fā)展呢？現以五年級“光”單元為例，闡述提升學生高階思維的單元復習課設計策略。

一、情境問題驅動，激活科學思維

1.聯結生活，創(chuàng)設真實情境

課程標準指出，要從學生已有經驗出發(fā)，選擇合適的情境素材，運用觀察、實驗、調查、制作等活動創(chuàng)設教學情境，提出有價值的問題，引發(fā)認知沖突，激發(fā)探究動機，組織學生運用所學的知識和方法解決真實情境中的問題，實現應用遷移，做到融會貫通。作為單元復習課的問題情境，不同于新授課聚焦一個核心問題、得出一個具體概念的簡單情境，教師應該創(chuàng)設一個覆蓋多個相關具體概念的真實情境，這樣才能更好地加強學生科學學習與現實生活、社會實踐之間的聯系，實現他們對核心概念的深度理解、有效建構和靈活應用，為他們高階思維的發(fā)展找到落腳點。

在“光”單元復習課中，教師創(chuàng)設“夜晚騎自行車如何保障安全”這一真實問題情境，引導學生通過討論聚焦到“自行車尾燈的工作原理是什么”這一核心問題上。教師將生活問題轉化為可研究的科學問題，包含了本單元中光的傳播路徑、反射和折射等多個知識點，實現科學問題與學生生活經驗的聯結。

2.發(fā)現關聯，提出假設模型

學生面對新的情境，在前概念的相互作用下，形成一個心智模型，而不同的心智模型反映出不同的思維層級。在這一階段，教師的作用是引導和促成學生心智模型的外顯。在具體操作中，外顯方式可分為描述、表達、展示等方式。“描述”指運用恰當的語言將心智模型描繪出來；“表達”指運用適當的工具表達心智模型的意義，如運用數學工具、圖形圖表工具、影像工具等；“展示”指的是組織展示心智模型的思維過程，重在展示思路和方法。[1]

很多學生知道自行車尾燈不是光源，認為“是利用了光的反射”，但無法描述具體的過程，只能從問題情境中找線索。教師可以將“自行車尾燈的工作原理是什么”這一核心問題分解為兩個子問題（如圖1），并設計對應的學習任務。

在后續(xù)的教學中，教師先采用“描述”的外顯方式，即口頭回答兩個子問題，讓學生描述后方司機可以看到自行車尾燈反射的光，而尾燈反射的光來自車燈等光源發(fā)出的光。接著，教師引導學生借助學習任務單，用“畫圖”的方式，完成3個學習任務。學習任務單為學生搭建了思維支架，幫助他們直觀表達，將要探究的科學問題與本單元“光在沿直線傳播過程中進行反射和折射”知識相關聯。當畫出“車燈發(fā)出的光沿直線傳播照射到自行車尾燈，尾燈反射的光再通過折射進入人的眼睛”的路徑圖，學生自然就明白了自行車尾燈起到了平面鏡反射光的作用，由此，就以光路圖的形式建構了“自行車尾燈反射光”的假設模型。

二、深度復習尋證，促進思維進階

1.初建模型，再現真實情境

在課程標準中，科學建模被列為核心素養(yǎng)中科學思維的關鍵要素，要讓學生經歷科學建模過程，并實現模型進階到思維發(fā)展的升華。因此，教師在促使心智模型外顯的基礎上，引導學生實現從初始心智模型到科學模型的過渡，[1]而過渡的關鍵是幫助學生將初始模型轉化為操作模型。受時空、器材等方面的限制，學生很少有機會能夠在真實世界中建構模型，做模擬實驗就成了有效的方法。這樣，學生在對操作模型理解和把握的基礎上，設計模擬實驗，再現真實情境，以獲得相關現象與數據。

首先，教師針對學習任務單中所畫的實物圖提問：“自行車尾燈真的是相當于一面鏡子，利用光的反射原理來提醒后方司機嗎？這真的符合真實情形嗎？”學生分析討論，達成共識，并抽象成“光的反射和折射”示意圖（如圖2），作為解釋“自行車尾燈工作原理”的初始模型。

然后，教師組織學生根據“光的反射”模型，對比真實情形，進行多次模擬實驗。在模擬實驗中，學生用鏡子模擬自行車尾燈，用手電筒模擬后方車燈，畫出光經過一次反射的實物圖時，用紅線表示光線，用黑色箭頭表示光傳播的方向，進行可視化結果呈現（如圖3）。學生通過模擬實驗發(fā)現：由于照射到自行車尾燈的光是朝各個方向的，反射光也會朝各個方向，有些方向的反射光無法進入汽車司機的眼睛，不符合真實情形。該現象能讓學生意識到“自行車尾燈反射光”這個初始模型需要修改，這也為后續(xù)思維活動奠定基礎。

2.完善模型，發(fā)展高階思維

通過多次模擬實驗，對照可視化結果，學生發(fā)現：照射到自行車尾燈的光是各個方向的，按簡單的一面平面鏡反射模擬實驗，通過尾燈反射的光方向不一定朝著汽車司機的方向。于是，教師組織學生觀察尾燈實物，發(fā)現里面并不是一個平面鏡，而是蜂窩狀的。通過放大鏡觀察和查看視頻資料，學生修正尾燈結構“光的反射”模型后，開展偶鏡的模擬實驗（如圖4左）。在這個模擬實驗中，相互垂直的兩面平面鏡組成了一個偶鏡，當一位學生用點亮的手電筒從任意角度照射一面平面鏡時，光會反射到與它垂直的平面鏡上再次反射，反射光朝向這位學生。

基于模擬實驗結果進行交流研討后，學生達成共識：相互垂直的兩面或三面平面鏡才能實現各個方向的光通過反射后朝著后方司機的方向。由此，學生修正自己的初始模型（如圖4右），在該圖中，學生用紅線表示光線，用黑色箭頭表示光傳播的方向，將實物圖轉化為抽象示意圖。學生的思維模型從簡單的一面平面鏡反射進階到適合真實情形的多面平面鏡的多次反射，實現了思維的進階。

三、拓寬復習途徑，體現創(chuàng)新思維

1.運用模型，解釋復雜現象

課程標準強調，要運用模型分析、解釋現象和數據，描述系統(tǒng)的結構、關系及變化過程。教師呈現包含多個模型的新情境，引導學生應用所建構的科學模型解決問題，使他們進一步建立實際問題情境與已有科學模型之間的聯系。

在學生修正形成了更符合真實情形的科學模型后，教師出示學習任務單（如圖5），引導他們應用這個科學模型對夜間騎行的多種情況進行分析、判斷、推理。圖5中的a圖模擬的是“夜間，三輛自行車和一輛汽車同向行進”的動態(tài)情境，讓學生判斷后面騎行的人是否能看到前面自行車的尾燈。題1～3讓學生運用“自行車尾燈多次反射光的復雜模型”做出判斷；題4讓學生辨別汽車開走后車燈發(fā)出的光無法照到三輛自行車尾燈的不同情況。圖5中的b圖模擬的是“夜間，三輛自行車和一輛汽車相向行進”的動態(tài)情境，題5讓學生判斷后面騎行的人是否能看到前面自行車的尾燈，都需要從“自行車尾燈多次反射光”的條件入手進行分析做出判斷，即當汽車開走或相向駛向自行車時，汽車車燈發(fā)出的光無法照射到自行車尾燈，尾燈無法進行多次反射光，騎行的人就無法看到其他自行車的尾燈。

[夜間騎行過程中還有許多情況，你能分析嗎？

道路上有一輛汽車和排成一列的三輛自行車，正朝著同一方向行駛。

1.騎②號自行車的人_________（填“能”或“不能”）看到①號自行車的尾燈。

2.騎③號自行車的人_________（填“能”或“不能”）看到①號自行車的尾燈。

3.騎③號自行車的人_________（填“能”或“不能”）看到②號自行車的尾燈。

4.如圖a，如果汽車開走了，騎②號自行車的人_________（填“能”或“不能”） 看到①號自行車的尾燈。

5.如圖b，汽車開走后，自行車隊的對面又來了一輛汽車，騎②號自行車的人_________（填“能”或“不能”）看到①號自行車的尾燈。

]

由原先“一輛自行車在前，汽車在后同向行進”的情境拓展到“三輛自行車和汽車同向行進”的情境”，對于學生而言，新情境中只是將自行車的數量變多，他們能比較簡單地將“自行車尾燈多次反射光”科學模型應用遷移，由此可以反映他們對修正后模型的掌握情況。當新情境拓展為“三輛自行車和汽車相向行進”的情境，學生需要逆向思考，但仍然需要從“光多次反射”的條件入手進行分析：只有汽車車燈發(fā)出的光照射到自行車尾燈，尾燈才能反射光，進而判斷騎行者能否看到其他自行車的尾燈，由此考查他們對“光多次反射”科學模型的理解運用情況，提升他們的思維水平。

2.畫概念圖，指向核心概念

在單元復習課中，教師更應該引導學生總結通過高階思維和探究實踐而形成的科學觀念，其中，抽象概括程度較高的核心概念往往具有強的解釋力，也往往處于科學觀念的核心位置。[2]學生以畫概念圖的方式進行整個單元的分析綜合、歸納推理和抽象概括，能有效地促進其思維能力的發(fā)展。[3]

本案例中，學生基于“自行車尾燈的工作原理是什么”這一真實的問題情境，通過第一次抽象概括出了“光在沿直線傳播過程中進行反射和折射”的解決問題初始模型。在這個過程中，他們回顧梳理“光源的定義”“光的傳播路徑”“光的折射、反射”之間的關系，并利用線條、箭頭和方框等符號清晰地呈現。之后，學生通過模擬實驗不斷修正，第二次抽象概括出符合真實情形的“多面平面鏡多次反射的示意圖”這一科學模型，回顧了光反射和光折射的作圖要求并在概念圖中畫出對應的光路圖，從簡單到復雜，凸顯思維的進階。緊接著，教師引導學生回顧總結本單元的其他內容，如光的色散等，列舉光的應用和生活中的光現象并簡單解釋，最后指向“物質的運動和相互作用”這一大概念，并納入概念圖框架中。在與學生一起畫概念圖的過程中，教師引導他們總結：在我們日常生活中，經常能夠觀察到光與物質的相互作用的現象，如光的反射、折射、色散等，這些現象都是由于光在運動過程中與物質之間的相互作用導致的。最終，指向“光作為一種物質的運動和相互作用”這一遷移性更強的核心概念，促進學生的思維從關聯結構走向拓展抽象結構。

（作者單位：浙江省杭州市勝利實驗學校）

參考文獻

[1]姜連國，郭玉英.基于物理建模的學習進階及其指導策略[J].物理教師，2016（08）.

[2]李松林.學科核心素養(yǎng)的發(fā)展機制與培育路徑[J].課程·教材·教法，2018（03）.

[3]張玉峰，郭玉英.科學概念層次分析：價值、變量與模型[J].物理教師，2015（11）.