指向高階思維的證據(jù)意識(shí)培養(yǎng)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2025）7-0008-6

在人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)深度介人教育的背景下，全球基礎(chǔ)教育正經(jīng)歷從“知識(shí)本位”向“素養(yǎng)本位”的轉(zhuǎn)變。我國(guó)新一輪課程改革將核心素養(yǎng)作為學(xué)生培養(yǎng)自標(biāo)，正是迎合了這一趨勢(shì)。物理學(xué)科作為科學(xué)領(lǐng)域的引領(lǐng)學(xué)科，其教學(xué)實(shí)踐亟須改變，從僅關(guān)注物理知識(shí)學(xué)習(xí)的模式向以發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)的導(dǎo)向轉(zhuǎn)變。科學(xué)論證能力是物理學(xué)科中科學(xué)思維的重要素養(yǎng)，以證據(jù)為基礎(chǔ)的科學(xué)論證能力就是重要的科學(xué)能力。

1 相關(guān)概念界定

1.1 證據(jù)意識(shí)

意識(shí)是人腦對(duì)自身存在及外界環(huán)境的主觀覺察與反應(yīng)能力，其物質(zhì)基礎(chǔ)是大腦皮層的神經(jīng)活動(dòng)。意識(shí)有三個(gè)要素：一是意識(shí)是自我感覺；二是意識(shí)是自我與外界的信息互動(dòng)過程；三是意識(shí)是自我對(duì)外界的反應(yīng)。所以，意識(shí)的本質(zhì)是主動(dòng)積極的自我態(tài)度和自我對(duì)外界刺激的反應(yīng)。那么，什么是證據(jù)呢？一般來說，證據(jù)是能證明真實(shí)性的具有關(guān)聯(lián)性和公正性的客觀材料。從科學(xué)論證的角度來看，證據(jù)是指通過系統(tǒng)性觀察、實(shí)驗(yàn)或邏輯推理獲得的客觀數(shù)據(jù)或現(xiàn)象，其功能是支持或反駁科學(xué)假說，并需要滿足可檢驗(yàn)性、可重復(fù)性和邏輯關(guān)聯(lián)性等核心標(biāo)準(zhǔn)。

證據(jù)意識(shí)是以探求真實(shí)為核心的品格，強(qiáng)調(diào)在科學(xué)探究和認(rèn)知過程中，基于事實(shí)和證據(jù)進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)推理與判斷的能力。其核心在于通過科學(xué)方法獲取、評(píng)價(jià)和運(yùn)用證據(jù)驗(yàn)證假設(shè)或得出結(jié)論，同時(shí)體現(xiàn)對(duì)客觀真理的尊重和實(shí)證精神的追求。證據(jù)意識(shí)包括獲取證據(jù)的主動(dòng)性和嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度、獲取證據(jù)的能力、評(píng)價(jià)和解釋證據(jù)的能力、運(yùn)用證據(jù)綜合論證與表達(dá)的能力。

物理教學(xué)中，證據(jù)意識(shí)是指對(duì)物理教學(xué)中證據(jù)作用、價(jià)值的一種覺醒并知曉的心理狀態(tài)，并在學(xué)習(xí)探究活動(dòng)中主動(dòng)尋找和收集證據(jù)、分析證據(jù)、表達(dá)和運(yùn)用證據(jù)的一種科學(xué)理性能力[1]。

為何要重視證據(jù)？首先，物理理論體系的形成基于觀察和實(shí)驗(yàn)，物理的學(xué)科本質(zhì)決定了物理學(xué)是以證據(jù)為基礎(chǔ)或以證據(jù)為核心的。其次，在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中將“證據(jù)\"置于顯著位置，在素養(yǎng)發(fā)展水平要求部分的表述中，更是反復(fù)提及“證據(jù)”[2]。因此，讓證據(jù)成為一種“意識(shí)”，對(duì)學(xué)生深入探究物理世界、提升核心素養(yǎng)具有重要意義。

1.2 高階思維

按布魯姆認(rèn)知層級(jí)劃分的理解，其廣泛被認(rèn)可的定義是“發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或較高層次的認(rèn)知能力”3]。布魯姆等在教育目標(biāo)分類學(xué)（2001修訂）中將“認(rèn)知過程維度”分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造六個(gè)維度，如圖1所示，其中分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造就對(duì)應(yīng)著高階思維的范疇[4]。《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》明確提出核心素養(yǎng)是教育的主要目標(biāo)，而高階思維能力是培養(yǎng)核心素養(yǎng)的關(guān)鍵任務(wù)。素養(yǎng)導(dǎo)向的教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生應(yīng)該通過學(xué)習(xí)逐步形成正確的價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力[5]。而布魯斯·威廉姆斯認(rèn)為，高階思維的培養(yǎng)主要是運(yùn)用主動(dòng)學(xué)習(xí)、積極提出問題和跨學(xué)科整合等方式。個(gè)體只有具備高階思維才能建立穩(wěn)固的品格、道德、價(jià)值觀[。由此可見，發(fā)展高階思維有其獨(dú)特的意義。

圖1布魯姆認(rèn)知目標(biāo)

1.3 證據(jù)意識(shí)與高階思維的關(guān)系

證據(jù)意識(shí)與高階思維之間存在深刻的關(guān)聯(lián)。培養(yǎng)證據(jù)意識(shí)不僅是科學(xué)素養(yǎng)的基礎(chǔ)，更是促進(jìn)高階思維能力發(fā)展的有效路徑。證據(jù)意識(shí)與高階思維的關(guān)聯(lián)性可以從以下幾個(gè)方面認(rèn)識(shí)。

1.認(rèn)知目標(biāo)的同構(gòu)性。證據(jù)意識(shí)的核心能力如獲取、評(píng)價(jià)和整合證據(jù)的能力與高階思維中的分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造等能力存在共同集合的關(guān)系。例如，分析能力和批判性思維是證據(jù)意識(shí)與高階思維共同要求的能力。在科學(xué)實(shí)踐中，對(duì)證據(jù)的合理性、真實(shí)性的判斷，要求質(zhì)疑證據(jù)獲取的方法和推理邏輯，這與高階思維中的“審辯性思考”是相通的。

2.實(shí)踐過程的依賴性。證據(jù)意識(shí)的培養(yǎng)需要我們培養(yǎng)在真實(shí)情境中的問題探究和解決能力，這與高階思維培養(yǎng)的方式是相通的。因?yàn)橹挥姓鎸?shí)、復(fù)雜的情境中的問題解釋和解決過程才能有效培養(yǎng)高階思維。

3.元認(rèn)知的觸發(fā)作用。證據(jù)意識(shí)強(qiáng)調(diào)對(duì)思維過程的反思，例如，我們常常會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與假設(shè)之間的矛盾進(jìn)行深度反思，這與高階思維中的自我調(diào)節(jié)能力（如修正實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）直接相關(guān)。再如，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)失敗后分析原因，本質(zhì)上是對(duì)自身認(rèn)知的再評(píng)估。

2培養(yǎng)證據(jù)意識(shí)是發(fā)展高階思維的有效方式

2.1 證據(jù)意識(shí)對(duì)高階思維能力的促進(jìn)作用

為什么培養(yǎng)證據(jù)意識(shí)能有效促進(jìn)高階思維能力？我們可以從證據(jù)意識(shí)與高階思維能力的本質(zhì)聯(lián)系來分析。

第一，證據(jù)意識(shí)能使人實(shí)現(xiàn)從“被動(dòng)接受”到“主動(dòng)建構(gòu)”的思維升級(jí)。傳統(tǒng)教學(xué)中，知識(shí)多通過記憶傳遞（如背誦公式），屬于低階思維。而證據(jù)意識(shí)要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)或案例中主動(dòng)獲取數(shù)據(jù)、驗(yàn)證假設(shè)，推動(dòng)思維從“復(fù)現(xiàn)\"轉(zhuǎn)向“重構(gòu)”。例如，電梯變速上升或變速下降時(shí)失重與超重問題的討論，如果我們簡(jiǎn)單地用公式來處理這個(gè)問題，沒有激發(fā)學(xué)生證據(jù)意識(shí)的過程，就不能很好地培養(yǎng)高階思維能力。但如果從證據(jù)意識(shí)的角度，我們會(huì)設(shè)計(jì)電梯做各種勻變速運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)力計(jì)的計(jì)數(shù)變化的實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中歸納出測(cè)力計(jì)的數(shù)據(jù)與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的關(guān)系。這種依據(jù)實(shí)驗(yàn)證據(jù)進(jìn)行推理分析的過程，就能很好地培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力。

第二，證據(jù)意識(shí)是復(fù)雜情境中的綜合因素的整合能力，與高階思維相吻合。證據(jù)意識(shí)訓(xùn)練常嵌人跨學(xué)科、開放式任務(wù)，如“氫能源推廣利弊”的辯論，要求學(xué)生整合多源證據(jù)，權(quán)衡利益沖突，這正是高階思維中的“復(fù)雜溝通\"和“決策能力”。

第三，證據(jù)意識(shí)是從“工具理性\"到“價(jià)值理性”的思維深化。證據(jù)意識(shí)不僅關(guān)注“如何做\"的方法問題，更強(qiáng)調(diào)“做得怎樣\"的評(píng)價(jià)問題。例如，電梯視重問題中，我們會(huì)根據(jù)需要設(shè)計(jì)升降機(jī)中測(cè)視重的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)完成后，我們會(huì)結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)的方法和過程進(jìn)行可靠性評(píng)估，一旦發(fā)現(xiàn)問題，我們會(huì)重新設(shè)計(jì)和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，這個(gè)證據(jù)獲取過程需要評(píng)價(jià)、批判等高階思維的協(xié)同作用。

2.2 證據(jù)意識(shí)培養(yǎng)的具體策略與高階思維能力的映射關(guān)系

證據(jù)意識(shí)與高階思維能力之間存在許多相通之處，我們可以對(duì)它們的相通或相同特征進(jìn)行對(duì)比分析，如表1所示。

表1證據(jù)意識(shí)與高階思維能力的映射關(guān)系

因此，證據(jù)意識(shí)與高階思維的培養(yǎng)需融合實(shí)驗(yàn)探究、問題驅(qū)動(dòng)和元認(rèn)知訓(xùn)練等方式。在物理學(xué)科中，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證假設(shè)、矛盾情境引發(fā)質(zhì)疑、跨學(xué)科遷移應(yīng)用等策略，可同步提升學(xué)生的科學(xué)探究能力與高階思維品質(zhì)。教師需從“知識(shí)傳遞者\(yùn)"轉(zhuǎn)變?yōu)椤八季S引導(dǎo)者”，讓學(xué)生在“證據(jù)一推理一重構(gòu)\"的循環(huán)中實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

2.3 證據(jù)意識(shí)是培養(yǎng)高階思維能力的“腳手 架”

從本質(zhì)特征分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)兩方面都可以得出結(jié)論：證據(jù)意識(shí)的求真態(tài)度、實(shí)證方法和邏輯推理等訓(xùn)練，為高階思維提供了結(jié)構(gòu)化的發(fā)展路徑。其訓(xùn)練的有效性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： ① 認(rèn)知工具化，證據(jù)處理過程（獲取一評(píng)價(jià)一運(yùn)用）本身就是高階思維的實(shí)踐載體； ② 思維顯性化，證據(jù)的可視化（如數(shù)據(jù)圖表、聲波圖像）使抽象思維具象化，降低了認(rèn)知難度； ③ 素養(yǎng)整合性，科學(xué)探究活動(dòng)中，證據(jù)意識(shí)大然融合了分析、創(chuàng)造、決策等綜合能力。

因此，培養(yǎng)證據(jù)意識(shí)不僅是科學(xué)教育的需求，更是發(fā)展高階思維能力的戰(zhàn)略性方法。

3促進(jìn)高階思維發(fā)展的證據(jù)意識(shí)的培養(yǎng) 實(shí)踐

在物理教學(xué)中，指向高階思維的學(xué)生證據(jù)意識(shí)培養(yǎng)，是發(fā)展學(xué)生物理核心素養(yǎng)的本質(zhì)要求。我們?cè)诮虒W(xué)中，應(yīng)該始終將這一目標(biāo)與實(shí)際教學(xué)緊密契合，從而在知識(shí)、能力、品格等方面促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，彰顯學(xué)科的育人價(jià)值。下面就指向高階思維能力發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)的實(shí)踐研究做一個(gè)方法與案例相結(jié)合的介紹。

3.1樹立“以實(shí)驗(yàn)為核心，以學(xué)生為中心”的教學(xué)觀

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，也是物理學(xué)習(xí)中至關(guān)重要的一環(huán)，它極大地影響著獲取證據(jù)的水平與證據(jù)的質(zhì)量，也影響著學(xué)生對(duì)于證據(jù)的認(rèn)知和思維質(zhì)量。因此，我們必須樹立以實(shí)驗(yàn)為核心的觀念。目前，盡管物理教學(xué)中重視發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)已是共識(shí)，但實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍是最薄弱的部分。在教學(xué)中充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的育人價(jià)值和功能尤為重要。

如何做到以實(shí)驗(yàn)為核心？首先，要端正我們對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)，我們往往只滿足于口頭上的泛泛而談，或是書面上的應(yīng)景文章，并沒有從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)和重視實(shí)驗(yàn)，這也是很多課堂出現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)缺位，甚至演示實(shí)驗(yàn)也變成口頭描述的原因所在。造成目前實(shí)驗(yàn)薄弱的原因，并非全是“不能為”，大多是“不想為\"的問題。很多看起來很直觀的現(xiàn)象，似乎無需實(shí)驗(yàn)，恰恰可能具有極高的實(shí)驗(yàn)價(jià)值。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)意識(shí)，關(guān)鍵在于尊重教材的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方式，挖掘?qū)嶒?yàn)的內(nèi)在教育價(jià)值。

在“超重和失重\"教學(xué)中，礦泉水瓶實(shí)驗(yàn)具有不可替代的認(rèn)知價(jià)值。當(dāng)靜置的帶孔水瓶自然流水時(shí)（圖2），教師拋出關(guān)鍵問題：“如何不堵孔而正水”。理想的教學(xué)應(yīng)讓學(xué)生親眼見證：自由下落的瞬間，原本流動(dòng)的水柱驟然停止。這種具象化的實(shí)驗(yàn)操作比視頻演示更具沖擊力一學(xué)生能直觀感知失重狀態(tài)下流體靜壓的消失本質(zhì)。實(shí)際教學(xué)中，常因操作簡(jiǎn)單、怕水漬清理，有的教師省略實(shí)驗(yàn)或用視頻替代。這實(shí)屬舍本逐末。教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生親手釋放水瓶，觀察拋物線運(yùn)動(dòng)中液體“懸停\"的奇妙現(xiàn)象。當(dāng)提出斜拋實(shí)驗(yàn)時(shí)，違反直覺的操作會(huì)瞬間激活學(xué)生思維：空中劃出弧線的水瓶滴水不漏，這種認(rèn)知沖突促使學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建加速度與壓力關(guān)系的物理圖景。通過“基礎(chǔ)下落一逆向拋接一多維斜拋”的進(jìn)階實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅理解了公式背后的物理本質(zhì)，更培養(yǎng)了實(shí)證意識(shí)與批判性思維。相比被動(dòng)接受理論，這種融合感官體驗(yàn)與思維躍遷的學(xué)習(xí)過程，才能真正建立學(xué)生的物理觀念，塑造科學(xué)探究的關(guān)鍵能力。

這個(gè)案例，與其說是提出了因陋就簡(jiǎn)、深入挖掘?qū)嶒?yàn)的可能性，不如說是指出了更新觀念、增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)意識(shí)的重要性。為了提高學(xué)生的證據(jù)意識(shí)和探究精神，教師應(yīng)該設(shè)法讓本來不具備條件而不能做的實(shí)驗(yàn)變得也能做。在課標(biāo)要求的實(shí)驗(yàn)應(yīng)做盡做的前提下，我們還需要增加高質(zhì)量演示實(shí)驗(yàn)的比例，以此提高學(xué)生的參與度，將“以實(shí)驗(yàn)為核心\"這一觀念從教師到學(xué)生、從課內(nèi)到課外、從理念到行為層層落實(shí)，有效培養(yǎng)核心素養(yǎng)。

在教育觀念上，除了要重視實(shí)驗(yàn)的核心地位，還需要在教學(xué)中貫徹“以學(xué)生為中心\"的觀念。我們需要避免兩個(gè)誤區(qū)：一是“教師主導(dǎo)課堂”，其根源在于教師將自己視為知識(shí)的掌握者和施予者；二是把強(qiáng)調(diào)學(xué)生中心變成異樣的自主自由教育，而沒有把高質(zhì)量的學(xué)習(xí)活動(dòng)、有證據(jù)意識(shí)的探究活動(dòng)落實(shí)在學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)中。怎樣真正做到以學(xué)生為中心呢？最關(guān)鍵的是要從口頭變?yōu)樾袆?dòng)，化教學(xué)主導(dǎo)為學(xué)習(xí)引導(dǎo)。教師可以從一些細(xì)節(jié)做起，通過增強(qiáng)物理課堂的互動(dòng)性，鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑，把課堂打造為交流的平臺(tái)，有時(shí)不妨“賣個(gè)破綻”，甚至進(jìn)行“身份互換”。

筆者在“變壓器電流與匝數(shù)關(guān)系\"實(shí)驗(yàn)中，一次未裝鐵芯的失誤反而成就了深度教學(xué)。當(dāng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論公式嚴(yán)重偏離時(shí)，全班在哄笑中形成了認(rèn)知沖突。教師并未立即糾錯(cuò)，而是將問題拋給學(xué)生，要求他們觀察分析可拆卸的變壓器。隨著學(xué)生自主檢查，終于有人發(fā)現(xiàn)鐵芯缺失一這個(gè)發(fā)現(xiàn)過程比程序正常的實(shí)驗(yàn)更具教育價(jià)值。重新安裝后獲得了預(yù)期數(shù)據(jù)，自然引出“理想變壓器\"概念和成立條件的討論。教師順勢(shì)構(gòu)建對(duì)比實(shí)驗(yàn)框架：通過鐵芯有無的對(duì)照，學(xué)生直觀理解磁損耗對(duì)能量傳遞的影響。這種反向教學(xué)設(shè)計(jì)將失誤轉(zhuǎn)化為探究契機(jī)：當(dāng)學(xué)生親歷“發(fā)現(xiàn)問題—尋找證據(jù)一修正結(jié)論”的全過程時(shí)，不僅深化了對(duì)渦流效應(yīng)等物理現(xiàn)象的本質(zhì)理解，更培養(yǎng)了基于證據(jù)的科學(xué)論證能力。這種刻意保留的實(shí)驗(yàn)“瑕疵”，成為培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的有效教學(xué)策略，使學(xué)生在主動(dòng)糾錯(cuò)中完成知識(shí)建構(gòu)，這正是培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的有效路徑。

圖2水瓶靜置狀態(tài)

3.2 以真實(shí)情境中的層級(jí)問題“重演”科學(xué)發(fā)展過程

發(fā)展以高階思維為導(dǎo)向的證據(jù)意識(shí)，需要進(jìn)行“知識(shí)復(fù)現(xiàn)”。這意味著教學(xué)需要力求讓學(xué)生回溯到知識(shí)發(fā)生的起點(diǎn)，通過盡可能真實(shí)的情境，抽離物理教學(xué)對(duì)理想模型的過度依賴，直面問題本身。由于學(xué)生在學(xué)習(xí)中大量接觸理想模型，往往會(huì)認(rèn)為物理的關(guān)鍵不過就是提取一些概念并演算。物理學(xué)絕大部分的論證都是從現(xiàn)象開始的，現(xiàn)象或情境在教學(xué)實(shí)踐中扮演了極為重要的作用，好的情境可以讓知識(shí)的生成過程從被動(dòng)灌輸向主動(dòng)整合轉(zhuǎn)變，讓學(xué)生真正成為科學(xué)探究的學(xué)習(xí)主體。

在“洛倫茲力”教學(xué)中，教師利用CRT投影機(jī)構(gòu)建認(rèn)知沖突：將磁鐵藏于衣袖中晃動(dòng)，導(dǎo)致投影圖像扭曲。當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)“教師的手具有魔力”時(shí)，已自然觸發(fā)安培力的知識(shí)遷移。遞進(jìn)式問題鏈隨即展開： ① 異常現(xiàn)象與磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)，學(xué)生推測(cè)衣袖中藏有磁鐵； ② 引導(dǎo)思考“磁鐵如何影響電流”，激活安培力認(rèn)知； ③ 追問“電子運(yùn)動(dòng)與圖像扭曲的關(guān)系”，揭示陰極射線管中電子束受力的本質(zhì)。通過實(shí)物結(jié)構(gòu)圖展示，學(xué)生發(fā)現(xiàn)電子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)實(shí)為單個(gè)帶電粒子的受力表現(xiàn)，從而自然區(qū)分安培力與洛倫茲力。這種基于真實(shí)情境的探究，使抽象概念具象化：當(dāng)學(xué)生自睹電子束受磁場(chǎng)影響的直觀證據(jù)，原本復(fù)雜的帶電粒子運(yùn)動(dòng)模型轉(zhuǎn)化為可感知的物理圖景。相比直接理論推導(dǎo)，通過制造認(rèn)知沖突一獲取現(xiàn)象證據(jù)一重構(gòu)知識(shí)體系的教學(xué)路徑，學(xué)生不僅理解了洛倫茲力的物理本質(zhì)，更掌握了“從現(xiàn)象溯源原理\"的科學(xué)思維方法。

從指向高階思維的證據(jù)意識(shí)培育角度看，在“知識(shí)復(fù)現(xiàn)\"基礎(chǔ)上，更需要“知識(shí)重演”，使學(xué)生的學(xué)科知識(shí)形成結(jié)構(gòu)化體系，真正成為形成素養(yǎng)的載體。在物理教學(xué)中，在真實(shí)情境的前提下，教師要盡量讓學(xué)生在探索問題中重現(xiàn)知識(shí)形成過程中物理學(xué)思想發(fā)展的關(guān)鍵史實(shí)，從“知識(shí)復(fù)現(xiàn)”走向“知識(shí)重演”7。重演的過程，是一組不斷增添問題的“支架\"引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的過程，從中串聯(lián)已學(xué)知識(shí)，并導(dǎo)向新知識(shí)的獲取。在這種像科學(xué)家那樣的高質(zhì)量的思想碰撞和方法運(yùn)用的探究中，證據(jù)意識(shí)有效促進(jìn)了高階思維能力的發(fā)展。

在“閉合電路歐姆定律\"教學(xué)中，針對(duì)電源內(nèi)阻這一難點(diǎn)，設(shè)計(jì)“知識(shí)重演\"式的探究。首先，用橙子電池驅(qū)動(dòng)LED失敗，引導(dǎo)學(xué)生用串聯(lián)三組電池的方法成功點(diǎn)亮（圖3），初步建立電壓疊加的概念認(rèn)知。隨后，接入 2.5V 小燈泡時(shí)再次失敗，通過干電池驗(yàn)證燈泡完好，電壓傳感器測(cè)得開路電壓為2.8V，但負(fù)載時(shí)電壓驟降至零，引發(fā)“消失電壓\"的認(rèn)知沖突。此時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生推測(cè)電池存在內(nèi)阻，進(jìn)而構(gòu)建可樂電池實(shí)驗(yàn)裝置，調(diào)節(jié)外電阻并記錄內(nèi)外電壓數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，外電壓與內(nèi)電壓呈反向變化關(guān)系，當(dāng)外電壓趨近零時(shí)，內(nèi)電壓接近電源總電壓，直觀揭示了電源內(nèi)阻的分壓效應(yīng)。整個(gè)流程以生活化實(shí)驗(yàn)為階梯，通過兩次認(rèn)知沖突推動(dòng)思維進(jìn)階，用傳感器技術(shù)突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)局限，使抽象概念具象化，實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)象觀察到理論建構(gòu)的自然過渡，有效培養(yǎng)科學(xué)探究能力與物理核心素養(yǎng)。

圖3串聯(lián)后的“橙子電池”

3.3 以認(rèn)知沖突為學(xué)習(xí)生長(zhǎng)點(diǎn)、興趣為驅(qū)動(dòng)力引導(dǎo)學(xué)習(xí)

學(xué)生在以往學(xué)習(xí)中所構(gòu)建的“舊知識(shí)結(jié)構(gòu)體系”，一方面能幫助學(xué)生理解新的知識(shí)，但有時(shí)也會(huì)阻礙“新知識(shí)結(jié)構(gòu)體系”的構(gòu)建。在課堂教學(xué)中，教師往往會(huì)發(fā)現(xiàn)學(xué)生似乎學(xué)會(huì)了新的物理知識(shí)，其實(shí)還沒有將其真正融人新的知識(shí)結(jié)構(gòu)，而是原來的“常識(shí)”“舊知識(shí)”嚴(yán)重影響了思維活動(dòng)。從知識(shí)生成的視角看，只有持續(xù)打破學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，使學(xué)生思維處于不平衡的矛盾沖突中，才能有效地調(diào)動(dòng)起他們學(xué)習(xí)新知識(shí)的積極性。對(duì)此，我們可以運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段顯化證據(jù)，將新舊知識(shí)的矛盾“尖銳”地?cái)[在學(xué)生面前，以此作為新知識(shí)的“生長(zhǎng)點(diǎn)”。

例如，在“彈力\"教學(xué)中，針對(duì)學(xué)生“硬物不會(huì)形變\"的前概念，設(shè)計(jì)階梯式探究（圖4）： ① 無法觀測(cè)空瓶演示形變，通過敲擊確認(rèn)玻璃剛性特征； ② 連接細(xì)玻璃管后擠壓出現(xiàn)液面上升，揭示放大法的科學(xué)思維； ③ 沿扁瓶短軸方向施壓，液面顯著上升，驗(yàn)證體積變化； ④ 質(zhì)疑熱脹冷縮時(shí)，改沿長(zhǎng)軸方向施壓，觀察到液面下降，證偽溫度因素，確證形變本質(zhì)。通過兩次矛盾實(shí)驗(yàn)（同力不同方向?qū)е乱好嫔徒担蚱啤靶巫? 軟物專屬”的迷思，構(gòu)建“所有物體受力必形變\"的觀念。該設(shè)計(jì)將學(xué)生質(zhì)疑轉(zhuǎn)化為探究驅(qū)動(dòng)力，借助控制變量與證偽策略，實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)象觀察到本質(zhì)認(rèn)知的思維進(jìn)階。

圖4扁玻璃瓶示意圖、沿玻璃瓶短軸方向擠壓

不破不立。為了打破原有根深蒂固的“舊知識(shí)體系”，教師在演示實(shí)驗(yàn)操作中要有意識(shí)地針對(duì)原有知識(shí)體系的矛盾點(diǎn)而設(shè)計(jì)，讓學(xué)生觀察和解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，排除表面干擾因素，探求問題本質(zhì)。例如，學(xué)生質(zhì)疑“可能是熱脹冷縮使液柱上升”，那么通過設(shè)計(jì)讓液柱下降的實(shí)驗(yàn)來解開學(xué)生的疑惑，疏導(dǎo)他們構(gòu)建新知識(shí)體系。這是借助學(xué)生認(rèn)知沖突，以演示實(shí)驗(yàn)為載體，化矛盾為證據(jù)，促進(jìn)新知識(shí)體系的構(gòu)建和高階思維的形成。

除了運(yùn)用認(rèn)知沖突外，還可以通過提供有趣的證據(jù)來引起學(xué)生極大的好奇，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建證據(jù)意識(shí)。興趣是最好的老師，興趣是激發(fā)學(xué)生、培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的最佳方式。以“全反射\"教學(xué)為例，創(chuàng)新設(shè)計(jì)“消失的貓\"情境實(shí)驗(yàn)（圖5）：將貓圖卡片裝入透明塑料袋浸入水中，卡片圖像消失，引發(fā)認(rèn)知沖突（對(duì)比傳統(tǒng)激光實(shí)驗(yàn)更具代入感）。通過“貓為何消失\"的懸念，自然導(dǎo)出全反射概念。隨后構(gòu)建問題鏈： ① 定義全反射現(xiàn)象； ② 推導(dǎo)發(fā)生條件（折射率、人射角）； ③ 自主設(shè)計(jì)新實(shí)驗(yàn)（如用玻璃杯觀察水下硬幣消失）。這樣的開放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，學(xué)生在課后延伸出了系列簡(jiǎn)易光學(xué)實(shí)驗(yàn)：利用水杯、塑料片等材料探究光路突變、光纖傳導(dǎo)等現(xiàn)象。該設(shè)計(jì)通過生活化情境建立物理圖景，以問題驅(qū)動(dòng)促進(jìn)深度思考，借助低成本實(shí)驗(yàn)延伸探究時(shí)空，使抽象原理具象化。學(xué)生在興趣驅(qū)動(dòng)下主動(dòng)整合折射定律與材料特性知識(shí)，既深化對(duì)臨界角計(jì)算等核心知識(shí)的理解，又培養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)物理觀念與學(xué)科素養(yǎng)的協(xié)同發(fā)展。

圖5卡片圖案入水后消失

弗賴登塔爾談數(shù)學(xué)問題時(shí)認(rèn)為，數(shù)學(xué)思維的過程是一個(gè)火熱的數(shù)學(xué)問題解決過程，而數(shù)學(xué)思想是問題解決后所形成的冰冷美麗的思維方式[8]物理學(xué)也是如此。但是，正如著名教育家張奠宙先生所說，“為了使學(xué)生容易接受，要把嚴(yán)密學(xué)術(shù)形態(tài)的冰冷美麗轉(zhuǎn)變回火熱的思考”[9]。要讓興趣回歸科學(xué)探究的過程。高階思維錨定了人的關(guān)鍵能力的先決條件之下，證據(jù)意識(shí)培育應(yīng)當(dāng)基于興趣激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)，基于認(rèn)知沖突生發(fā)知識(shí)生長(zhǎng)點(diǎn)，基于實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性的證據(jù)獲得、證據(jù)推理等活動(dòng)。顯然，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)可有效促進(jìn)學(xué)生高階思維能力的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]駱興高.優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)意識(shí)[J].物理教師，2019，40（2）：61-64.

[2]廖伯琴.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）解讀[M].北京：高等教育出版社，2020.

[3]鐘志賢.教學(xué)設(shè)計(jì)的宗旨：促進(jìn)學(xué)習(xí)者高階能力發(fā)展[J].電化教育研究，2004（11）：13-19.

[4]BookerM J.ARoofwithoutWalls：BenjaminBloom'sTaxonomy andthe Misdirection ofAmerican Education[J].Academic Questions，2007（4）：347-355.

[5]核心素養(yǎng)研究課題組.中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2016.

[6]布魯斯·威廉姆斯.高階思維培養(yǎng)有門道[M].北京：教育科學(xué)出版社，2021：58，78.

[7]駱興高.注重“三個(gè)轉(zhuǎn)型”培養(yǎng)核心素養(yǎng)——論核心素養(yǎng)視域下的物理教學(xué)[J].物理教學(xué)，2018，40（4）：2-5，23.

[8]王海青，曹廣福.弗賴登塔爾的數(shù)學(xué)教育思想及其再發(fā)展[J].中國(guó)數(shù)學(xué)教育，2021（22）：3-8.

[9]張奠宙.關(guān)于數(shù)學(xué)知識(shí)的教育形態(tài)[J].數(shù)學(xué)通報(bào)，2001（4）：1-2.

（欄目編輯 趙保鋼）