1、物理教學中基于問題的高階思維培養策略曾 志 旺（玉環縣楚門中學浙江臺州317605 ）摘 要：高階思維是學生創新素養的一個核心要素，有效地培養學生的高階思維能力是物理教學的追求。本文闡述了高階思維的基本內涵，提出基于問題的高階思維培養的 5 種策略。關鍵詞： 基于問題高階思維培養策略思維能力從來就被視為創新能力的重要因素。不論是對生活、科學的態度，還是特長發展的選擇，或是問題解決的實踐， 都離不開思維的發展， 特別是高階思維能力 （ HighOrder Thinking Skills）的發展。高階思維是學生創新素養的一個核心要素，有效地培養學生的高階思維能力是物理教學的追求。1 高階思維的基本

2、內涵按照心智活動或認知能力，思維分為高階和低階思維。高階思維是指發生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力。美國學者瑞斯尼克（ Resnick ）認為，高階思維是不規則的、復雜的，能夠產生多種解決方法，需要多種應用標準， 自動調節，且包含不確定性。布魯姆對學習者的思維發展從認知角度細化為具體可操作的六個層次 （2001 版，右表）。其中，分析、評價和創造稱之為高階思維。國內教育界也認同高階思維是較高認知水平上的心智活動或認知能力，是一種跨學科、跨知識領域，能對思維予以評價的思維。它是生成性思維和批判性思維的互補運用，是一種創造性的跨學科知識的思維。 高階思維是高階能力的核心， 直接表現為創新

3、能力、 問題求解能力、決策力和批判性思維能力， 是適應知識時代發展的關鍵能力。2 基于問題的高階思維培養策略通過解決問題來學習的思想由來已久，從蘇格拉底的談話法到杜威的問題教學法、布魯姆的發現學習法， 都是以問題為中心的學習方法。 物理教學中巧妙地設置各種問題，實現對知識自主建構和深度理解的同時，進而有效培養學生的高階思維能力。2.1設置階梯性物理問題，在低階思維的基礎上提升高階思維把一個復雜的、難度較大的課題分解成若干個相互聯系的子問題、或把解決某個問題的完整的思維過程分解成幾個小階段，從而形成的階梯性問題，能有效地把學生的思維引向新的高度。階梯性問題的設置應考慮適應性和針對性，即針對學生已

4、有知識、心理發展水平和學習材料的難易程度；其次應具有序性和階梯性，即針對知識的系統性和學生認知發展水平的有序性。階梯性問題坡度適中、排列有序、形成有層次結構的開放性系統，能有效地實現思維由低階向高階的轉換，從而培養高階思維能力。案例 1 在進行“電阻定律”課題教學中，研究導體電阻的大小究竟與哪些因素有關，我們通過分解形成如下階梯性問題：（1）導體電阻的大小可能與哪些因素有關? 試根據已有知識進行猜測。（2）導體的電阻與各相關因素的關系可能如何? 試猜測。（3）如何通過實驗確定導體的電阻和長度、橫截面積、材料的關系? 試設計實驗電路。（4）在檢驗導體的電阻與各相關因素的關系時，實驗條件應怎樣進行

5、控制?（5）由本實驗可以看到，對多因素的問題要通過實驗確定各個因素的作用，其基本方法是什么 ? 等等。問題（ 1）（2）比較簡單，涉及的認知維度是學生已有知識和經驗的回憶和簡單應用，思維的層級是低階思維。在此基礎上提出的問題（3）（4）（ 5）需要進行有效的分析、運用“控制變量思想”和創新設計實驗方案，并對實驗全過程進行反思和評價，形成物理基本觀念，涉及的認知維度屬高階思維。2.2設置開放性問題，在思維的動態變化中培養高階思維封閉性問題具有靜態、唯一的特征，沒有灰色地帶，認知和思維是單一的，傳統物理教學問題往往是封閉的。開放性問題是一類思維要求很高的問題，具有智力挑戰性。它或因條件是多維的，導

6、致答案多元化特征；或因條件是變化的，導致分析方法的不同和結果的變化；或者因思維途徑的開放性從而導致解決方法的多樣化。開放性問題的解決，往往需要學生進行深度的分析、評價、創造分析、評價、創造 。開放性問題有利于培養學生創新意識、獨立思考能力，有效培養學生的高階思維。一題多解、多聯和多變等開放性問題均可以使學生產生多向聯想，實現高階思維培養。案例 2 “探究功與速度變化的關系”課題教學中，教師設置初速度為零的簡單模型，提出如何設計實驗方案 ? 學生在實驗方案的設計過程中不斷調動原有認知和實驗經驗（分析、評價、創造分析、評價、創造 ） ，非常有效地實現著高階思維的提升。在設計方案時，需要思考以下兩個

7、問題：一是如何間接或直接測量所做的功 W；二是如何測量某時刻的速度 V。學生結合對問題的思考， 提出了如下可行的方案。 借助于改變橡皮筋的根數改變做的功 W。設計如圖 1 實驗方案（人教版教材中的方案 1）。 借助于功的定義改變做的功W。 合力不變，改變位移。學生聯系已學的知識，將“研究自由落體運動”和“探究加速度和力、質量的關系”的實驗裝置遷移過來，形成兩種方案：一、如圖 2，借助于刻度尺在紙帶上測出重錘多次下落的位移，計算出相應的速度。 ；二，如圖 3，“小車”受到的合力為恒力，測出多次實驗時紙帶上研究對象相應的位移，計算出對應位置的速度 V。 位移不變，改變合力。將氣墊導軌傾斜放置，如圖

8、4?；瑝K受合力F=Gh/L。控制滑塊到光電門的距離 x 不變，通過改變導軌左側墊起的高度來改變合力做的功 W，具體操作：墊 1 塊墊片、 2 塊、 3 塊 對應合力功為 W、2W、 3W ，通過探究墊片個數 n 與滑塊上遮光條通過光電門時間的倒數 1/ t 的關系，就能得出 W與速度 V 的關系。2.3設置批判性問題，在批判與思辯過程中發展高階思維批判性問題不僅可以培養人的洞察力、辨別力和判斷力，還能激發人的敏銳智慧、反思能力，以及創造能力和獨立思考的能力。從認知維度看批判性問題的解決，需要對整個過程進行分析、檢查、探測、判斷、評論等，若問題的方案和結論存在錯誤，還要引導學生進行創造，以生成可

9、行的方案和正確的結論。因此，設置批判性問題，組織學生展開“學術辯論”不僅能夠促進學生對知識的深度理解，更能有效地培養學生的高階思維能力。案例 3 靜電場復習時，筆者布置了一道練習題。 如圖 5，兩個帶 +Q 的電荷相距 2a，在它們形成的電場中，有一帶負電的粒子（不計重力）正在作勻速圓周運動，試問該粒子的軌道應在哪里 ?有的學生說是在兩個點電荷之外的距離較遠的圓周上；有的說是在繞著某一單個點電荷的圓周上；有的說是在繞著一個核轉動且正對另一個核的位置上；也有的說是在垂直于點電荷連線中點的平面上；還有的則拿出了二價原子（核內有兩個質子）核外電子的模型作為佐證等。筆者組織學生進行辯論。辯論中要求學生

10、講清自己的理由，找出他人的錯誤，以理服人。經過激烈爭論，同學們從核外電子軌道的佯謬到電子云的形狀，從幾率的意義到衍射條紋的實質，進行了條理分明的闡述，明確了這兩種模型的不可能性、及粒子繞雙荷做勻速圓周運動的不可能性。 辯論中，同學們還對粒子重力不能忽略的情況做了進一步的發揮可以在以點電荷連線為軸的上方平面旋轉， 并計算了這種情況下的回轉半徑以及與點電荷的距離。上述教學在課時使用上是較為“奢侈”的，但從培養學生高階思維的角度看，確實值得！在開放、寬松、自由的思維環境里設置批判性問題，組織學生進行“學術”交流和討論，學生自由思考、批判、評價和創新，培養著高階思維能力。2.4 設置原始物理問題，在知

11、識的創新應用中培養學生的高階思維原始物理問題指自然界及社會生活、生產中客觀存在且未被加工的問題，具有情境性和復雜性特征。 其教學如圖 6 示。當學生面臨真實性問題之“頭”時，由于只暴露了現象的某些特征，難以作出有效的判斷，只能創新應用已知的事實或理論，運用非邏輯的方法形成適應性的領悟，提煉“物理圖像”使認識走出關鍵的一步。當學生面臨問題之“尾”時，同樣需要借助于直覺和反思判斷結論的合理性。因此，設置原始物理問題情境，同時提供探索的時空。在學生深度思考和創新應用物理知識、觀點、方法的過程中培養學生的高階思維。案例 4 中國青年報 1990.12.25 報道了我國前往南極的科學考察船“極地號”上發

12、來的專電 “極地號啟動減搖裝置慢速航行” 。報道稱：“隨著西風帶的離去，船體擺動愈發劇烈，船體橫搖已達150，最高達 270 為了減小船體搖動，船上已采取了新的減搖措施，為此航速已減至10 節。”為什么通過減速能實現減搖 ?（波浪沖擊力的頻率接近輪船搖擺的固有頻率時，輪船搖擺幅度最大。）怎樣思考和解決這樣一個原始問題呢 ? 先看兩種特殊情況：（a）船的速度方向和波浪傳播的方向在同一直線上； （b）船的速度和波浪傳播的方向垂直。（a）設船的速度為 u ，波浪的速度為 v ，則波浪相對船的速度 vvu ，式中 u正方向與 v 相同。波長相對運動著的船不變，即，波浪相對船的頻率vv uuff（b）此

13、時波浪相對船的速度 vv ，波速是波的傳播速度， 在垂直其傳播方向上觀察，觀察者的運動不影響結果。故，波浪相對船的頻率 fvvf任意方向的速度分解成上述兩種情況，則可以得到一般結果，當船以速度u 與波浪傳播方向成角航行時，波浪沖擊力的頻率為 ffu cos （02）。為了避免 f 與 f 的接近，人們往往通過改變輪船的航向和速度以達到兩者遠離的目的。上述原始物理問題解決過程中，從方法角度看運用了物理模型方法、歸納推理方法、分析和綜合方法，從認知層次維度看則運用了分析、評價和創造思維。因此，有效地培養了學生的高階思維。2.5 設置探究性問題，在探索與綜合過程中促成學生的高階思維探究性問題一般沒有明確的條件或結論， 也沒有固定的形式和方法， 要求學習者。認真收集和處理問題的信息，經過觀察、分析、綜合、歸納、概括、猜想和論證等深層次的探索活動，并認真研究才能獲得解決問題的答案。開放性、操作性、探索性和綜合性是探究性問題的重要特征。探究性問題涉及的基礎知識和基本技能十分廣泛，在問題解決過程中需要創造性和探索性，解決問題的方法也