基于学科大概念发展物理高阶思维的教学建构与设计

摘 要：提出基于学科大概念发展学生的物理高阶思维.在对高中物理学科大概念进行整体建构的基础上，研究了基于学科大概念发展物理高阶思维的教学路径，并以“机械能守恒定律”教学单元为例开展教学实践，旨在促进学生生成以大概念为统摄的学科认知体系、学科思维方法及高阶思维能力，以实现对学生学科核心素养的培养与发展.

关键词：学科大概念;学习进阶;深度学习;高阶思维;学科核心素养

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）19-0034-04

基金项目：兰州市教育科学“十三五” 2020年度规划课题“新高考背景下发展高中生‘科学态度与责任物理核心素养的教学策略研究”（项目编号：LZ[2020]GH441）.

作者简介：吴建鹏（1989-），男，甘肃武威人 ，硕士，中学一级教师，研究方向：中学物理教学.

Bloom与Anderson等人将认知领域的教育目标分为记忆、理解、应用、分析、评价和创造，并将其中的分析、评价和创造称作“高阶思维”[1].高阶思维是个体在认识事物过程中，发生在较高认知水平层次上的心智活动或较高层次的认知能力，是个体认知客观事物的本质属性、相互关系及内在规律的过程中，所运用的具有分析性、创造性、批判性和实践性特征的综合思维能力[1].目前，已有许多学者从不同视角展开关于培养和发展高阶思维的教学研究.例如，江西师范大学钟志贤教授认为，促进学习者以高阶思维为核心的高阶能力发展，是教学设计研究与实践的宗旨[2];陕西科技大学杨晓教授指出：提高学生核心素养的关键是促进学生的思维进阶[3];西南大学关亚琴教授及四川师大段茂君博士等人提出建立基于深度学习的高阶思维培养模型[4-6].近年来，随着大概念的兴起，学科大概念教学为学生高阶思维的培养和发展又提供了新的契机和平台[7-8].2017年颁布的高中新课程标准，首次明确强调以学科大概念为核心，使课程内容结构化，以主题为引领，使课程内容情景化，促进学科核心素养的落实[9].以学科大概念为引领，建构指向学科核心素养的整合性教学模式，是培养与发展学生高阶思维的有效途径.

具体到物理学科而言，作为一门基于观察与实验，通过建构物理模型，应用数学等工具，进行科学推理和论证，形成严密系统的研究方法和理论体系的自然科学[9].学生通过高中物理的学习，应形成基于批判、决策、问题解决、创新等思维为核心的物理学科高阶思维[10].在物理教学中，如何引领学生基于学科知识学习形成物理高阶思维，应是教师进行教学建构与设计所要考虑的核心问题，也是物理学科核心素养生成与发展要解决的关键问题.本文以物理学科高阶思维培养为载体，倡导将学生的物理高阶思维发展与学科大概念联系起来，基于学科大概念进行课程内容的整合式建构与教学.通过结构化、情景化的知识建构和探究式、发现式的进阶学习，在真实的问题情境中设计指向学生思维进阶的学习活动，促进学生形成以大概念为统摄的学科认知体系，进而内化为解决具体问题的科学方法与思维能力，实现对学生高阶思维的培养与学科核心素养发展.

1 高中物理学科大概念建构

无论是促进学生全面发展还是促进学生核心素养生成，都迫切需要一种更具整合性的教学样态，便于教师和学生在繁杂、碎片化的学科知識中，理清思路，抓住核心，建构认知结构与思维模式[7].学科大概念是基于学科事实和经验，对某学科内概念、原理、规律之间的关系进行抽象概括和深度提炼而形成的少数关键概念，是处于学科高阶层次，指向学科本质的核心概念[8].课堂教学中，应努力建构学科大概念，以大概念引领教学，对教学内容进行自上而下的整体规划与设计.一方面，引导学生围绕学科高阶核心问题，向下拓展，通过设计和解决低阶子问题群，生成一个个的子概念（包括定义、原理、方法等）;另一方面，进一步引导学生通过整合、梳理子概念间的逻辑链，向上升华，形成学科的高阶核心大概念和大观念，最终实现对学科核心问题的解决.本文以物理学研究“自然界物质的基本结构、相互作用和运动规律”这一学科宏观大概念为载体，通过一系列课程模块的教学，引导学生从物质观念、运动与相互作用观念、能量观念、转化与守恒观念、能源与可持续发展观念等学科中观大概念视角认识与理解自然，建构关于自然界的物理图景;再进一步通过具体的物理概念、实验、方法、原理及规律等学科微观大概念，引导学生经历真实的科学探究过程，体会科学研究方法，认识科学本质，形成科学探究意识、创新思维能力及正确的科学态度和价值观，最终实现对学科核心素养的促进与发展[9]，见表1.

2 基于学科大概念发展物理高阶思维的教学路径

基于学科大概念教学，是引领学生走向深度学习，发展高阶思维的有效路径[4，7].通过对教学内容进行系统性单元建构、进阶式教学设计，基于结构化、情境化的知识和主体性、探究性的学习方式开展教学，以进阶学习催生进阶思维，进而发展成高阶思维，最终实现对学科核心素养的培育与生成.图1为基于学科大概念教学发展物理高阶思维的路径示意图.以物理学科大概念为引领，通过整合与再构，生成结构化单元教学模块.依据教学模块知识间的联系，从整体进行教学进阶设计，促进学生学习向纵深发展.通过创设真实问题情境，以主体性、探究性学习方式开展教学，以问题链诱发学生对学习内容展开讨论、质疑、探究及深度的加工与反思.通过对教学主题的深度学习，催生学生学科思维能力的进阶与跃迁，最终在问题解决的过程中，实现对学科核心素养的培育与生成.而良好的学科核心素养，将再一次驱动更高层次的进阶学习，进而形成以学科大概念为核心，由学习进阶—深度学习—思维进阶—学科核心素养培育为要素的学习高阶思维发展良性循环.

由学习进阶走向深度学习，是催生学生思维进阶的基本教学范式[4-6].学生在学习过程中，其认知发展是一个不断生成、螺旋式上升的思维进阶过程.教学设计应关注学生认知发展水平，沿着学生思维进阶的关键节点，创设真实问题情境和问题链，层层设问，精心设计探究活动和展现思维进阶过程的教学活动.教师在教学引导过程中，应由易而难，用易引发学生思维冲突的表象问题拓展、延伸到更深层次的本真问题.课堂与学生的互动，应由浅及深，层层递进，逐步与学生展开深度对话，诱发学生进行深层思考，以促进深度学习生成.通过不断促进学生对知识链的整体认知与理解，使学生对自己的认知进行再加工与再认知，进而生成新的认知水平，并由此催生学生的思维向更高阶跃进[3].教学中，要鼓励学生多角度讨论，多方案探究，努力突破原有的认知局限，拓展思维的广度和深度.鼓励学生大胆进行思维创新，尝试有效的思维建构过程，用科学的思维方式研究和解决物理的实际问题，在问题解决中实现学科核心素养的培育与发展.

3 基于学科大概念发展物理高阶思维的教学呈现——以“机械能守恒定律”单元教学为例

本文以人教版必修2“机械能守恒定律”教学单元为例，开展基于学科大概念统摄发展物理高阶思维的教学实践（见表2）.通过整合教学内容，围绕“能量守恒及功能关系”学科核心概念，设计了7个学习进阶主题.通过创设具体的物理情境，引导学生在模型建构与解构的过程中，展开对四种功能关系的进阶学习，使学生在持续深入的进阶学习过程中，深度理解并形成“功是能量转化（转移）的原因及量度”的学科思维，促使学生的认知水平由浅入深，层层递进，催生思维能力向高阶跃迁.通过对“能量守恒及功能关系”学科核心概念的深度理解与应用，在问题解决中生成集批判思维、决策能力、问题解决及创新思维于一体的物理高阶思维能力.

4 结束语

本文倡导基于学科大概念发展学生的高阶思维.在对高中物理学科大概念进行整体建构的基础上，研究了基于學科大概念发展物理高阶思维的教学路径，并以“机械能守恒定律”教学单元为例开展教学实践，旨在促进学生形成以大概念为统摄的学科认知体系、学科思维方法及高阶思维能力，以实现对学生学科核心素养的培养与发展.

参考文献：

[1]钟志贤.教学设计的宗旨：促进学习者高阶能力发展[J].电化教育研究，2004（11）：13-19.

[2]钟志贤.促进学习者高阶思维发展的教学设计假设[J].电化教育研究，2004（12）：21-28.

[3]杨晓，毛秀荣.从“离身”到“具身”：学生思维进阶的特征与路径[J].当代教育与文化，2020，12（06）：24-29.

[4]关亚琴.中学物理深度学习的研究进展述评[J].物理教师，2021，42（05）：2-6.

[5]段茂君，郑鸿颖.基于深度学习的高阶思维培养模型研究[J].现代教育技术，2021，31（03）：5-11.

[6]任虎虎.指向深度学习的高中物理思维型课堂构建的研究[J].物理教师，2019，40（07）：28-31.

[7]李松林.以大概念为核心的整合性教学[J].课程·教材·教法，2020，40（10）：56-61.

[8]吴建鹏.大概念视角下高中物理大单元教学建构与设计——以“牛顿运动定律”教学为例[J].中学物理教学参考，2021，50（11）：25-27.

[9]中华人民共和国教育部.普通高中课程方案（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[10]万俊涛.高中物理教学中高阶思维能力的培养策略[J].湖南中学物理，2018，33（05）：8-9.

（收稿日期：2021-06-29）