以“问题引导”培养高阶思维

李梅 房颐

摘要：高阶思维是发生在较高认知水平层次上的心智活动。物理是一门在培养学生科学思维尤其是高阶思维方面具有独特优势的学科。通过多角度多层次、探究式开放式、驱动型挑战型问题，引导学生进行“分析”“评价”和“创造”等认知活动，发展高阶思维。

关键词：高阶思维;问题引导;物理教学

本文系江苏省南京市教育科学研究“十三五”规划2020年度课题“指向学生科学思维素养培育的高中物理教学实践研究”（编号：L/2020/040）的阶段性研究成果。高阶思维是发生在较高认知水平层次上的心智活动，对应布鲁姆教育目标分类学中的“分析”“评价”和“创造”认知层次。思维是可以教授的，可以通过教育加以训练和调控。钟志贤认为，发展学习者高阶思维能力的最有效方式，是融合于具体教学活动之中，而不是开设专门的、单独的课程。钟志贤.如何发展学习者高阶思维能力[J].远程教育杂志，2005 （4）：78。华东师范大学钟启泉教授认为，发展高阶思维需要高阶学习活动的支持，而高阶学习活动是一种以学习者为中心的、开展问题求解的学习活动。《通过设计来理解》一书的作者威金斯指出，现代课程的基本单位是“问题”，教师在进行教学设计时要通过问题的设计将知识重组，以促进学生高阶思维能力的发展。林勤.思维的跃迁：高阶思维能力的培养及教学方式[M].上海：华东师范大学出版社，2016：5。这强调了问题引导在高阶思维培养方面的作用。对此，我们在高中物理教学中做了积极的探索。

一、通过多角度、多层次问题，引导“分析”

“分析”是指把材料分解成它的组成部分，并确定这些部分之间的相互关系。从认知过程来看，“分析”对应的是思维的发现和确认。所谓通过问题引导学生分析，是指教师通过问题设计，引导学生将学习材料分解成部分，使各部分之间的关系更加明确，使材料的组织结构更为清晰，从而促进学生更好地理解材料。

【案例1】人教版高中物理必修二第五章第一节《曲线运动》一课教学

（师生共同研究了曲线运动的速度方向之后。）

师物体做曲线运动需要什么条件？

生需要受力。

师还有别的条件吗？

生受力不能为零。

师好，我们可以尝试反过来想，如果物体不受力或所受合力为零，它将做什么运动？

生物体应该就是做匀速直线运动或者静止了。

师很好，谁能从动力学角度分析为什么做曲线运动的物体所受合力一定不为零？

生因为物体做曲线运动，所以速度的方向在改变;速度的方向在改变，那加速度就一定不为零，所以物体受到的合力一定不为零。

师说得很好，看来做曲线运动的物体受到的合力不可能为零！那么这是物体做曲线运动的充分必要条件吗？

生不是，因为如果物体受力不为零，还有可能是做变速直线运动。

師你的想法很有道理，那么你觉得怎样表述才更完整呢？

生应该是物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一直线上，物体才做曲线运动。

师除了动力学角度，我们还可以从什么角度来分析曲线运动的条件是速度方向与受力方向不在一条直线上？

生（思考片刻后）可以尝试从运动学角度分析。因为速度的变化量也是矢量，为了让速度矢量的方向发生变化，速度的变化矢量与速度矢量必然不在一条直线上，也就意味着加速度矢量与速度矢量不在一条直线上。

曲线运动的条件对学生而言是比较抽象的内容，学生在学习过程中的思维往往是比较被动和薄弱的。于是，教师通过一系列多角度、多层次的问题，为学生搭建思维的阶梯，鼓励学生从不同角度看问题，促使学生在聆听他人、思考分析的过程中归纳出一般性的原理。第一位学生认为曲线运动的条件是“受合力不能为零”，教师没有直接给出对与错的判断，而是引导学生尝试反向思考，通过提出一个假设性的问题，突出第一位学生表述中合理的地方。同时，通过新的问题引导学生从充分、必要的角度探讨这一表述中不完善的地方。这里的问题引导基于学生思考的逻辑，既肯定合理又挖掘不足，使学生对曲线运动条件的表述越来越完善。在多角度、多层次问题引导下的分析活动中，学生成为讨论者、发现者、辩论者、提问者、探究者，在积极的思维活动中，学生“分析”的高阶思维得到了提高。

二、通过探究式、开放式问题，引导“评价”

“评价”是指依据一定的标准对某一操作进行检查、判断。高阶思维的本质是能够对思维进行评价的思维，可以说“评价”是高阶思维的核心——它是在“分析”基础上的批判;同时，它的发展结果就是“创造”。教学中，教师可通过探究式、开放式问题引导学生在深入反思、批判、评估的基础上作出决策。

【案例2】人教版高中物理必修二第八章第五节《实验：验证机械能守恒定律》一课教学

（学生组装实验装置，完成验证实验，得到实验数据。）

师我们得到了实验的数据，它们如何说明机械能守恒？

生根据mgh=12mv2。

师可否具体说说你是如何处理数据的？

生（意识到自己说得不够详细）就是测量第一个点到任意点的距离，算出打下该点时纸带的速度，代入数据，可以验证机械能是否守恒。

师好，你选择的是从静止状态开始到任意位置处，看机械能是否发生变化。还有没有别的方案？

生（似乎受到教师“从静止状态开始”的启发）老师，不一定要从静止开始。我们可以在纸带上找到任意两个清晰的点，算出两个点的速度，并测量出两点之间的距离，然后根据mgΔh=Δ12mv2验证该过程中机械能是否守恒。

师很有道理！一位同学从静止开始研究，一位同学从任意位置开始研究，大家用两种方法都试试看，你们的实验中机械能是否守恒？

（学生进行数据处理。）

师同学们用了两种方法处理数据，分别有什么体会？

生两种方法差不多，在误差允许的范围内都能说明机械能是守恒的。

生从静止开始有点麻烦，因为先打开打点计时器，后释放纸带，第一个点比其他点都要大，所以测量的时候可能误差会大一些。

生对啊，我们甚至不能确定释放纸带的瞬间打点计时器是不是正好打下了一个点。

师怎么才能确定释放纸带的瞬间是不是打下了一个点呢？

生前三段相邻两点间的距离应该满足1∶3∶5。

生那还需要量后面的，直接量第一段是不是h1=12gt2=2 mm就行了。

师说得很好！如果要用mgh=12mv2的方法，从静止开始考虑机械能的变化，那需要的条件相对苛刻一些，我们得判断释放纸带的瞬间，打点计时器是不是正好打下了一个点。虽然看起来我们的计算量相对小一些，但是得挑选合适的纸带才行。

生所以还是用第二种方法mgΔh=Δ12mv2验证更好。

师有道理！但是我们取的是纸带上随机的两个点，如果这两个点在读数或计算时出现了误差，会对我们的实验结果产生什么影响？

生那结果就不可信了，实验失败。

师那我们要如何规避这方面的风险呢？

生我们应该多测几组，如果绝大多数结果都说明机械能是近似不变的，那我们就可以说机械能是守恒的。

师那我们该如何记录数据呢？是否可以用一张表格将所有点的数据都列出来，然后逐一进行比较？

生老师，我觉得还可以作图。

师怎样作图会比较容易说明机械能是否守恒呢？

生（经过一阵思考后）老师，不妨作h和v2关系的图像，这样图线是直线，只要说明斜率是12g，就能说明物体的机械能是守恒的。

（学生讨论了一阵，觉得这个方法既准确，又比较直观，大家达成共识。）

在讨论数据处理时，第一位学生一开始的回答只是说明了原理，并未说明应如何处理实验数据来验证机械能是否守恒。教师通过追问，引导学生向他人解释自己观点的具体含义，从而促进学生对思维结果的深层加工。学生在进行数据处理后，教师通过问题引导学生反思自己的解决过程，鼓励学生交流体会。有学生认为“两种方法差不多”，但是受同伴的启发，有新的思考，同时自己对数据处理的精益求精又带动了其他学生对数据准确性的追求。教师通过一系列探究式、开放式问题，鼓励学生讨论两种方案的优缺点以及记录数据的方式。讨论不仅着眼于方案本身，更注重引导学生对方案进行评价，通过倾听他人、思考分析，发现他人方案中的不足，并及时指出（评价），修改完善，甚至设计出新的解决方案（创造），重新予以评价。这样的思维过程既包含了生成性思维，又张扬了批判性思维，符合高阶思维能力培养的要素。林勤.思维的跃迁：高阶思维能力的培养及教学方式[M].上海：华东师范大学出版社，2016：20。

在探究式、开放式问题的引导下，学生会积极参与到评价活动中来。在合作互动的环境中，学生在问题引导下参与判断、争论、比较、批判、质疑、辩论、评价、决定、选择和证明等思维和对话活动。通过表达和相互解释观点，学生的认知结构将发生变化，这是高阶思维发展的关键。同时，教师在问题引导中的作用仅仅是说明、接受、指导，而不是对学生进行控制与支配。教师要给予学生充分讨论的时间，不要盲目追求结果，要尊重学生个体差异带来的思维碰撞。这样，学生的主动性才能更好地发挥，思维才能自由地生长。讨论过程中要注重思路和方法的交流，才能有效促进高阶思维活动的开展，从而引发更为合理的创造。李梅.高中物理教材中批判性思维内容的比较研究——以新旧人教版教材为例[J].物理通报，2021 （6）：154156。

三、通過驱动型、挑战型问题，引导“创造”

“创造”是指将各要素进行重新整合，形成一个新的模式或结构。所谓通过问题引导学生进行创造，是指通过问题引导学生用先前学到的知识，形成新的观点，获取新的信息，“创造”新的认知。

【案例3】人教版高中物理必修三第十一章第五节《实验：练习使用多用电表》一课教学

师上节课我们学习了电压表和电流表的电路结构，我们发现，两种电表都是在表头的基础上通过串联或并联扩大表头的电压、电流的测量范围。你能在前面学习的基础上，设计一个电路来测量电阻的阻值吗？

生伏安法，直接用电压表和电流表不就行了。

生还可以用替代法，基本思想是把未知电阻和已知阻值的电阻接入同一个电路，若回路中的电流大小相同，则两个电阻的阻值就是相等的。

生还可以用电桥。

师是啊，我们有这么多种方法，看来大家对测量电阻的阻值有丰富的经验了。不过要注意各种方法的误差不同。如果现在你手边只有一个灵敏电流计、一个滑动变阻器和一个已知电动势的电源，你能设计出一种电路用来测量未知电阻吗？

（学生讨论。）

生老师，这没办法测量，我们只能测出待测电阻和滑动变阻器、电源内阻、灵敏电流计电阻之和，给我们的物理量太少了！

师是啊，这么多器件，其他电阻都不知道，我们怎么能单单知道未知电阻的阻值呢？除非，我们知道其他电阻的阻值。但是这么多器件我们要一个一个测量吗？

生不用的。不接入待测电阻，直接把滑动变阻器、灵敏电流计接在电源上，然后记下这时候电流表的示数，就可以计算出滑动变阻器、电源内阻和灵敏电流计电阻之和了。

生那电流表不会超量程吗？

生不是有滑动变阻器吗？

师这是个好主意，可我想问一下你，接下来测量未知电阻的时候，滑动变阻器的阻值还变化吗？

生（想了一下）不能变了，就在不接入待测电阻的基础上，把滑动变阻器的阻值定下不变了。

师在你设计的基础上，接入待测电阻后，电流表的示数都会——

生比刚才小。

师为了方便测量，在刚才那位同学的方案中，滑动变阻器应该怎样调节？

生应该在不接入待测电阻时，调节滑动变阻器，让电流表满偏。

这里，教师通过驱动型、挑战型问题引导学生从已有的经验出发，设计欧姆表。在问题引导的过程中，方案不断完善，学生逐渐深入了解欧姆表的内部构造，进一步认识多用电表。在问题引导下，学生经历了设计、阐述、计划、修正、生成、建议、制作等学习活动;而教师在这些活动中的角色是促进者、反思者和拓展者，引导学生分析、评价，并尝试进行创造，从而发展高阶思维。

学生在进入学习情境、解决问题的过程中，在举一反三、归纳总结的过程中，需要有意义的牵引。这种牵引不是教师生拉硬拽，更不是直接把结果灌输给学生，而是学生在一定的情境下借助他人（教师、学习伙伴等）的帮助，利用必要的学习资料和工具，通过意义建构的方法获得的。问题引导提供的就是一种有意义的牵引，它能为学生提供进行分析、评价、创造的逻辑路径，引起学生积极求索的兴趣和思考，从而发展其高阶思维。

以问题引导培养高阶思维，应通过多角度、多层次的问题，指向物理概念或规律的本质，实现学生的深度思考，促使学生在“分析”思维上有所提升;通过探究式、开放式问题，指向学生头脑中对概念或规律的疑惑之处，实现学生的反思与批判，促使学生在“评价”思维上有所感悟;通过驱动型、挑战型问题，以某一真实情境的核心问题为中心，由若干由浅入深的子问题引导学生逐步趋近核心问题的解决顾晓东.促进深度学习的问题群设计策略[J].基础教育课程，2021（21）：3641。，同时注意适当“留白”，促使学生生成、“创造”。