促进质疑创新能力进阶的思维型课堂内涵与实践①——以“轨道不离开地面的条件”为例

吕俊君 丁冰心 周卢林

(1. 江西省九江市同文中学,江西 九江 332000；2. 江西省修水县义宁小学,江西 九江 332400；3. 江西省修水县义宁镇第二小学,江西 九江 332400)

质疑创新是科学思维的要素之一，更是培养创新型人才的关键，是指能够基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑和批判，进行检验和修正，进而提出创造性见解的能力和品格。[1]在课堂教学中，挖掘思维型课堂和质疑创新能力的内涵，是发展学生的质疑创新能力的抓手，现以“轨道不离开地面的条件”为例，将思维型课堂教学理论应用于实践，促进学生的质疑创新能力的进阶。

1 思维型课堂和质疑创新能力的内涵

1.1 思维型课堂的内涵

课堂教学的首要目的是优化、完善学习者的思维结构，思维型课堂具备以下4个要素：(1) 认知冲突：通过设置两难情境激发学生的学习动力。(2) 自主建构：包括个体认知建构和社会建构。个体认知建构强调学习者积极主动建构，通过分析、推理、论证、判断、甄别等手段形成感性和理性认识；社会建构则强调师生互动、生生互动的开放性课堂，在情感互动的基础上，通过行为互动最终实现思维互动。(3) 应用迁移：将收获的经验、知识、方法迁移到新情境，并解决新问题。(4) 自我监控：学习者对思维进行检查与反思，并评价自己是否已达到预先设定的思维目标。

1.2 质疑创新能力的内涵

南宋理学家朱熹说：“读书无疑者，须教有疑，有疑者，须教无疑，到这里方是进矣。”学习的本质就是产生疑问到解决疑问的过程，也是思维能力进阶的过程。学生在学习物理的过程中，要知道质疑的重要性，具备质疑的意识，能够解决质疑，进而提出创新观点。质疑创新能力可划分为5个水平(表1)，[2]逐渐进阶。

表1

1.3 思维型课堂与质疑创新能力的关联

在教学中，如果有学生提出质疑，教师却不予理会甚至严厉制止，久而久之，学生只能将质疑的种子深埋心底。质疑创新能力的培养前提是轻松开放的课堂环境，鼓励学生提出疑问，倡导有依据的合理质疑，享受质疑的快乐，是思维型课堂社会建构的要求。创设两难问题，使学生自发提出质疑，是思维型课堂引发认知冲突的要求。从解决疑问到创新需要运用辨别、推理、评价、迁移等高阶思维能力，是思维型课堂认知建构与应用迁移的要求。对思维过程进行总结反思有利于生成深层次的质疑，是思维型课堂自我监控的要求。因此，思维型课堂是提升质疑创新能力的有效路径。

2 促进质疑创新能力进阶的思维型课堂实践

2.1 激发认知冲突，启发质疑

例题：如图1所示，竖直放置的光滑圆形轨道(带底座)质量为M，半径为R，在轨道最低点放有一个质量为m的小球(球直径远小于管道内径，可视为质点)，M=m，现给小球一水平初速度v0，使小球在竖直轨道内做圆周运动。下列说法中正确的是( )。

图1

B. 小球在轨道最低、最高点时的压力大小差恒等于6mg

D. 小球从最低点运动到最高点的过程中，轨道对地面的摩擦力方向始终向右

笔者话音刚落，A同学便举手问道：“为什么要对小球在最高点时进行受力分析？”B同学马上回应：“在最高点时小球对轨道的压力竖直向上，将轨道往上顶，力最大，轨道当然最容易脱离地面啊！”A同学随即反驳道：“小球在到达最高点之前，对轨道的压力虽然不是竖直向上，但速度更大，这个力也会更大。”这时C同学也参与进来：“应该判断小球对轨道压力的竖直分力的大小才对。”D同学也发表了看法：“应该对最高点分析，以前做过的题目中最高点不都是临界点吗？”学生激烈争辩，课堂顿时热闹起来。

师：同学们的观点都很好，到底谁对谁错？我们一起来探究。

反思：A同学对“对小球在最高点时进行受力分析”提出质疑，或许其他同学也具有相同的疑惑，但是他能够勇敢地在课堂上表达出来，说明A同学具备了一定的质疑意识，能力层次属于水平2。一石激起千层浪，A同学的质疑让课堂活跃了起来，B、C、D三位同学都能够对已有观点提出有依据的质疑，然而未能解决问题，说明他们的质疑创新能力层次在水平3和水平4之间。大家的讨论使其他同学对“最高点即为临界点”这一根深蒂固的前认知发起挑战，产生了认知冲突，激发了内在驱动力，促使学生对问题进行深入探究。

2.2 重构认知，解疑释惑

师：我要为C同学的分析点赞！小球对轨道的压力的竖直分力是决定轨道是否离开地面的条件。在本题中，该竖直分力与哪些因素有关？

生1：与小球的速度有关。

生2：还与压力与竖直方向的夹角有关。

师：很好！如图2所示，设小球在任意位置时PO的连线和竖直方向成θ角，此时小球的速度为v，我们来推导竖直分力的函数表达式。

图2

在教学中可以将大问题分解为若干小问题，由浅入深，层层推进，让学生都能收获成就感。

问题1：什么力提供了向心力？

问题2：如何表达小球对轨道的压力？

问题3：小球的初速度和小球在P点时的速度之间具备什么关系？

问题4：如何表达小球对轨道的压力的竖直分力？

师：竖直分力Fy与角度、初速度均有关系，当Fy的最大值超过轨道所受重力Mg时，轨道离开地面，现在的任务是计算Fy的最大值。

图3

图4

反思：教师引导学生分析解决问题的关键，帮助学生建构模型。为了降低难度，按照思维流程将大问题分解为若干小问题，确保学生在解决每个小问题时都有所收获，逐渐进阶，体验积极的情感。在定量论证环节，应用了向心力、动能定理等物理知识，同时运用数形结合的方法求极值，体现了跨学科综合。采用推理、分析、比较、辨别等多种认知方式解决物理问题，提升了学生的高阶思维能力。

2.3 深层质疑，修正创新

通过前面的研究，学生的身心已经完全投入，高阶思维被激活，情感处于兴奋积极的状态，思维能力处在发展完善的动态过程中。这时学生的质疑还没有结束，同学E继续追问：“在什么情况下取最高点为临界点进行分析呢？”

反思：E同学没有停留在解决题目本身，而是渴望理清问题，归纳总结可能出现的所有情况，提出了更高层次的质疑。这种行为应该提倡，物理学正是伴随着“质疑—深层质疑”而逐步发展的，物理学史就是人类对自然认识的“质疑史”。解决深层次质疑需要多人共同努力，因而采用了合作探究的方式，最后学生通过归纳的结论对原题进行了修正，体现出一定的创造力，质疑创新能力层次达到了水平5。

2.4 应用迁移，自我监控

教师通过一道解题思路相似、但情境略有不同的练习题，提升学生的应用迁移能力。

习题：质量为M的圆环用细线(质量不计)悬挂着，将两个质量均为m的有孔小珠套在此环上且可以在环上做无摩擦的滑动，如图5所示，同时将两个小珠从环的顶部释放，并沿相反方向自由滑下。试求：

(1) 在圆环不动的条件下，悬线中的张力T随cosθ(θ为小珠和大环圆心连线与竖直方向的夹角)变化的函数关系，并求出张力T的极小值及相应的cosθ值；

图5

在课堂教学结束之前，教师引导学生将习得的思维策略转化为“自我提问清单”，[3]分为三个阶段进行自我监控。

(1) 分析问题阶段：本节课的学习目标是什么？我准确理解问题了吗？我把握问题的整体结构了吗？

(2) 解答问题阶段：问题的重点、难点是什么？我用了哪些方法突破难点？

(3) 反思总结阶段：我能够举一反三吗？我是怎样解决问题的？以后碰到类似的问题该如何解决？

反思：练习题和原题的差异在于研究对象个数和运动过程，但是运用的物理规律和数学工具等完全一致，通过解答既能够巩固知识、方法的应用，也能考查学生的迁移能力。最后，以“自我提问清单”的形式，引导学生不断对自己的思维进行积极主动的监视、控制、调节，实现自我监控。

3 教学反思

本节课以思维型课堂为路径，以培育高阶思维为核心，以交流互动为方式，通过启疑、思疑、释疑、创新等环节展开，实现了学生质疑创新能力的进阶。

华东师范大学叶澜教授说过：“课堂应是向未知方向挺进的旅程，随时都有可能发现意外的通道和美丽的图景，而不是一切都必须遵循固定线路而没有激情的行程。”[4]优秀的课堂不是排练好的舞台剧，而是充满着生成性与变化性。面对学生发起的质疑，假如教师采取不予理会甚至压制的态度，学生只能处于被动接受状态，难以培养他们的创新能力。本节课虽然只解决了一类问题，看似偏离了预先制定的教学计划，但学生的思维品质得到了优化，情感实现了交流，实际效果远胜于单纯的讲题，开放性的思维型课堂是提升学生的质疑创新能力的有效路径。