高中物理教学中高阶思维的培养路径

吴新豹

［摘 要］在物理教学中培养学生的高阶思维更有利于提升学生的学习能力，同时降低物理知识学习难度。高阶思维是建立在低阶思维基础上的。教师若想培养学生高阶思维，就要改革教学模式，先营造低阶思维培养环境，之后再进一步优化教学手段和方式，促进学生思维进阶。文章在分析高阶思维内涵、表征的基础上，指出了教师应当具备高阶思维的培养意识，并详细分析了如何利用问题情境、反思性学习活动、科学探究活动、思维导图构建新型教学模式，营造高阶思维培养环境，促进学生高阶思维的发展。

［关键词］高中物理；高阶思维；培养

［中图分类号］    G633.7            ［文献标识码］    A          ［文章编号］    1674-6058（2023）21-0045-03

高阶思维是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力，是社会对新型人才素质的新要求。从目前来看，大部分学生具备的是低阶思维。高中时期正是学生身心发展的关键时期。为此，高中物理教师要抓住这一机会，创新教学手段，构建适合发展学生思维品质的知识学习活动，实现学生思维品质、能力的共同提升。

一、高阶思维分析

按照层级来说，思维分为识记、理解、应用、分析、评价、创造六个层级。其中识记、理解、应用为低阶思维，分析、评价、创造为高阶思维［1］。“分析”具体表现为信息整合能力、知识构建能力、逻辑思维能力。“评价”具体表现为批判性思维、评价反思思维。“创造”具体表现为创造性思维。通过对比不难发现，相比低阶思维来说，高阶思维更具有表现力、创造力。相应地，高阶思维也更难以获得。因此，在高中物理教学中，教师若想培养学生的高阶思维，就应创建合适的学习活动，激活学生思维，使其思维从低阶思维发展到高阶思维。这也意味着教师要创新教学理念和教学手段，充分考虑学生的思维发展需求，创建贴合教材内容、符合学生认知规律的学习活动。

二、培养学生高阶思维的路径

（一）树立培养意识

作为物理课堂的主导者，教师应当具备高级思维培养意识，尤其要具备以下意识：

首先，具备更新教学理念及培养学生高阶思维的意识。很显然，采用传统教学模式，使学生被动接受知识，只能培养学生的低阶思维。为此，教师要转变教学理念，将高阶思维活动落实到教学设计和教学活动中，以启发学生深层次思考。比如创建教学情境，设计思考问题，使学生在问题解决中形成高阶思维；设计项目任务，使学生在任务完成中获得思维发展。其次，具备以学生为主体的思维培养意识。学生是高阶思维的拥有者。在课堂教学中，教师一定要改变传统的教学模式，突出学生的主体地位，尽可能地激发学生的学习兴趣［2］。只有这样，学生才会去主动探索和学习，进行更深层次的分析、思考，从而获得思维发展。最后，具备教学改革的意识。信息技术背景下，物理课堂可以更生动、更有趣，更有利于学生学习。比如可以创建智慧课堂，实现教与学的智能化、信息化；融入实验、游戏、科研等学习活动，创建开放、自由的学习课堂；等等。这些教学方式可以改变学生对物理课堂的认识，营造出浓厚的学习氛围，为培养学生的高阶思维奠定基础。

（二）创设问题情境

疑是思之始、学之端。在物理课堂中创设问题情境，引发学生质疑，可以促使学生主动思考和学习。而思维是人脑对客观事物本质、内部规律的概括的间接反映，简单地说，大脑思考问题的内部活动就是思维［3］。显然，创设问题情境能够激发学生的思维活动，但是若想通过创设问题情境实现学生思维进阶，教师就要进一步优化问题情境设计，使其更符合学生的认知规律，更有利于学生进行深层次思维的学习活动。

以平抛运动的教学为例，在课堂导入阶段，教师可以先提出问题：把一个小球以不同的方式抛出，小球的运动轨迹有什么共同点和不同点？在未接触平抛运动知识之前，学生解决这一问题的主要方式就是结合生活经验，对比、思考小球一次次抛出后的运动现象，并运用所学的运动学知识推断出这些运动轨迹的异同。这个思维过程就是逻辑判断、推理的过程。在该过程中，学生基于感性认知将小球平抛运动抽象成一种物理规律，再联系旧知识，按照运动逻辑进行推理，就能得到新认知，概括出平抛运动的本质，实现自身逻辑思维能力、信息整合能力等高阶思维能力的提升。在学生思考后，若是教师用动画或图形的方式展现出不同平抛运动的轨迹图，并与学生共同交流、讨论，得到更为准确的平抛运动定义，就能再次促进学生的思维进阶。因为学生经过自主探索得到的平抛运动规律与教材中的定义存在一定差异，在二次体验平抛运动规律的总结过程时，学生的逻辑推理思维就会被重塑，从而形成更为严密、科学的逻辑思维。经过教师的修正，学生会进行知识体系的重塑，构建出新知识体系。相应地，学生的新知识构建思维也会得以发展。由此可见，创设问题情境不仅是简简单单地提出问题，而是通过多媒体、话语引导等方式提出学生需经过思考、分析才能够得到结论的学习问题，保证学生能发挥最大的自主性去解决问题，从而促使其低阶思维进一步转化为高阶思维。

（三）构建反思性学习活动

反思是对既有的学习方法和经验进行二次回顾、梳理，查找出其中存在的问题，并加以改正、优化的一种思维活动。反思不仅仅是对知识的回顾，更是对方法、策略、思路的回顾。但就目前来看，学生更注重对知识的反思，很少对思维层面的方法、策略、思路等進行反思。因此，教师要充分发挥自身的引导作用，通过创建合理的学习活动，促使学生深度反思。

在每次完成阶段性考试后，教师可以针对学生出现的错误例题设计反思活动，并一步步引导学生进行知识、思路、方法的反思。例如题目：如图1所示，弹簧A、B、C相连，且其劲度系数相同。质点M的重力为G 。静止状态下，相邻弹簧间的夹角为120°。已知弹簧A和弹簧B对质点的作用力为2G，那么弹簧C对质点的作用力大小为多少？这道题目主要考查物体的弹性和弹力、共点力平衡条件及其应用。学生若想解决这道题，就要正确分析弹簧、质点的受力情况及物体的运动规律。在初次解析过程中，大部分学生只能想到一种情况，认为弹簧A和弹簧B对质点的作用为拉力，此时质点平衡，那么根据题干信息就能够得到：FC=G+FAcos60°+FBcos60°=3G。其实还存在另一种情况，即弹簧A和弹簧B对质点的作用力为推力，那么当质点处于平衡状态时，可得到FC=G+FAcos60°+FBcos60°-G=G。接下来，教师应当引导学生将反思重点放在总结思路和方法上。具体可按照以下步骤进行：

第一步，话语引导：我们在对质点进行受力分析时，会惯性地认为弹簧作用力属于拉力，那么存不存在另一种可能，即弹簧不提供拉力，而提供其他力呢？针对该问题，可以让学生共同讨论分析，这样学生就会对弹簧性质进行回顾、思考，结合已有的经验对弹簧可能提供的另一种力进行判断，并在与其他学生思维碰撞的过程中形成自我认知，得到“另一种力可能是推力”的结论；第二步，若学生已得到结论，教师则进行鼓励；若没有，则要引领学生一步步得到结论，从而促进学生思维发展。第三步，反思思路、方法。学生得出结论后，教师可以让学生再次做题，改正之前的错误，推导出正确的结论。学生完成之后，教师再引导学生进行深层次的反思。如话语引导：通过解析这道题，你能总结出什么解题思路、方法？哪种类型的题目可应用该思路、方法？第四步，设计相关习题，强化学生对解题思路、方法的应用，从而通过实践推动学生的思维能力发展。这样通过二次思考、解题、总结思路与方法、实践升华，就可以增强学生反思性学习活动的效率，发展学生的高阶思维。

（四）创建科学探究活动

科学探究活动是一种应用比较广泛的教学方式。在物理探究活动中，学生可以经历提出猜想、大胆假设、设计实验、分析论证、评估总结的过程，深化对物理知识的理解，形成科学的物理思维。为此，教师在设计与实施探究活动时，一定要注意探究活动与教学目标、教学内容的联系性以及探究难度、探究目标的适宜性。

以“圆周运动”的教学为例，在对“线速度”这一新知识的教学中，教师可按照以下步骤进行引导，促使学生参与探究性学习活动。第一步，话语引导：根据我们之前所学知识可知，速度可描述物体做直线运动的快慢，那么能不能用这个概念来描述物体做圆周运动的快慢？如果可以，应怎样下定义？下面请自主阅读课本，归纳出阅读提纲，找到线速度的定义。第二步，学生阅读总结。教师提出问题后，学生会先回顾旧知——直线运动的实例，提炼速度的物理意义，此时学生的逻辑思维、概括思维会得以发展。而后在阅读教材的过程中，学生需要运用信息整合思维进行知识梳理、概括，得到具有条理性、层次性的阅读提纲，并运用逻辑推理思维进行速度、线速度的对比、分析，揭示两种速度的本质。第三步，师生共同学习。在学生初步罗列出阅读提纲后，教师可与学生共同阅读、归纳，最终得到完整、准确的提纲：①线速度的物理意义；②线速度的定义；③线速度的定义式；④线速度的瞬时性；⑤线速度的方向；⑥匀速圆周运动、匀速直线运动中的两个“匀速”的含义是否相同。这一过程中，学生认真研读教材内容，并按照一定的逻辑规律分析每个句子、段落之间的关系，整理、概括片段内容，从而得到逻辑清晰、层次分明的阅读提纲。学生的逻辑推理思维、新知识构建思维都会得到强化。第四步，持续引导，提炼概念。学生完成提纲后，就可以四人一组进行讨论、交流，概括线速度的物理意义、匀速圆周运动中的“匀速”的物理意义。之后，教师按照这种教学路径完成角速度、频率、转速知识的讲解，不断强化学生的新知识构建和思维培养。第五步，设计问题，通过实践强化学生思维品质。完成新知识的教学后，教师可以设计应用问题，以加深学生对理论知识的认识，加强学生创造性思维的培养。如设计例题：①我国发射的第一颗人造地球卫星“东方红一号”绕地球作匀速圆周运动一周所需时间为114分钟，离地面平均高度为1412千米。请计算卫星环绕地球运行时线速度的大小。②月球绕地球公转的轨道半径为3.8×108米，公转一圈所需时间为27.3天，求月球绕地球公转的线速度、角速度。在解决上述两个问题时，学生需要结合刚学的新知识，运用已有的解题经验，寻找解题突破口，创造性地解决问题。

（五）应用思维导图

思维导图能直观、形象地呈现学生的潜在思维过程。将思维导图应用到物理课堂教学中，利用学生日常记忆、阅读、思维规律，按照一定的逻辑规律将章节知识点串联在一起，可以使学生更结构化、系统化地认识、理解事物。在绘制思维导图的过程中，学生对物理知识进行筛选、整理、分层，不知不觉中其信息整合思维就会得到发展。

在不同的教学阶段，教师可以将思维导图分别应用到新知授课、习题课教学、复习课教学中。例如，在教学“曲线运动”时，教师可以先引导学生明确学习目标，并构建轻松、良好的学习氛围，鼓励学生自主挖掘知识的内在联系，绘制思维导图。之后，再通过设计问题引导学生合作学习，完善思维导图。具体可按以下步驟实施教学：第一步，联系直线运动知识，引入生活中的曲线运动实例。如过山车、火车在轨道上运动，人造卫星绕地球运动等，并提问这些物体的运动轨迹有什么特点，运动方向是怎样的。这时学生会将感性认识的生活实例抽象为具有物理意义的曲线运动现象，并经过对比、分析，总结出它们的共同规律，完成从感性认识到理性认识的转变，实现高阶思维的发展。第二步，明确学习主题，绘制思维导图。教师完成课堂引入，指出学习主题为曲线运动后，就可以引导学生绘制思维导图，如提问：从上述结论中我们知道曲线运动的方向是在不断变化的那么曲线运动的方向与其速度方向是对应的吗？该如何确定？然后引导学生通过分析钢柱滚落实验验证曲线运动的速度与方向的关系。紧接着，继续提问：物体做曲线运动需要满足什么条件？仍然通过实验引导学生推断、验证结论。大致完成新知教学后，教师就可以让学生按照一定的逻辑关系、层次关系绘制思维导图，并将自己对曲线运动的速度、方向、条件的认识填入其中，形成具有个性特点的思维导图。第三步，相互交流，完善思维导图。在学生完成思维导图的绘制后，教师还可以让学生相互交流、共享思维导图，以此拓宽学生的思维层次，完善思维导图的细节。在整个教学过程中，学生的信息整合思维、逻辑判断思维、新知识构建思维都在不断地强化，其高阶思维体系也得以完善。

总而言之，培养学生高阶思维的前提是教师要具备基本的培养意识，其关键是教师要改革课堂教学方式，灵活利用思维导图、教学情境等方法创造培养路径。

［   参   考   文   献   ］

［1］  李旭斌.基于核心素养的高中物理高阶思维课堂创设［J］.物理通报，2023（3）：76-79.

［2］  李玲.基于高阶思维培育的高中物理深度教学研究［J］.广西物理，2022，43（4）：129-131.

［3］  曾芳.高中物理教学中高阶思维能力的培养探究［J］.高考，2022（28）：42-45.

（责任编辑 罗    艳）