基于“学习支架”的物理“思维进阶”路径设计与优化策略探究

作者简介：赵亚苓（1979～），女，汉族，浙江杭州人，杭州市富阳区实验中学，研究方向：物理教学。

摘  要：高中物理要求学生具有较高的推理论证能力、抽象逻辑能力和质疑创新能力。因而，基于学生原有认知水平，搭建支架，促进学生思维进阶，助力学生达成核心素养落地尤为重要。文章在引入情境、提出问题、参与活动、评价总结四个教学环节中，选择不同教学手段搭建学习支架，阐述了帮助学生跨过思维障碍，促进思维进阶的过程。

关键词：高中物理；学习支架；思维进阶；思维障碍

中图分类号：G633.7    文献标识码：A    文章编号：1673-8918（2024）12-0135-04

思维进阶是以感觉和知觉为基础的认知过程，指大脑通过感觉、知觉等思维形式，反映客观事物的性质及事物之间相互关系。在高中物理教学中，进阶起点是学生已有的形象、直观、记忆等低阶认知层级，目标是逻辑推理、质疑创新、综合应用等高阶认知层级，二者之间有递进的若干中间水平。学习支架是教师借助教学手段为学生在最近发展区搭建的“脚手架”，为学生提供的思维发展的台阶，能帮助学生跨过思维障碍，达到高阶认知层级，促进学生思维发展。

一、 高中物理学生“思维进阶”面临的问题

活跃的思维是高中学生掌握物理知识的基础，但是在当前的教育中，学生在物理学习上存在思维障碍，阻碍了学生发展。

（一）教学设计粗糙，进阶浅化

目前来看，受传统应试教育思维的影响，部分教师仍以考试目标为教学目标，缺乏对学生思维的激活和锤炼，缺少学生自主思考、自主探究等学习过程，导致学生无法养成科学的思维习惯，思维进阶受限。

（二）学习支架缺乏，进阶受制

根据维果茨基“最近发展区”理论，学生从不会到会，从低阶思维水平到潜在发展水平，是需要支持和帮助的，学习支架便能提供这种帮助。现阶段，部分高中教学时间紧张，教师应用的教学方法相对单一，忽视支架的搭建，学生难以跨越思维障碍，导致思维进阶受限。

（三）支架设计过简，进阶乏力

对很多教师而言，学习支架还是一种新事物，很多教师虽然有意识地设计教学支架，如“问题支架”“情境支架”等，但限于自身能力，支架作用流于形式，对学生学习的支持度不够，不足以支持学生跨越思维障碍，思维进阶效果大打折扣。

二、 基于“学习支架”的物理“思维进阶”的路径设计与优化

物理教学大多采用情境引入、提出问题、解决问题、总结评价等环节，其本质是遵循思维的进阶过程。在这些环节中，合理设置学习支架，可以在为学生提供丰富学习资源的同时，帮助学生跨过思维障碍，促使学生深度探究，实现思维的进阶。

（一）情境支架，精心设计，在情境中进入深度学习

情境是学生学习的一种场景，有生活情境、体验情境、合作情境等。教师通过情境的优化设计，可以充分利用各种物理知识，为学生搭建必要的学习支架，激发学生积极参与、深入探究的动力，推动学生知识积累和思维的进阶。

生活情境是指利用学生的生活经验创设活动场景，引导学生深入探究，达到解决问题目的的一种学习媒介。利用生活情境搭建学习支架，使抽象化的物理知识形象化，加深学生对知识的理解，在解决问题中培养抽象思维能力，促进思维进阶。

以必修一《加速度》的教学设计为例，学生在初中阶段，接触的物理多是形象、直观、单一的，而加速度这个概念定义非常烦琐，要求学生具有较高的逻辑推理能力，这时教师可以引入生活情境：赛车启动用时2.6s速度达到100km/h，战斗机起飞用时30s速度达到300km/h。引导学生讨论两者速度变化的快慢，以增强学生的直观感性认知。而用学过的位移、速度等物理量，都不能描述速度变化的快慢，所以要引入一个新的物理量，即用速度变化量与所用时间的比值表示，定义为“加速度”。

在加速度这个概念的学习过程中，以生活情境搭建支架，通过对学生熟悉的生活问题的分析，引导学生从生活走向物理，激发了学生的科学意识，促进了学生的思维进阶。

（二）体验支架，初步探究，探索思维方法

体验支架，即学生在课堂上切身参与活动情境。教师利用身边易见的物品创设情境，引导学生自主发现问题、提出问题，自动关联新旧知识，从而进入探究学习，在将前概念向科学概念转化过程中，促进思维进阶。

以必修一《超重与失重》的教学设计片段为例，超重与失重原本是一种生活语言，与物理学中的意义有区别较大。因此，教师要引导学生在本质上认识其物理内涵，并找寻其产生的本质条件。为了帮助学生构建模型，可设计体验情境，让学生完成如下操作：用纸带缓慢提起装满的水瓶，纸带不断裂；突然向上迅速提起水瓶，纸带断裂。提出思考问题：静止或缓慢提升时，纸带能够承受瓶子的重力，为什么突然向上提升时，纸带不能承受瓶子的重力呢？进一步展开拉力与重力关系的探究。

通过实验展示，学生认识到物理意义上的超重与失重，重力的本质是不变的，从而激发科学意识，选择合适的科学方法展开重力与拉力关系的研究，在模型的构建和科学的推理过程中，锤炼思维能力，促进思维进阶。

（三）问题支架，引发思考，在层进中进阶科学思维

问题支架是指在特定情境中，在完成教学目标遇到困难时，而提出的问题。在教学过程中为了更好地达成目标，以问题为“支架”，能够让学生自发性构建、完善物理知识结构，提升学生抽象性、逻辑性物理学科思维能力，促进学生思维进阶。

1. 原有结论，提出问题，激发质疑思维

基于学生初中原有的知识结论，以问题为支架质疑，唤醒科学思维意识，在采用科学方法透过现象推理事物本质的探究过程中，培養学生敢于质疑勇于创新的思维能力，促进思维进阶。

以必修三中《电磁感应现象》的教学设计为例，通过初中的学习，学生知道闭合电路的部分导体在磁场中切割磁感线时，导体中就会产生感应电流。教师提出疑问：切割磁感线是产生感应电流的唯一方法吗？切割是对条件的定性描述，导体切割磁感线的本质是什么？当产生感应电流时与磁场相关的哪个物理量发生了变化呢？通过探究综合分析，学生得出结论：部分导体切割磁感线时，改变的是闭合电路的面积，即改变了磁通量。进而猜测：闭合回路的磁通量变化，有感应电流产生，利用实验验证猜测的正确性。

通过对初中知识定性结论的质疑，引导学生重走科学探究历程，对现象进行观察、猜想事物的本质，并设计实验进行探究，分析推理后得出结论。在这个过程中，激发了学生质疑创新思维，提升了学生高阶思维能力，促进了思维进阶。

2. 实验演示，展现问题，训练创新思维

实验是物理教学不可或缺的部分，实验演示可以引导学生积极地参与体验，激活学生的情境思维。以演示实验为支架，展现认知矛盾，可以有效激发学生主动理解知识建构的意义，加深学生对物理知识的理解，提升探究思维、探究能力以及动手实践能力，促进学生思维进阶。

以必修一《自由落体运动》的教学设计为例，落体运动是生活中常见的一种运动，但它与自由落体运动并不相同。如何进行理想化抽象建立物理模型，并采用科学方法探究它的运动特点，是学生面临的一个难点。教师可以准备两张纸片和一块橡皮，完成以下演示实验：

演示1：质量大的橡皮和一张质量轻的纸片，同时从高处放下，观察哪个下落得快？

生：重的橡皮下落得快。

师：重的物体一定下落得快吗？

生：结合生活认知，重的物体下落得快。

演示2：两张纸片，其中一张团成纸团，再次同时从高处放下，观察哪个下落得快？

生：纸团下落得快。

演示3：纸团和橡皮同时放下，观察哪个下落得快？

生：几乎一样快。

此时，实验现象引发学生质疑，质量的大小與物体下落的快慢无关，那么物体下落快慢与什么有关呢？教师此时引导学生建立自由落体运动的模型，展开对自由落体运动的探究。

自由落体运动是直线运动规律的应用，如果仅给出结论加强训练，学生也可以熟记相关知识，但缺失了建模能力、探究能力的思维培养过程，严重影响了后续知识结构的搭建。而以演示实验为支架，呈现问题激发质疑创新思维，有效搭建了现象到本质的桥梁，促进了学生思维进阶。

（四）活动支架，支架迭代，在历练中进阶物理思维

教学活动是教师按照一定的教学原则设计的，目的是对学生进行知识技能的传授，培养学生能力，落实教学目标。以恰当的教学活动为“学习支架”，通过多层次的动态活动方式，揭示知识发生的过程，有效激发学生积极思维，提升学生知识的构建能力，促进学生思维进阶。

1. 项目支架，探究引领，训练应用思维

项目化学习是一种建构性的教学方法，教师基于真实情境提出问题，将学生的学习任务项目化，指导学生利用自身知识，结合媒体书籍等资料开展研究和实践操作。在解决问题并展示和分享成果的过程中，可以有效提升学生的创造性思维及综合能力，促进学生思维进阶。

以必修一中《运动和力》的项目设计为例，交通安全事故屡见不鲜，尤其是高速公路上超速或者司机反应不及时等造成的交通事故。要求学生用物理知识、量化数据，对“车辆之间最小安全距离”等交通安全规定进行佐证，创设《高速公路汽车最小安全距离分析报告》的项目学习。教师结合学生项目推进情况，及时给出引导，如以下安全距离分析报告提纲：

（1）《道路安全交通法》中涉及影响最小安全距离的规定：如禁止酒驾、毒驾、疲劳驾驶等影响反应时间的行为。

（2）影响最小安全距离的因素

（3）最小安全距离的计算

①汽车运动过程分析（建立理想模型）

②司机反应时间测定（利用自由落体运动）

③影响加速度大小的因素

④调查动摩擦因数（利用网络资源）

⑤计算最小安全距离

（4）安全行驶倡议

教师引导学生以加速度的求解为突破口，结合所学机械运动知识，围绕牛顿第二定律，推进项目。在完成项目的过程中，促进学生对物理规律的构建与理解，提升了学生应用物理知识解决实际问题的能力，促进了思维进阶。

2. 说题支架，角色引领，把握宏观思维

说题模式，即让学生从命题者的角度，全面分析题目，从“记忆者”的配角转换为“命题者”的主角。以说题为支架，不仅可以加强学生对知识点的理解和迁移，还能锻炼学生的综合分析能力，促进其思维方式的逐渐进阶，培养学生的物理核心素养。

以高三物理高考复习阶段的说题设计为例。

例题展示：（浙江省2023.06）3. 铅球被水平推出后的运动过程中，不计空气阻力，下列关于铅球在空中运动时的加速度大小a、速度大小v、动能Ek和机械能E随运动时间t的变化关系中，正确的是（  ）

本题是高考物理选择题的第三题，难度适中，侧重学生能力考查，体现了物理核心素养引领下的高考命题方向。说题以小组为单位，在综合考虑学生能力和思维差异的基础上根据成员优势，确定责任分工，如组织者、说课者、解题分析者等，使每个学生通过相互讨论、查阅资料等方式积极参与完成自己的任务。组员的成果以书面形式展示，并由一名同学最终完成说题。

通过说题，学生对知识的理解更加深刻，对物理观念的认知更加透彻，能够站在更高更广的视角看待问题、思考题目。在完成知识构建过程中，学生逐步形成了科学的思维方式，促进了学生思维的进阶与发展。

（五）评价支架，立足进阶，在评价中提升思维品质

教学评价是教学中的重要环节，评价既是促进学生学习的重要手段，又是诊断、调控和引导课堂教学的重要媒介，积极创建与教学模式相适应的评价支架，可以全面增强学生学习能力，促进思维进阶。

以上文中说题支架的教学评价设计为例，在说题进行过程中，设置组内自评表和组间互评表，突出能力提升与思维进阶的评价。互评即对同学的参与态度、合作态度、完成任务的严谨程度等方面进行评价，帮助学生提升“倾听”的注意力；自评即对自己的参与态度、思维进阶、能力提升等方面进行评价，帮助学生反思学习进程。学生作为学习的主体，在对自己和同伴的“说题”进行反思、审视过程中，可以明确下一步的学习方向。小组说题完成后，教师要做出结果性评价，精准评价学生，不足之处给予指导。

教学过程中，通过相互问答或者调查问卷的形式，对学生学习的过程和结果进行评估，再由教师进行多维度的评价，可以促进学生正确认识自己，诊断学习过程，从而开拓思维，促进思维进阶。

三、 收获与思考

以多种教学方法作为手段设计学习支架，可以有效深化学生的认知，促进学生进行知识重构整合，推动学生思维发展，促进思维进阶。同时，要搭建有效的学习支架，不仅要考虑学生的最近发展区，还需要提供行之有效的教学手段，这就对教师的学科素质提出了更高的要求。因此，教师应不断提升自身素质，以学习支架促进学生思维进阶。

参考文献：

［1］马慧佳.高三物理核心素养的培养策略初探——引导学生“说题”，促进思维进阶［J］.物理教学参考，2020（11）：72-75，79.

［2］郭燕.“支架式教学”在物理难点问题教学中的有效应用［J］.实验教学与仪器，2019，36（5）：17-18.