提升高阶思维的单元复习课设计策略

科学课要培养的核心素养主要包括科学观念、科学思维、探究实践和态度责任，科学思维有助于指导科学实践，形成科学观念。在科学单元复习课教学中，基于真实问题情境的复杂教学活动可以有效提升学生的高阶思维能力。然而，实际教学中，有些单元复习课变成了练习题的讲评，或师生问答式的知识点梳理，有的甚至就放到课外让学生做思维导图等自主复习，对他们思维的提升十分有限。如何设计单元复习课，促进学生高阶思维的发展呢？现以五年级“光”单元为例，阐述提升学生高阶思维的单元复习课设计策略。

一、情境问题驱动，激活科学思维

1.联结生活，创设真实情境

课程标准指出，要从学生已有经验出发，选择合适的情境素材，运用观察、实验、调查、制作等活动创设教学情境，提出有价值的问题，引发认知冲突，激发探究动机，组织学生运用所学的知识和方法解决真实情境中的问题，实现应用迁移，做到融会贯通。作为单元复习课的问题情境，不同于新授课聚焦一个核心问题、得出一个具体概念的简单情境，教师应该创设一个覆盖多个相关具体概念的真实情境，这样才能更好地加强学生科学学习与现实生活、社会实践之间的联系，实现他们对核心概念的深度理解、有效建构和灵活应用，为他们高阶思维的发展找到落脚点。

在“光”单元复习课中，教师创设“夜晚骑自行车如何保障安全”这一真实问题情境，引导学生通过讨论聚焦到“自行车尾灯的工作原理是什么”这一核心问题上。教师将生活问题转化为可研究的科学问题，包含了本单元中光的传播路径、反射和折射等多个知识点，实现科学问题与学生生活经验的联结。

2.发现关联，提出假设模型

学生面对新的情境，在前概念的相互作用下，形成一个心智模型，而不同的心智模型反映出不同的思维层级。在这一阶段，教师的作用是引导和促成学生心智模型的外显。在具体操作中，外显方式可分为描述、表达、展示等方式。“描述”指运用恰当的语言将心智模型描绘出来；“表达”指运用适当的工具表达心智模型的意义，如运用数学工具、图形图表工具、影像工具等；“展示”指的是组织展示心智模型的思维过程，重在展示思路和方法。[1]

很多学生知道自行车尾灯不是光源，认为“是利用了光的反射”，但无法描述具体的过程，只能从问题情境中找线索。教师可以将“自行车尾灯的工作原理是什么”这一核心问题分解为两个子问题（如图1），并设计对应的学习任务。

在后续的教学中，教师先采用“描述”的外显方式，即口头回答两个子问题，让学生描述后方司机可以看到自行车尾灯反射的光，而尾灯反射的光来自车灯等光源发出的光。接着，教师引导学生借助学习任务单，用“画图”的方式，完成3个学习任务。学习任务单为学生搭建了思维支架，帮助他们直观表达，将要探究的科学问题与本单元“光在沿直线传播过程中进行反射和折射”知识相关联。当画出“车灯发出的光沿直线传播照射到自行车尾灯，尾灯反射的光再通过折射进入人的眼睛”的路径图，学生自然就明白了自行车尾灯起到了平面镜反射光的作用，由此，就以光路图的形式建构了“自行车尾灯反射光”的假设模型。

二、深度复习寻证，促进思维进阶

1.初建模型，再现真实情境

在课程标准中，科学建模被列为核心素养中科学思维的关键要素，要让学生经历科学建模过程，并实现模型进阶到思维发展的升华。因此，教师在促使心智模型外显的基础上，引导学生实现从初始心智模型到科学模型的过渡，[1]而过渡的关键是帮助学生将初始模型转化为操作模型。受时空、器材等方面的限制，学生很少有机会能够在真实世界中建构模型，做模拟实验就成了有效的方法。这样，学生在对操作模型理解和把握的基础上，设计模拟实验，再现真实情境，以获得相关现象与数据。

首先，教师针对学习任务单中所画的实物图提问：“自行车尾灯真的是相当于一面镜子，利用光的反射原理来提醒后方司机吗？这真的符合真实情形吗？”学生分析讨论，达成共识，并抽象成“光的反射和折射”示意图（如图2），作为解释“自行车尾灯工作原理”的初始模型。

然后，教师组织学生根据“光的反射”模型，对比真实情形，进行多次模拟实验。在模拟实验中，学生用镜子模拟自行车尾灯，用手电筒模拟后方车灯，画出光经过一次反射的实物图时，用红线表示光线，用黑色箭头表示光传播的方向，进行可视化结果呈现（如图3）。学生通过模拟实验发现：由于照射到自行车尾灯的光是朝各个方向的，反射光也会朝各个方向，有些方向的反射光无法进入汽车司机的眼睛，不符合真实情形。该现象能让学生意识到“自行车尾灯反射光”这个初始模型需要修改，这也为后续思维活动奠定基础。

2.完善模型，发展高阶思维

通过多次模拟实验，对照可视化结果，学生发现：照射到自行车尾灯的光是各个方向的，按简单的一面平面镜反射模拟实验，通过尾灯反射的光方向不一定朝着汽车司机的方向。于是，教师组织学生观察尾灯实物，发现里面并不是一个平面镜，而是蜂窝状的。通过放大镜观察和查看视频资料，学生修正尾灯结构“光的反射”模型后，开展偶镜的模拟实验（如图4左）。在这个模拟实验中，相互垂直的两面平面镜组成了一个偶镜，当一位学生用点亮的手电筒从任意角度照射一面平面镜时，光会反射到与它垂直的平面镜上再次反射，反射光朝向这位学生。

基于模拟实验结果进行交流研讨后，学生达成共识：相互垂直的两面或三面平面镜才能实现各个方向的光通过反射后朝着后方司机的方向。由此，学生修正自己的初始模型（如图4右），在该图中，学生用红线表示光线，用黑色箭头表示光传播的方向，将实物图转化为抽象示意图。学生的思维模型从简单的一面平面镜反射进阶到适合真实情形的多面平面镜的多次反射，实现了思维的进阶。

三、拓宽复习途径，体现创新思维

1.运用模型，解释复杂现象

课程标准强调，要运用模型分析、解释现象和数据，描述系统的结构、关系及变化过程。教师呈现包含多个模型的新情境，引导学生应用所建构的科学模型解决问题，使他们进一步建立实际问题情境与已有科学模型之间的联系。

在学生修正形成了更符合真实情形的科学模型后，教师出示学习任务单（如图5），引导他们应用这个科学模型对夜间骑行的多种情况进行分析、判断、推理。图5中的a图模拟的是“夜间，三辆自行车和一辆汽车同向行进”的动态情境，让学生判断后面骑行的人是否能看到前面自行车的尾灯。题1～3让学生运用“自行车尾灯多次反射光的复杂模型”做出判断；题4让学生辨别汽车开走后车灯发出的光无法照到三辆自行车尾灯的不同情况。图5中的b图模拟的是“夜间，三辆自行车和一辆汽车相向行进”的动态情境，题5让学生判断后面骑行的人是否能看到前面自行车的尾灯，都需要从“自行车尾灯多次反射光”的条件入手进行分析做出判断，即当汽车开走或相向驶向自行车时，汽车车灯发出的光无法照射到自行车尾灯，尾灯无法进行多次反射光，骑行的人就无法看到其他自行车的尾灯。

[夜间骑行过程中还有许多情况，你能分析吗？

道路上有一辆汽车和排成一列的三辆自行车，正朝着同一方向行驶。

1.骑②号自行车的人_________（填“能”或“不能”）看到①号自行车的尾灯。

2.骑③号自行车的人_________（填“能”或“不能”）看到①号自行车的尾灯。

3.骑③号自行车的人_________（填“能”或“不能”）看到②号自行车的尾灯。

4.如图a，如果汽车开走了，骑②号自行车的人_________（填“能”或“不能”） 看到①号自行车的尾灯。

5.如图b，汽车开走后，自行车队的对面又来了一辆汽车，骑②号自行车的人_________（填“能”或“不能”）看到①号自行车的尾灯。

]

由原先“一辆自行车在前，汽车在后同向行进”的情境拓展到“三辆自行车和汽车同向行进”的情境”，对于学生而言，新情境中只是将自行车的数量变多，他们能比较简单地将“自行车尾灯多次反射光”科学模型应用迁移，由此可以反映他们对修正后模型的掌握情况。当新情境拓展为“三辆自行车和汽车相向行进”的情境，学生需要逆向思考，但仍然需要从“光多次反射”的条件入手进行分析：只有汽车车灯发出的光照射到自行车尾灯，尾灯才能反射光，进而判断骑行者能否看到其他自行车的尾灯，由此考查他们对“光多次反射”科学模型的理解运用情况，提升他们的思维水平。

2.画概念图，指向核心概念

在单元复习课中，教师更应该引导学生总结通过高阶思维和探究实践而形成的科学观念，其中，抽象概括程度较高的核心概念往往具有强的解释力，也往往处于科学观念的核心位置。[2]学生以画概念图的方式进行整个单元的分析综合、归纳推理和抽象概括，能有效地促进其思维能力的发展。[3]

本案例中，学生基于“自行车尾灯的工作原理是什么”这一真实的问题情境，通过第一次抽象概括出了“光在沿直线传播过程中进行反射和折射”的解决问题初始模型。在这个过程中，他们回顾梳理“光源的定义”“光的传播路径”“光的折射、反射”之间的关系，并利用线条、箭头和方框等符号清晰地呈现。之后，学生通过模拟实验不断修正，第二次抽象概括出符合真实情形的“多面平面镜多次反射的示意图”这一科学模型，回顾了光反射和光折射的作图要求并在概念图中画出对应的光路图，从简单到复杂，凸显思维的进阶。紧接着，教师引导学生回顾总结本单元的其他内容，如光的色散等，列举光的应用和生活中的光现象并简单解释，最后指向“物质的运动和相互作用”这一大概念，并纳入概念图框架中。在与学生一起画概念图的过程中，教师引导他们总结：在我们日常生活中，经常能够观察到光与物质的相互作用的现象，如光的反射、折射、色散等，这些现象都是由于光在运动过程中与物质之间的相互作用导致的。最终，指向“光作为一种物质的运动和相互作用”这一迁移性更强的核心概念，促进学生的思维从关联结构走向拓展抽象结构。

（作者单位：浙江省杭州市胜利实验学校）

参考文献

[1]姜连国，郭玉英.基于物理建模的学习进阶及其指导策略[J].物理教师，2016（08）.

[2]李松林.学科核心素养的发展机制与培育路径[J].课程·教材·教法，2018（03）.

[3]张玉峰，郭玉英.科学概念层次分析：价值、变量与模型[J].物理教师，2015（11）.