巧设物理“问题链” 发展学生的高阶思维能力

曹键粮 彭朝阳

摘 要：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，培养和发展学生的高阶思维是当今教育教学越来越重视的问题。而“问题链”的设置是发展高阶思维的关键，所以在物理教学中，可以通过巧妙地创设“问题链”来引导学生从问题到问题，从问题到超越，实现学生高阶思维能力的发展。本文主要探讨了通过巧设情境性、诊断性、迁移性、探究性的“问题链”来逐步促成学生高阶思维能力的教学策略。

关键词：“问题链”；高阶思维；教学策略

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）2-0069-4

1 引 言

在当今社会迅猛发展、信息飞快更新的背景下，学生以记忆和重复知识为主的传统学习方式已无法满足社会需求。为了能让学生在未来有效地适应知识化、信息化、全球化的社会，学生的创新能力、问题求解能力以及面对新事物快速作出分析与决策的能力显得越来越重要，这些能力都是以高阶思维而展开的。物理学习的过程其实就是一个思维能力形成的过程，所以在物理教学中应当有意识地发展学生的高阶思维能力。“问题链”教学是发展学生高阶思维的有效方法，所以，本文主要探讨如何通过创设物理“问题链”来发展学生的高阶思维能力。

2 高阶思维能力的简述

由于思维的复杂性，不同的研究者从不同的角度提出了自己对思维本质的见解。美国教育家布鲁姆依据思维的复杂程度从认知目标分类角度将思维过程具体分为：记忆、理解、应用、分析、评价和创造六个层次（如表1），其中分析、评价和创造为高阶思维[1]。国内钟志贤教授认为，高阶思维是发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力[2]。从行为表现上分为分析、综合、评价和创造，从思维能力方面体现为问题求解能力、决策力、批判性及创造性思维能力[3]。发展学生的思维能力是现代社会的必然要求，发展学生的高阶思维能力更是让学生能够在日新月异的社会中长足发展的重要方式。

表 1 BLOOM教育目标分类表——认知维度

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3 “问题链”是发展高阶思维的关键

杜威认为思维不是自然发生的，思维的过程是由问题、困惑等引发、维持和引导的，可见问题是思维的创造机， 更是思维的动力机。在课堂教学中坚持把问题作为思维主线，通过一系列问题不断地深入引领学生由浅入深進行分析和推理，在逐步解决问题的过程中拉长学生的思维长度。在这样的课堂下强调学生主动对思维实践的参与性，学生可以公开回答问题并阐述自己的观点，在回答问题之前学生已经进行深入思考，并产生了思维的过程。当不同学生发表不同的观点时，学生又会对这些思维的产物重新认识、思辨，这是一个思维碰撞的过程，这一过程扩大了学生思维的宽度。在整个过程中都是学生主动参与解决问题，从问题到问题，从问题到超越，实现了从关注知识传递到关注学习过程的重心转换。所以，以“问题链”驱动教学能让学生在主动思考、积极讨论、不断探索中有效地发展他们的高阶思维能力。

“问题链”中问题从何而来？问题的质量决定着思维的高度，高质量的问题又从何而来？为此，创设“问题链”时应把握以下原则：一是问题要紧密围绕教学目标。“问题链”是实现教学目标的载体，所以问题的设置要有指向性和针对性，要考虑到教学整体目标的实现。二是问题要具有阶梯性。“高立意，小步问”，能够为学生搭建起合适的台阶，层层递进，保证了学生思维的连续性，并且让学生在不断分析解决问题的过程中发展思维能力。三是问题的设计要基于学生的认知水平。设置问题时要考虑到学生已掌握的知识和经验，同时还应思量学生的潜在水平，问题应与学生这两个水平之间的差异也就是“最近发展区”相契合。四是问题要具有“挑战性”。太过于直白或索然无味的问题是没有太大意义的。相反，如果问题的难度太大会让学生无从下手，从而放弃思考。所以，问题的难易程度需要斟酌。

4 巧设物理“问题链”发展学生高阶思维的教学策略

4.1 创设情境性“问题链”，在培养问题求解能力的基础上提升高阶思维

物理和生活是紧密联系的，从生活中的物理现象提出问题，创设问题情境，可以让学生感受到物理知识隐含在生活的点滴之中，拉近学生与物理的距离，使学生在感同身受中高效地内化物理知识。问题情境的创设让问题依附于情境，使教学内容具有吸引力，从而吸引学生的注意并激发学生的求知欲望，让问题的解决有不断的能量来源，同时也打开了学生思维的大门。巧用“问题链”的阶梯性，让学生在解决逐渐深入的问题的过程中实现从低阶思维向高阶思维转换。

例如，在教学“力的合成与分解”时，从生活中常见的情境出发创设如下物理“问题链”：

问题1：为什么生活中挂着重物的绳子（如挂着衣服的晾衣绳）总是弯曲的？

问题2：有什么办法可以将晾衣绳拉直吗？（课堂上模拟晾衣服的实验，在一根绳子的中间挂上一重物，让学生尝试从两端拉绳子，最终无论两端的同学怎么用力都没有拉直绳子。）

问题3：同学们始终无法拉直挂着重物的绳子，原因何在？

问题4：同学们受力分析后尝试解释原因。

问题5：你能解释为什么工人在架高压线时始终无法拉直高压线吗？

其中，问题1是由生活中的常见现象引出的问题，让学生内心产生疑问“难道生活中的这点小事也与物理知识有关？”激起学生学习的欲望。接着，通过模拟实验引出问题2，让学生想办法拉直绳子，这时学生蠢蠢欲动想动手证明这是件很容易的事。可是，当学生自己动手实验后发现这是一个无法完成的任务，此时的实验结果与学生已有的认知相冲突，问题3随之而来“为什么？”激发学生理性分析的欲望。问题4中老师指导学生受力分析，并让学生自己主动尝试解答。学生首先是考虑到由于重力的作用，但是具体如何解释还需要学习新的知识——“力的分解”才能真正理解。最后，用学到的新知识去解决问题5，实现了对知识的应用与迁移，提高学生的问题求解能力和知识应用能力，并让学生感受到物理源于生活并应用于生活。

4.2 创设诊断性“问题链”，在思维的碰撞过程中培养学生的高阶思维

在物理教学中如果只是向学生介绍好的学习方法和技巧，尽量避免学生少犯错误、少走弯路，看似是可以提高学生的能力，实则会减弱学生对物理的学习兴趣，破坏学生的物理思维过程。在教学实践中应该允许学生犯错，让学生主动去发现失败的原因以及对错误思维过程进行反思，在思维与思维碰撞的过程中培养高阶思维。教师可以围绕教学内容的“五点”，即重点、难点、薄弱点、疑点和易错点，有指向性地创设物理“问题链”，“诱使”学生暴露出知识薄弱的地方和错误的认识，老师依据学生出现的问题给以指导，让学生在出错、知错、究错、纠错中获得真知，提升思维。

例如，在教学“超重与失重”时，为了让学生真正掌握判断物体处于超重、失重状态的依据，创设了如下问题链：

问题1：质量为m的物体放在升降机中，分析下列状况下物体处于超重还是失重状态？①当升降机以加速度a匀加速上升；②当升降机以加速度a匀减速下降；③当升降机以加速度a匀加速下降；④当升降机以加速度a匀减速上升。

问题2：总结物体处于超重或失重状态的判断依据是什么？

问题3：结合以上得出的结论解决该问题，一个弹簧秤上挂了一个质量为5 kg的物体，物体受到的空气阻力为10 N，若物体以1 N/kg的加速度减速下降，则弹簧秤的读数是多少？判断物体处于超重还是失重状态？

问题4：两种判断结果出现差异，问题出在哪里？（请深入分析问题3）

问题5：物体处于超重或失重状态的判断依据到底是什么？

解析：问题1：①中物体加速上升，②中物体减速下降，加速度a方向都向上

N-mg=ma

N=mg+ma>mg，属于超重状态。

③中物体加速下降，④中物体减速上升，加速度a方向都向下

mg-N=ma

N=mg-ma

问题2：归纳问题1的结果可以得出，当物体加速上升或者减速下降时处于超重状态，当物体加速下降或者减速上升时处于失重状态；同时也可以得出，当加速度a的方向向上时物体处于超重状态，当加速度a的方向向下时物体处于失重状态，所以可以从加速度的方向判断物体的超重或失重状态[4]。

问题3：如图1所示，对物体进行受力分析，并根据牛顿第二定律得：

T+f-mg=ma

得：T=mg+ma-f=50 N+5 N-10 N=45 N

弹簧秤的示数T=45 N

问题4：深入分析问题3，对物体一般情况进行讨论：

加速上升，加速度方向向上：T-mg-f=ma

得：T=mg+ma+f>mg，处于超重状态。

加速下降，加速度方向向下：mg-T-f=ma

得：T=mg-ma-f

减速上升，加速度方向向下：mg+f-T=ma

得：T=mg-ma+f

减速下降，加速度方向向上：T+f-mg=ma

得：T=mg+ma-f

由以上分析可以发现，当物体运动过程中存在阻力时，物体加速上升与加速下降用加速度方向判断的超重或失重与定义得出的结果一致；但是，当物体减速上升与减速下降时，需要考虑到合力ma与阻力f的大小关系，只有在合力ma大于阻力f时，用加速度方向判断的超重或失重才是正确的。

问题5：不考虑其他因素仅由物体加速度的方向来判断一个物体处于超重还是失重状态这种方法是不可取的。判断物体超重还是失重的最佳方法还是应该回归到定义，从定义出发计算出物体对支持物的压力（或对悬挂绳的拉力）来判断。

这个“问题链”是围绕学生出错、知错、究错、纠错的思维过程展开的。问题1是基础，学生较容易解决，并且问题1是问题2的铺垫。问题2是让学生暴露问题的诱因，让学生暴露出错误。问题3的出现让学生自觉地发现矛盾，知道错误的出现，激发学生求真的欲望。在问题4的引导下学生认真分析思考，研究问题，最终纠正错误。最后的问题5重复了问题2，但是问的意义已不同，目的是对真知的肯定与强调。

4.3 创设迁移性“问题链”，在知识的迁移与应用中深化学生的高阶思维

迁移性“问题链”的目的是帮助学生把已经掌握的知识、方法、规律等创造性地运用到新的情境中。迁移性的问题能够孕育出其他问题的解决方法，从而提高学生解决问题的能力。能应用迁移性解决的问题说明问题之间存在紧密联系，或者遵循相同规律，或者遵循相同方法技巧，这就要求学生的知识更具有系统性、逻辑性，要求学生充分挖掘知识之间的联系。这对学生的能力提出了更高要求，让学生通过应用所学知识去创造性地分析解决问题，从而培养学生的高阶思维能力。

例如图2，在“带电粒子在电场中的运动”教学中，在“问题链”引导下让学生类比解决平抛运动规律的方法来自学带电粒子在电场中的运动。

4.4 创设探究性“问题链”，在探索与综合的过程中促成学生的高阶思维

基于实验的探究性“问题链”从实验的目的出发，引领学生灵活应用所学知识和经验，根据所给的实验器材设计实验。在实验过程中经过学生观察不断收集信息，再经过分析、归纳、综合处理信息得出实验结果，这一过程综合性较强能够充分地锻炼学生的能力。探究性问题具有开放性、操作性、探索性和综合性，在问题的解决过程中培养学生的创造性，在探索与综合过程中促成学生的高阶思维[5]。

例如，在“探究滑动摩擦力的大小”实验中，教师可以设置这样的探究性问题链，引导学生进行实验探究，培养学生能力。

问题1：滑动摩擦力大小与什么因素有关？

问题2：根据已有经验，可以提出哪些猜想与假设？

问题3：实验中有多个变量，如何处理？

问题4：怎样测量？

①怎样测量压力大小和改变压力大小？

②怎样测量物体在滑动时所具有的摩擦力？

问题5：利用提供的实验器材，根据你的猜想与假设设计实验，完成实验并记录实验数据。

问题6：分析实验现象与结果，最后可以得出什么结论？

将这一“问题链”中的问题依次呈现在学生面前，把课堂交给学生，让问题为学生带路并指引学生去不断探索，留给学生足够的空间，使得学生能够充分地发挥自己的能力去解决问题，同时也培养了学生独立探索的精神。并且探究性的“问题链”有利于学生整合已有的知识，选择性地运用知识，提高学生对知识的掌控能力。整个过程综合性较强，是发展高阶思维的极佳方法。

5 小 结

学生高阶思维的培养应该与具体的学科融合贯穿于整个教学之中，它虽然没有固定的教学模式和方法，但是其目的是明确的——发展学生的高阶思维能力。在物理教学中，以“问题链”驱动教学是发展学生高阶思维的有效方法，因为“问题链”教学中做到了把思考还给学生，让学生成为学习的主人，把教学内容问题化在不断解决问题的过程中高阶思维也相伴而生了。所以，教师应当有意识地设计一些高质量、深层次的“问题链”来引导学生，帮助学生从低阶思维走向高阶思维。

参考文献：

[1]王帅.国外高阶思维及其教学方式[J].上海教育科研，2011（9）：31-34.

[2]钟志贤.促进学习者高阶思维发展的教学设计假设[J].电化教育研究，2004，25（12）：21-28.

[3]王宝斌.基于“问题链”，发展高阶思维——以化学教学为例[J].教育研究与评论（中学教育教学），2016（12）：73-77.

[4]张渊.超重与失重判断方法的疑问[J].物理教学探讨，2016，34（1）：44.

[5]马幼绒，孙天山.基于问题的高阶思维研究[J].化学教与学，2016（5）：2-4.

（栏目编辑 张正严）