深度思维：撬动核心素养发展的“杠杆”

章忠春

摘要：高中物理新课程标准提出了“物理观念与应用、科学探究与交流、科学思维与创新、科学态度与责任”四个维度的核心素养发展要求，直接引领着高中物理学习目标的制定、教学的设计、课堂的组织实施、教与学的评价等多个方面。实践证明深度思维在高中物理课堂学习中可以成为一支撬动着物理学科核心素养的发展的“杠杆”。

关键词：深度思维;核心素养;科学探究;自主生长

中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1992-7711（2020）23-108

思维是人脑对客观事物间接的概括的反映，是认识的理性阶段。深度思维即思维发展的高级阶段，与浅层次低水平的思维相对应，其结果往往是深度学习和高效学习，对于学生学习而言深度思维常发生于其自主“学习、分析、评价、创造”的过程，是较高认知水平层次上的心智活动或较高层次的认知能力。深度思维能够帮助学生进行信息处理与加工，能够推动概念建构与运用，能够促进把所学的知识和方法迁移到真实情境中解决问题。高中阶段学生的思维能力、发展需求以及物理学科的特点及目标要求都决定了深度思维在学科学习中应具有重要地位。

高中物理新课程标准实现了两大功能：凝练了学科核心素养和构建了指向物理学科学业质量标准。学科核心素养指明了教与学的方向，学业质量标准则是明确了教与学需要达到的程度，两者共同引领了“学教评”一致性的价值追求。“方向优于努力”，因为方向正确，越努力才会越接近目标，因此学科核心素养应是引领教与学活动的旗帜。深度思维有助于核心素养培养中的正确的价值观念、必备品格和关键能力目标的落实，是课堂学习中一支“杠杆”，能够有效“撬动”核心素养的发展。在人教版必修2第七章第3节《功率》的课堂教学中，笔者尝试通过深度思维去“撬动”学生的核心素养发展之门，实现知识方法的自主建构和学习目标的达成。

一、深度思维“撬动”素养发展的设计

（一）基于学情教情分析常见误区

本节课的课堂教学常见的误区有以下三个。误区一：学情分析不明导致目标定位不准。课堂教学中无视初中已经学过功率的概念和高中已有比值法基础，依然在通过教师手把手逐步得出功率的概念和意义，降低了学生思维深度，从而削弱学习兴趣，也剥夺了学生自主建构概念的机会。误区二：忽视核心素养发展要求导致习题课倾向明显。轻视功率中瞬时功率、平均功率的概念的建构过程，简单粗暴地给出公式，紧跟着各种习题的练习与讲解，将新授课活脱脱上成了一节习题课，注重了学生的应试能力培养，却不利于物理学科核心素养的发展。误区三：忽视高中物理课堂应有的思维深度导致课堂学习浅层化。热衷于动画、图片、视频、习题和实验堆砌，不去挖掘深度思维的素材，导致课堂学习热闹有余思维不足，学生的主体地位被无视、学习体验被忽略、学习效果被弱化。

（二）基于课程标准确定核心概念

2017版《普通高中物理程标准》对必修2模块中《功率》内容要求表述为：“理解功和功率，了解生产生活中常见机械的功率大小及其意义。”并举例“分析汽车发动机的功率一定时，牵引力和速度的关系”。基于课程标准的研读与理解确定本节课的核心概念为“功率”，包括以下核心子概念：平均功率和瞬时功率;额定功率和实际功率。

（三）基于核心概念设计教学方法

基于对标准的理解、学情把握、教学内容的解读以及常见的教学误区分析，本节课设计为以学生为主体、以教师为主导、以情境为主线、以“深度思维”为杠杆;在知识建构方面以“初识功率、再识功率、深识功率”进阶式设计，用“深度思维”推动功率、瞬时功率、平均功率、額定功率、实际功率等概念的逐步建构;在方法策略方面以问题引领学习、思维主导学习、生活联系学习、情感升华学习，让“深度思维”去“撬动”核心素养的发展。

二、深度思维“撬动”素养发展的实践

（一）思维唤醒：始于生活情境开展研究性学习

师：课前自主开展微型研究性学习《变速自行车变速系统的工作原理研究》，围绕两个问题展开研究从而唤醒思维：1.在主动轮确定的情况下，从动轮分别选择大号和小号齿轮分别有什么体验（力、速度）？2.其物理原理是什么？

生：在课前进行自主研究，课堂以小组为单位交流汇报研究性学习成果，有小组从初中力臂和力矩的知识进行分析力学关系，更有小组通过自制动画直观新颖展示省力速度慢的研究成果。

师：追问：“如果让你来做变速自行车的调速系统的设计师，你在设计时能否在追求大牵引力的同时保持高速度？”

意图与评价：紧密联系生活的微型研究性学习课题，引导学生课前真研究、激发学习兴趣、铺垫课堂学习。源于生活情境的问题引入新课，诱发学生的学习动机，引发学生的思考、唤醒学生的思维，开启思维的课堂。

（二）思维热身：基于已有经验自主探究初识功率

【问题解决1】 两人分别提不同的重物从一楼匀速跑到4楼（设楼高为10m）。计算两人对各自物体所做的功并分析比较哪些不同。（g=10m/s2）

【概念建立过程】

生：计算两人对物体所做的功，讨论分析得出结论：做功的大小不同、做功的快慢不一样。

师：你是如何知道哪个人做功更快？

生：通过计算单位时间内做功值，值越大做功越快。

意图与评价：知识转化为素养的有效途径就是情境，基于生活和自身体验的情境更能在引发兴趣的同时提高素养发展的效率。本环节将功的知识复习作为功率知识自主生长的土壤，通过学生自主参与来凸显学生的主体地位，通过自主计算分析，让概念建立顺理成章、知识建构自然而然。初步彰显了思维和知识生长在新概念学习中的作用与魅力，为后续的深度思维活动进行热身。

（三）思维进阶：基于核心问题自主建构再识功率

1.自主建构瞬时功率与平均功率

【问题解决2】 某质量m=1kg的小球从高处自由下落，（g=10m/s2）求：下表中不同时间内重力做功的功率。

生：分组求解，展示交流计算结果。

师：引导学生观察数据寻找规律，讨论交流形成共识。

生：不同时间段内的功率不同，且随着时间段越来越小，越来越接近2s这一时刻，功率越趋近于100W。

师：引导猜想：各时间内功率不同表示什么意义？100W是否有着特别的意义？

生：不同时间内的功率是指这段时间内的平均功率。学生提出猜想：100W应该是1s这一时刻的瞬时功率，是极限思想的体现。并以瞬时速度定义的极限思想来佐证自己的猜想。

2.瞬时功率表达式的自主推导

师：如果我想知道0.5s末该小球重力的瞬时功率，你准备如何帮我？

生：运用刚刚学会的极限思想求解瞬时功率遇到了困难。一部分同学如法炮制，但计算量大，没能及时算出结果，另一部分同学开始试着寻求其他出路，并提出用瞬时物理量来表示瞬时功率的设想。

师：肯定并给予鼓励。

生：借助P=W/t和W=FLcosa自主推导出P=Fvcosa表达式，确定t在不同的范围内求出来的速度对应瞬时速度和平均速度，对应的功率表示瞬时功率和平均功率。

意图与评价：本环节学习策略上采取了引导学生充分参与、合作、表达，让思维更开放自由;思维以建构主义为指导的进阶设计实现了学习的自主迁移，引导把学生现有的知识（功率的定义式、功的公式）、现有的方法（极限思想）作为新知识（瞬时功率、平均功率）的“生长”土壤，把瞬时功率的概念、速度定义式作为瞬时表达式的“生长”土壤，这种学习的自主性、迁移性和进阶性是学生发生深度思维的体现，学习的效果也彰显了深度思维在概念建构和核心素养发展中的“撬动”作用。

（四）思维演进：回归生活实践强化应用深识功率

【物理与生活1】 有经验的驾驶员在开手动挡的汽车上陡坡通常都要换挡位，你知道换什么挡位？为什么需要如此操作？大胆猜想，并用手头实验器材设计实验并进行小心求证。

生：换低挡位在保持功率一定的情况下降低速度来增大牵引力。交流分享自主设计的验证实验：利用玩具起重机起吊不同重力的物体，观察物体上升速度的不同，并展示交流。得出起重机功率一定时牵引力越大速度越小。

师：回答新课引入的问题：能否设计出一款变速自行车在追求大牵引力的同时保持高速度呢？

生：根据功率的知识得出结论“在功率一定的情况下牵引力与速度不可得兼”。

【物理与生活2】 有同学根据公式P=Fv推想：P保持不变时，若将作用力F无限地减小，可以使运动的汽车速度无限地增大。你认为他的推想可行吗？

生：讨论得出该同学忽略了生活中不可避免存在阻力，牵引力减小到阻力时速度不再增加。

师：牵引力等于阻力时运动有何特点，可以求出哪些相关物理量？

生：速度的最大值等于功率除以阻力。

意图与评价：本环节借助一系列生活情境问题，引导学生思考、运用知识分析解决问题，并不失时机创设认知冲突、引发思维碰撞，激发学生思考探究。实现从生活情境中的思维活动学会知识、运用知识分析解决问题中建构新的知识、体验中感悟概念的内涵和外延。畅通物理知识与现象解释间通道的同时，也在演练、建构并固化一种新的思维方式。

（五）思维导图：助力知识方法内化的体系化建构

知识的碎片化是课堂教学的负面的产物，如何将碎片化的知识整合起来进行体系化构建是每一个老师追求的方向。在课堂中教师通过板书自然地呈现知识要点、展现出来的顺序、体现知识之间的逻辑关系，构建思维导图能够有效地帮助学生进行体系化建构，为学生现在的理解知識和将来的运用知识打下基础。

三、深度思维“撬动”素养发展的思考

深度思维对与高中阶段物理学习的作用显而易见，不仅有利于学生学习主体地位的发挥，也有利于知识方法的快速建构，更有利于学生学科核心素养的发展。但学生的深度思维不是与生俱来的，需要高中物理教师在平时的教与学活动中去有意识地发展培养，精心设计基于真实情境的活动，让问题驱动学习进程，内容、方法和思维的进阶设计等都在让深度思维实现真正发生，不断地强化、内化深度思维成为习惯，从而“撬动”学科核心素养发展。深度思维的设计与培养应考虑以下因素：

思维要具有情境性。思维一定是基于问题展开，而问题情境化、情境生活化是当下问题设计的追求，因此思维活动需要具有情境性，让思维不至于成为无源之水、无本之木，以真实生活经验为背景的思维能够有助于驱动学生的学习、推动问题的解决。

思维要具有有效性。设计的思维活动应基于学生当前的思维水平、知识方法的理解情况以及对学习目标的成功标准，不能难度过高或过简单，过高会阻碍理解而措挫伤学习动力，过简单会让思维过程索然无味而降低学习的深度，以具有适当的挑战性为宜，因为挑战是有效学习的核心因素之一。

思维要具有可见性。学生的思维过程远比思维结果更重要，因为思维的过程更能展现学生学习过程中呈现的解决策略和具体问题。因此教师在课堂学习中需要尽可能让学生的思维过程对学生可见、对教师可见、对内容可见，因此技术性的呈现问题、策略性的引发思考、科学性的引导思维、创设性展开评价可以让思维过程可见。

思维要具有进阶性。一节课的思维活动不会只有一个，一系列的思维活动需要按照进阶设计、展开和评价。进阶式思维设计一方面需要体现知识按照内在逻辑关系进行进阶呈现，让知识的逻辑助力思维的逻辑;一方面需要体现学生的学习体验和学习情感进阶，让情感推动思维的快速深度的发展;知识的逻辑进阶和情感的进阶共同推动知识掌握的进阶——由表层理解向深层理解最终到概念性理解的进阶式达成。

参考文献：

[1]卢明，崔允漷.教案的革命——基于课程标准的学历案[M].华东师范大学出版社，2017（04）.

[2]方涛.指向深度学习的问题解决教学实践研究[J].中学物理教与学，2019（08）.

（作者单位：南京市第十四中学，江苏 南京210000）