划分科学思维水平层次 逐层提高学生思维能力

任小杏

摘 要：科学思维是物理学科核心素养的核心内容，本文参考《普通高中物理课程标准（2017年版）》对科学思维的划分，以复习课“电路的故障”为例，结合学生能力水平，从“创设丰富情境引发思想碰撞，设置合适学生思维水平的起点”“逆向思考，错接电表与开路、短路的联系”“统筹重、难点，把握思维水平的终点”三个方面，逐层进行思维引导，促进学生思维水平的不断提高.

关键词：科学思维;水平层次;思维引导

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）16-0055-03

作者简介：任小杏（1984-），女，广东高州人，本科，中学一级教师，研究方向：物理课堂教学.

科学思维是物理学科核心素养的核心内容，培养学生的科学思维是物理新課程标准育人的一个重要体现.在美国，思维能力被学者们划分为高阶思维能力（high order thinking skills）和低阶思维能力（lower order thinking skills），并且学者们认为教师应当创造良好的学习环境帮助学生发展高阶思维能力，学生的高阶思维能力应在学校教育中得到强化.与国外低、高阶思维能力理论相匹配的是，我国的《普通高中物理课程标准（2017年版）》将科学思维划分成5个水平层次，并详细描述了不同水平层次的思维发展的相应进程.

复习课是物理教学的重要课型，一节好的复习课，不能简单地罗列知识，重复旧课，更重要的是能在复习中加深学生对知识的理解，学生在分析、推理的过程中，能迅速鉴别问题的特殊性，从题干中发现有价值的因素，确定解题方法.

现以复习课“电路的故障”为例，探讨在初三复习课中如何分层次设计题目，以问题为阶，引导学生由点到线、由线到面，实现认知整合，促使学生思维水平的逐层提高.参考《普通高中物理课程标准（2017年版）》中思维水平的划分方法，又考虑到电路故障对初中学生是难点，故笔者以最简单的串、并联电路的开路、短路为阶，将其设为思维水平的起点（水平1），针对第一轮复习课学生的认知特点及其学习水平，确定思维水平的终点（水平3），本课的思维水平划分见表1.

1 创设丰富情境引发思想碰撞，设置合适学生思维水平的起点

人脑对科学事物的反映和认识，需要在形成正确的物理观念的基础上，积累大量的知识和经验，从低水平思维层次向高水平思维层次逐步发展.因此笔者用生活中的电路故障引入新课，引导学生从物理情境走进物理知识，再设置明确的复习引导（见表2）和低思维水平的习题，通过层层深入的设问，由“什么是开/短路”，到“在串/并联电路中如何开/短路，对其他用电器有什么影响”，逐层引导学生深入思考总结.这样，学生能有效地调用已有知识解决简单的物理问题，从而为后面的主动建构新知识打下基础.因此，这个环节中的思维引导和习题不宜设置太多障碍，题意描述尽量简洁清晰，有引导性.

事实上，再简单的电学故障对部分学生来说，处理起来也是有困难的.因此，我们要正视学生思维水平发展不均衡的客观事实.在实际教学中，如果整体水平较低，我们可以采用标注电流流向或者实验的方法，给学生更明确的引导，因为只有让学生对短路和开路有正确的理解，后续难度更大的教学才能有效推进.

思维水平发展启示：由于串、并联电路用电器的连接方式不同，所以当其中的某个用电器发生开路或短路时，在不同电路中对另一个用电器的影响是不同的.学生通过对故障的分析，能用简单的语言总结开路和短路的特点，也就是达到思维水平1的要求.对初中生而言，在概念的基础上，通过标注电流流向的方法来分析开路和短路的难度并不算大，以此设为思维水平的起点是合适的.同时，区分开路和短路现象，以及对比在不同的电路中发生开路和短路的区别，可以提高学生的分析能力，实现从理解到分析的进阶逐步向思维水平2递进.

2 逆向思考，理清错接电表与开路、短路的联系

与思维水平1简单、正向的分析不同，思维水平2要求学生在熟悉的问题情境中应用常见的物理模型分析和推理，在本案例中，要求学生能用已有的物理知识解决熟悉的问题.大部分学生对于电流表和电压表的连接方法是死记硬背，想让学生理解电流表要与被测电路串联、电压表要与被测电路并联的本质原因非常困难.在教学中，笔者通过设问“为什么电流表只能串联”，引起学生的思考和讨论，再问“假如电流表与被测量的灯泡并联，灯泡会发光吗？电流表如何偏转”，引导学生逆向思考，进而设计实验验证，或者经过分析、推理得出结论.基于学生的惯性思维，教师引导时要充分，给学生的思考和讨论时间要充足，也可以让学生动手实验，先观察到实验现象再通过画等效电路的方法（见表3），把电表的错接和开路、短路联系起来，让学生学会多角度思考、总结.

思维水平发展启示：虽然电流表和电压表的使用方法一般学生都清楚，但学生知其然却不知其所以然.因此，当遇到如2015年广州中考物理卷中，交换电流表电压表的位置时会出现的现象的问题时，学生得分率是较低的.通过本节学习，学生经历了逆向思考、假设，再经过推理，加深学生对电流表和电压表本质特点的认识，通过对比，达到区分电流表和电压表的本质的目的，培养学生批判性思维.同时，设计错接电表反常规的实验，培养学生逆向思维.

3 统筹重、难点，把握思维水平的终点

审视近10年的初中物理中考试题，难度系数较大一点的题目需要学生在常见的但又相对复杂的情境中提炼要点，需要学生有一定的分析和推理能力.结合中考高频考点，以及初中生思维发展水平，透过灯不亮的表象，分别从开路和短路两条线索进行引导，分析电路中可能存在的故障，把握合适的思维水平终点，既能顺利提高学生思维水平，又避免给学生带来不必要的过高思维负担.

在实际教学中，多数学生对于这个高频出现的电路图不能有机统一地联系到已学的四个探究实验中.

因此笔者先让学生回忆本电路适用的探究实验，进一步引导，如果把灯泡换成电阻还可以进行哪些探究实验，这样学生能对已有知识进行初步的糅合，为后续探究打下基础.接着让学生逆向设置非正常工作电路，检验导致灯泡不亮的可能原因，并用思维导图引导学生把观察到的现象填写下来（见表4），学生通过实验和分析推理，最终形成开路和短路两条导致灯不亮的明显线索.在实际教学中，還可以根据课堂实际，画等效电路图对故障原因做进一步解释.

思维水平发展启示：引导学生调动已有的知识储备，揉合多个相关实验、寻找共同特点，培养学生整合知识的能力，学生在解决问题的过程中，学会一题多变、多题归一，并从中发现规律，实现思维水平由记忆、理解到分析的逐层提高.学生学会用等效电路逐步简化电路，分解难点，培养学生逻辑思维能力;再通过比对灯泡短路和断路对电路的影响，综合得出结论，提高学生论证能力.

运用物理知识解决实际问题能力高低，常常取决于学生对情境和知识的联系能力，学生需要将情境转化为物理条件，发掘隐含的物理内容.对“电路故障”思维引导时，学生首先通过简单的分析，区分开路和短路;接着，把电流表、电压表错接与开路、短路联系起来;最后，通过对中考的高频电路的故障分析，得出开路和短路两条思维线索.每个环节最后都落回开路和短路这个根本点，加深了对概念的认识，明确了电路发生两种故障时的区别，还能加深理解两种电表区别与联系的理解.在教学过程中，通过引导学生进行假设，逆向思考问题，可以顺利实现学生的科学思维从低水平的记忆、理解和应用向高水平的分析、评价和创造的发展.因此，教师应设置合适的科学思维层次，通过课堂教学，让不同层次的学生思维水平均能得到发展，进而提高学生学习物理乃至学习科学的能力，为学生终身学习和发展打下坚实的基础.

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（收稿日期：2021-04-07）