思维进阶视阈下物理模型学习引导路径探索——以“质点”模型教学为例

楼松年

（浙江金华第一中学，浙江 金华 321015）

在教学实践中，教师依据教材的知识体系进行教学设计是常态，以知识框架掩盖学生思维发展框架的现象较为普遍.对物理学习过程中学生思维发展的认识不足，针对不同思维水平的学习过程涉及不多，以思维为主线的教学往往处于低水平状态.因此，依据学生思维发展规律，有针对性地通过多种方法培养思维能力，促进学生的思维结构、思维技巧、思维品质和思维方式向高层次发展，实现思维能力的进阶，是提高物理学习力、理解力和应用力的可行路径.

建构主义理论认为，基于“最近发展区”的教学设计才是有意义的，思维进阶的关节点在于“最近发展区”.陶西平认为思维进阶课堂应立足于改善学生思维品质，提出培养学生“思路”而不是“套路”的新型课堂设计是提高思维品质的途径.为此，以学生思维发展为主线的物理教学，应营造有效问题情境，实现学生思维的自主建构；通过渐进的任务驱动，实现思维向深层发展；通过问题解决，实现思维层面的深度对话；通过创新应用，实现物理思维能力向高阶发展.质点模型具有很高的抽象性和概括性，对学生的思维水平提出了很高的要求，强调突出问题的主要因素、忽略次要因素，体现问题的本质，建立理想化的物理模型.如何将传统教学中学生对于知识学习普遍存在“接受—理解—巩固—解题”的现象，转变为“参与—体验—内化—外延”的学习模式，本文尝试从思维引导的视角对质点模型教学设计进行一些探讨.

1 基于思维进阶的物理模型教学特征与路径优化策略

1.1 思维进阶的特征和障碍

高中阶段物理思维发展，有这一年龄段的普遍特征.通过分析思维发展水平的提高过程，发现学生思维层级上有从低阶向高阶逐步发展的特征，表现在思维结构上从单点向多点、由多点再向关联、由关联再向拓展抽象的进阶；在思维方式上，由形象到抽象、由线性到非线性、由正向到逆向的转变，学生思维受知识生成过程的影响，其思维进阶的过程表现为迁移复制、要素转换、时空转换的发展过程；在思维品质上，需要学生的思维在深刻性、广阔性、敏捷性、灵活性、批判性和独创性的不断进阶，表现出思维的速度和质量上的不断变化，对思维方法的掌握、对问题分析的敏锐度的提升有重大影响.由此可见，学生物理思维能力是逐级进阶的，且会在关键点形成思维水平的明显差异.

影响学生思维发展有以下主要障碍，其个体差异表现得比较明显.对思维影响显著的主要有：流畅性障碍，表现为从生活中的实际问题抽象概括出物理概念能力、建模能力较弱，图文信息获取、分析与应用流畅性不足；灵活性障碍，受固有经验程式的影响大，在要素、时空变换上，变通思维、发散思维、创新思维的灵活性差而影响思维能力提升；审辨性障碍，对要素运用、正向逆向思维程序的转变、已有经验的反思与校正影响思维的进阶.

依据思维进阶路径的物理学习过程，是在及时准确评价学生思维层级基础上的思维发展规划，是基于大班授课的现状以及学生个性差异的现实，在尊重学生思维发展客观规律的前提下，使学生思维发展过程外显并可测的最优选择.因而高中物理思维能力的培养，要综合考虑物理学科学习特点、学生思维发展阶段特点和个性差异，以实现思维进阶的路径优化.

1.2 思维进阶的物理模型教学路径优化策略

传统的物理模型教学主要是直接传授式的，语言简洁直白，并未充分考虑学生思维能力的培养.而物理模型的建立与得出正需要学生大量的思维、归纳、总结等活动，是提升学生科学思维的良好载体.鉴于高中学生思维发展是螺旋式上升的这一理念，物理模型的教学需要基于思维进阶渐次推进.教师要以学生为主体，采用导引式方法培养学生主动建模能力，在教学中设计系列建模活动的踏脚点，引导学生拾阶而上主动参与物理模型的构建.其具体教学流程如图1所示.

图1 思维进阶的物理模型教学流程图

思维进阶的物理模型教学主要包括问题情境、模型建构、模型检验、模型分析、模型应用等环节.［3］首先利用具体情境，提出问题，引导学生进行思维抽象，概括建立起相关模型.其次，在模型初步建立的基础上引导学生用初始模型解决新问题进行思维辨析，进一步发现初始模型的不足，再引导学生主动修正和改进模型.再次，应用图片、视频、动画等引导学生进行模型的分析，明确模型的组成要素、基本结构、适用范围等，提高学生对模型的认识和理解，这是思维深化的过程.最后，呈现综合化的创新情境，引导学生用已有的模型去解决问题，实现物理知识的整合与融会贯通，在脑海中形成完整而全面的模型建构与应用的新图景.

这一系列建模教学过程通过思维的抽象、辨析、深化和创新，完成了学生学习活动中的概括、论证、总结与拓展等环节，实现了思维进阶，立足培养学生思维能力和思维品质.

2 指向思维进阶的质点模型教学实施

“质点”模型是高中物理的第一个理想模型，也是物理学核心概念之一，该模型的学习是学生后续学习物理的基础，其渗透的科学思维是高中阶段重要的物理思维，并贯穿整个高中物理学习全过程.

2.1 创设情境，激疑引思

用图片、图示、视频等方法营造探究情境能有效引导学生从直观思维上升到抽象思维，可以让学生在简单直接的因果关系思考中开阔思路，形成共同的认知.通过角色扮演模仿机器人跳舞和系列设问，有目的地创设学习情境，有利于学习初级阶段的“问题发现”，使学生思维从单点向多点“发散”，具体设计见表1.

表1 “质点”模型教学之“问题情境”教学设计

2.2 任务驱动，建构模型

任务驱动学习，是促进思维进阶的可行途径，根据奇克森特米海伊（Mihaly Csikszentmihalyi）的沉浸理论（Flow Theory），学习任务要兼顾挑战与技能的平衡，挑战过低，则缺乏兴趣，挑战过高，则容易使学生产生焦虑和挫败感.奇克森特米海伊认为沉浸是学习者的最佳学习状态，能够使学习者忘记疲劳，获得满足感.根据思维发展过程，设计层级型、开放型和自助型任务，可以引导学生思维向高阶发展.采用任务型或项目性学习，要兼顾学生能力，重点在于让学生主动思考和积极行动，及时对学生完成任务情况进行评估和调整.在完成任务过程中，通过调动学生全身心参与，获得真思考、得到真体验，通过阶段目标的实现获得满足感、享受快乐学习.在阶段任务完成后，追加新的任务，让学生的思维不断深化，从而促进思维向深度发展，具体设计见表2.

表2 “质点”模型教学之“模型建构”教学设计

图3 情境1：高铁调度中心

图4 情境2：列车实时位置显示APP

2.3 分析论证，检验模型

教师要发现并引导学生突破问题的关键节点，以问题为核心构建师生对话、生生对话、生本对话，在问题解构中实现知识迁移，逐步形成自主思维能力.基于问题情境引导学生灵活地进行分析论证，使学生形成并认证自己的观点，有利于其形成对物理概念的适用条件、内涵和外延的深度认知，摆脱知识体系和方法体系的束缚，逐步形成审辨思维能力和创造思维能力.在教学中，教师既要创设适合的问题场景和平等学习的氛围，从学生的视角引领审辨思维的形成与发展，逐步形成多角度辨析和严密论证的思维习惯，以“问”引“思”.如针对本节教学中的关键点“是否大的物体一定不可以视为质点，小的物体一定可以视为质点？”可以借助比值计算，同时把列车、地球、病毒3个探究情境进行“纵向看”、“横向看”的对比分析，依据学生思维发展轨迹，及时发现并给予帮助，有助于学生思维水平的提升，具体教学设计见表3.

表3 “质点”模型教学之“模型检验与分析”教学设计

2.4 质疑创新，应用模型

不同学生的物理思维发展受自身经验、知识结构、理解程度和思维方法等因素影响，在物理逻辑思维、建模思维和创新思维上存在明显差异.根据学生思维差异特点，组建合作学习小组，在交流合作中凸显个性魅力，发挥特长，实现思维水平的整体提升.在合作学习教学组织中，要有明确任务主线，新颖的组织方式和即时的评价手段，防止无效合作.同时，在合作学习中，要注意不同思维角度的引导和学生思维个性的彰显，通过倾听、思考、交流和展示使学生思维外显可视.

图5 陀螺和弹簧

3 实现思维进阶的路径模型

以高阶思维养成为目标的物理学习过程引导设计，通过情境变换、任务递进、问题探究和创新实践等途径，以课堂为主阵地的同时，将物理能力成长过程延伸至学生生活的全时域，基于学生思维发展逻辑，以思维发展必须的体验与经验为支点，寻求最佳教育时机，引导学生思维结构、思维品质、思维方式和思维技巧向高层发展，形成系统的思维培养方法（如图6）.通过针对性的教学设计，强化理解能力、推理能力、应用数学解决物理问题能力以及分析综合能力.在教学中，综合考虑学生学习的整体特征和个性差异，通过不间断的跟踪评价，灵活选择引导方法，使思维发展主线更加突出，思维发展途径更加高效.为解决学生思维能力困境，教师需要在现代教育理论支撑下，在教学实践中不断探索，不断完善.

图6 思维进阶路径引导模型

表4 “质点”模型教学之“模型应用与创新”教学设计