高中物理教学中引导学生进行深度学习发展高阶思维的尝试

王充

摘要：高阶思维能力的培养是开展高中物理教学的核心任务，以往学生学习高中物理知识时，仅仅是进行理解学习，这种浅层学习的方式致使学生的高阶思维无法得到发展。深度学习则能够在浅层理解学习的基础上将物理知识迁移，形成新的知识，并融入物理知识结构之中，从而促使物理高阶思维的发展。因此，本文将结合高中物理实际教学，从高阶思维与深度学习之间的关系着手，对引导学生进行深度学习发展高阶思维的方法进行探究。

关键词：高中物理 深度学习 高阶思维

高中物理是一门逻辑性、抽象性比较强的学科，要求学生具备高阶思维，构建完善的知识架构，因此，高阶思维的发展与培育也成为高中物理教学的一个重要目标。在以往开展高中物理教学中，教学的主要任务是使学生掌握书本知识，并通过书本知识解决物理问题，导致在常规教学模式下，学生只是对书本中的浅层知识进行学习，虽然能够利用所学物理知识解决一些简单的物理问题，但对于一些逻辑性、抽象性非常强的物理实际问题，便会无从下手，这说明学生的思维属于低阶思维，对于一些逻辑分析、归纳总结的物理问题无法有效应对。通过深度学习则能够将物理知识进行横向和纵向延伸，使学生的思维得以发散，提升逻辑思维能力和工具思维能力，使一些有难度的物理问题得到有效解决。但深度学习与物理高阶思维之间存在何种关系，教师如何引导学生开展深度学习，从而使高阶思维得到有效发展，是当前高中物理教学亟待解决的问题。

一、深度学习与高阶思维的关系分析

（一）深度学习的内涵

深度学习这一概念源于人工神经网络的研究，人们在研究人工神经网络时，曾对人脑的深度学习进行阐述。所谓深度学习指的是基于理解学习的条件，带有批判性地将所学习的新知识融入原知识架构中，同时能够将自身掌握的知识迁移至新情境之中，从而做出决策，并能够有效解决学习过程中出现的各类问题。由此可见，深度学习是一个由感性到理性的认知过程，能够对学习的浅层知识进行升华，使之得到迁移和延伸，并融入知识体系之中。高中物理学科的知识体系比较完整，各部分知识内容之间的关联性比较密切，要求学生通过批判的方式掌握新知，从而能够通过深度学习逐渐完善物理知识体系。

（二）高阶思维概述

高阶思维往往出现在较高认知水平层次上，是一种高层次的心智活动和认知能力。美国哈佛大学心理学教授珀金斯（D.Perkins）表示：人的常规思维就像普通行走一样，是人与生俱来的能力，而高阶思维就像是百米冲刺赛跑一样，是一种技巧和技术层面的能力，需要通过专业的训练才会获得。高中物理知识具有较强的系统性，从人教版新教材内容中便可了解到，物理学科注重理论结合实验，重视培养学生的思维能力。从物理思维体系架构来看，可将物理思维划分为表述性思维、逻辑性思维及工具性思维。其中表述性思维主要包括时间、对象、空间、数量等常规内容，属于初阶思维；逻辑性思维包括对比分析、归纳总结、推理论证等内容；工具性思维则包括表格、图像、计算以及流程等内容。逻辑性思维和工具性思维均属于高阶思维。

（三）深度学习与高阶思维的关系分析

深度学习是在理解学习的基础上开展的，即学习和掌握初阶物理知识是深度学习的起点，深度学习需要掌握这些初阶物理知识，对知识进行延伸，并促使知识实现网格化、思维方式实现逻辑化，全面拓展学生的物理思维，使学生的物理思维由表述性思维升华到逻辑性思维和工具性思维，通过全面、熟练掌握物理知识，对物理问题采取分类对比、归纳总结、推理论证等逻辑思维方法予以解决，甚至可以通过图像、表格以及科学计算方法高效解决物理问题。由此可见，深度学习能够促进学生物理高阶思维的发展，可作为学生高中物理学习的一种方式，具体开展仍需要教师引导，通过教师引导，学生能够有效开展深度学习，从而使自身的高阶思维得以发展。

二、基于深度学习的高中物理高阶思维引导方法

从上述内容中可以了解到，通过深度学习有利于促进高中物理高阶思维的发展，但教师还需要采取有效的引导方法促使学生通过深度学习来发展高中物理高阶思维。具体引导方法如下：

（一）引导学生建立高阶思维发展目标

若要使学生通过深度学习发展高中物理高阶思维，首先需要对学生展开目标引导，使学生建立发展高阶思维的目标。高阶思维发展目标具体包含思维水平层级目标和思维要素目标。在引导学生进行深度学习时，思维水平层级目标设定可以根据学科内容的特性，并应用知识的批判性和创造性来设定。教师可根据低阶思维与高阶思维各自的内容进行引导，从上述内容中可以了解到，低阶思维主要是表述性思维，即物理学科中出现的时间、空间、数量及对象等一系列常规内容，高阶思维主要为逻辑性思维和工具性思维。因此，可以结合高中物理教材内容引导学生建立高阶思维发展目标。

例如，在教学人教版高二物理选择性必修第一册“机械振動”一章中的简谐运动时，可采取引导的方式使学生自主探究简谐运动。在开展引导教学时，可以设置如下问题引导学生进行自主探究。

（1）通过弹簧振子做简谐运动时，可以获得哪些物理量？（振幅、周期和频率等）

（2）小球在做简谐运动时，其振幅、周期及频率有何特点？

（3）如图1所示，弹簧振子的平衡位置为O点，在B点与C点之间做简谐运动，两点之间的距离为20 cm，小球经过B点时开始计时，经过0.5 s首次到达C点，是否能够画出小球在第一个周期内的x-t图像？

（4）问题（3）条件下求出5 s内小球通过的路程以及5 s末小球的位移。

从上述引导问题中可以了解到，问题（1）和问题（2）属于基础知识内容，包括物理量及其表现的特点，此类问题通过表述性思维便可以将其解决，可结合课本中所涉物理量相关的概念和知识点将问题予以解决；而问题（3）和问题（4）则属于计算、分析等相关内容，需要通过逻辑性思维和工具性思维这类高阶思维来解决问题。学生在掌握基础知识的条件下，通过教师引导向深层次方向迈进，从而使学生了解什么内容是在高阶思维层级范围内的，进而使学生能够确立高阶思维发展目标，通过自主探究向该目标迈进。

（二）通过情境素材引导学生发展高阶思维

对于高中物理课程内容而言，其中很多物理知识与日常生活密切相关。这些日常生活事件可以作为教师开展情景引导的“活素材”。在引导学生深度学习中，为了与知识主体相契合，教师必须对情境素材进行选择，选择一些贴合生活实际的情境、富有逻辑性的情境、能够吸引学生注意力的情境，从而激发学生开展深度学习的热情。教师在对情境素材进行引导时，应该将引导意图放在学生直觉思维、对比思维的养成方面，从而激发学生的计算和推理等高阶思维。

例如，在教学人教版高二物理选择性必修第一册“机械波”第三节波的反射、折射和衍射时，可以结合学生生活中的一些常见情境作为情景素材开展引导教学。可以引用教材中“练习与应用”中第2题的情境，将学生引导至高阶思维的训练之中。设置的情境为：操场上的喇叭正在播放音乐，有高音也有低音。走到离操场不远的教学大楼后面，听到喇叭播放的音乐声有所减弱。是高音还是低音减弱得更加明显一些？为什么？

该情境需要学生通过之前所学的课内知识进行分析和解答，学生通过掌握之前学习的基础知识能够了解到：高音的频率通常比较高，但波长却比较小，不容易绕过高楼产生非常明显的衍射，相反低音频率比较低，其波长也相对较大，很容易绕过高楼产生明显的衍射，因此得出问题的结论，即高音减弱得比较明显。通过该情境的设置，能够使学生掌握频率与波长之间的关系，了解衍射相关知识点，将这些知识内容灵活地应用到创设的情境之中，使学生通过逻辑分析的方法解决实际问题，从而有效掌握高阶思维的运用方法，并锻炼学生高阶思维的能力，促进学生高阶思维发展。

（三）按照思维路径趋向进行设问引导

每一种思维有其路径趋向，高阶思维也不例外，在对学生的高阶思维进行培养时，需要按照其思维路径趋向按部就班地进行培养，从而使学生的高阶思维得到有效发展。在此过程中，教师可以结合高中物理课本中的某一主题相关的各类要素，精心预设出环环相扣、逻辑严密的问题集群，通过将问题逐渐深入的方式引导学生高阶思维的发展。可以采用“七步追问法”来完成问题集群的设置，并结合高中物理课本教学内容合理设置问题。

例如，在教学人教版高二物理选择性必修第二册“安培力与洛伦兹力”一章中的“质谱仪与回旋加速器”一课时，可以结合教材内容设置问题集群。具体设置内容如下：

第一步：应该如何加速带电粒子（提出研究对象）？

第二步：如何使得带电粒子能够在电厂之中获取更大的速度（即表明对象所处空间）？

第三步：通过直线加速器对带电粒子加速会存在哪些优劣之处，对于其缺陷产生的不良影响如何规避（影响因素）？

第四步：带电粒子于D形盒中被加速之后，回旋周期和回旋半径会产生变化吗（物理量分析、物理状态分析）？

第五步：如果两个D形盒之间的狭缝仅接通直流电源，则带电粒子是否能够每次均被加速（设置辩证分析内容）？若要使粒子一直处于被加速状态，所施加的电压要求如何（追加分析）？带电粒子最终获取的动能受哪些因素影响（继续追问）？

第六步：带电粒子处于狭缝中加速的时间能否将其忽略？如果不可将其忽略，将会如何影响后续运行（思路和辩证）？谈一谈本章所学习的回旋加速器的优点及缺点（总结和评价）。

第七步：能否只从理论层面将回旋加速器的优化方案制订出来（方法、思路以及创造）？

教师通过设置上述问题集群可以逐层引导学生进行主动思考，学生通过自主探究式的逐层深入学习，能够从浅层问题向深层问题进发，从而掌握逻辑分析、总结评价、辩证思考的方法，对于学生高阶思维的培养和发展能够产生一定的作用。

（四）借助思维导图构建逻辑网络

教师在引导学生开展深度学习时，应该借助当前比较常用的思维工具来促进学生高阶思维发展。教师可以使用一些图文并茂、形象、直观易懂的思维工具来引导学生对物理知识进行深度学习，使学生理解知识与知识之间的逻辑关系以及思维要素得以生成，从而有助于学生构建物理知识的逻辑网络。目前，对于物理教学而言，思维导图是一种比较常用的思维工具，通过这种思维工具能够将某一章节的物理知识全面地呈现给学生，并且章节中各知识点之间的逻辑关系一目了然，更加有助于为学生提供灵活、便捷的方法，助力其开展深度学习，从而有利于学生发展自身的高阶思维。

结语

教师在开展高中物理教学时，应该掌握深度学习与高阶思维发展之间的关系，并发挥教师的引导作用，积极引导学生进行深度学习，从而推动学生高阶思维的养成和发展。本文从建立高阶思維发展目标、情境素材引导、开展引导设问以及运用思维工具四个方面对学生深度学习发展高阶思维的方法进行探讨，结合新版教材的教学内容，对发展学生高阶思维具有一定的作用。但具体采取的方法不仅仅局限于以上四种方法，这些方法在实际运用时，还需要将物理理论知识与深入实践学习相结合，以切实发挥这些方法的作用。

参考文献：

[1]徐艳.在高中物理教学中促使学生开展深度学习的策略探究[J].教育界，2022（2）：38-40.

[2]刘海菊.基于深度学习的高中物理课堂构建探析[J].数理天地（高中版），2022（8）：53-55.

[3]廖燕宾，黎华林.基于UbD理念促进深度学习的高中物理教学设计——以粤教版“牛顿第二定律”教学为例[J].中学课程资源，2022，18（3）：39-41.

[4]万小建.高中学生物理深度学习的间接兴趣及其培育[J].教学与管理，2022（1）：63-65.

[5]邱仁和.深度学习视域下的高中物理教学策略探讨[J].中学理科园地，2020，16（1）：38-39.

责任编辑：唐丹丹