培养高阶思维 提升核心素养

摘 要：在物理学科核心素养的四个要素中，科学思维是核心素养的灵魂。在物理课堂教学中，教师应充分重视学生高阶思维的培养，以促进学生科学思维的发展。本文以“探究加速度与力、质量的关系”为例，探讨教师如何在课堂教学中培养学生高阶思维，确保物理核心素养在课堂教学中得以落实。

关键词：高阶思维；核心素养；牛顿第二定律

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）中指出：高中物理课程旨在落实立德树人的根本任务，进一步提升学生的物理学科核心素养，为学生的终身发展奠定基础；引导学生经历科学探究过程，体会科学研究方法，养成科学思维习惯，增强创新意识和实践能力。［1］

如何在课堂教学中落实《课程标准》的要求，是广大一线教师需要深入思考的问题。教学改革要求教师在课堂教学中不仅要传授知识，还要教授学习方法，引导学生积极思考，培养学生能够辩证看待问题和有效解决问题的能力。思维能力的培养是提升学生核心素养的核心，也是课堂教学的核心目标。通过精心设计教学活动，教师可以有效地培养学生的高阶思维能力，从而提升学生的核心素养和解决实际问题的能力。

1 高阶思维概述

1.1 高阶思维的定义

本杰明·布鲁姆（Benjamin Bloom）等教育心理学家根据认知的复杂程度，将思维过程具体化为六个教学目标，即学生在学习过程中需要掌握的六个类别的行为表现，由低级到高级分别是记忆、理解、应用、分析、评价、创造。其中，记忆、理解和应用通常被认为是低阶思维，而分析、评价和创造则被认为是高阶思维。因此，高阶思维是指发生在较高层次认知水平上的心智活动或认识能力，是高阶思维能力的核心，包括问题求解、决策、批判性思维和创造性思维等方面。

1.2 培养高阶思维是提升学生核心素养的途径之一

高阶思维能力是一种注重高层次思维水平的综合能力，是当代社会学习者生存与发展的关键技能，与我国课程改革的要求和目标相吻合。通过对比《课程标准》中列出的物理学科核心素养中的“科学思维”和“科学探究”相关内容［2］（如图1所示）与高阶思维能力指标体系中的“高阶思维倾向”和“高阶思维能力”相关内容（如图2所示），可以发现两者之间有许多内容是相互融合、相互关联的。因此，培养学生的核心素养，关键在于发展学生的高阶思维能力，这包括对学生思维习惯的培养、思维能力的提升以及思维品质的优化。

在物理学科的课堂教学中，教师应有意识地设计教学内容来激发学生的学习兴趣，将知识传授与学习方法的教育相结合，帮助学生不仅掌握知识（授之以“鱼”），还能在技能、方法和思维等方面得到提升（授之以“渔”）。这种教学方式对学生来说，是终身受益的。

1.3 培养高阶思维是提升学生在高考中解决问题的能力水平的途径之一

《中国高考评价体系》根据高考的特征，将知识获取能力群、实践操作能力群、思维认知能力群这三个方面关键能力的发展水平作为主要考查内容，以区分学生综合能力水平的高低，引导基础教育对学生综合能力的培养。［3］因此，在教学过程中，重视对学生高阶思维的培养，不仅有助于提升学生解决问题的能力，还能帮助他们在高考中展现出更高的解题水平。

2 培养学生高阶思维的教学设计下文以人教版高中物理必修第一册第四章第2节“实验：探究加速度与力、质量的关系”为例，分析教师在课堂教学中如何通过教学设计来培养学生的高阶思维，提升学生的核心素养。

2.1 教学片段1：新课引入——思维的起点

爱因斯坦曾经说过：提出（发现）一个问题往往比解决一个问题更为重要。让小车在平板上由静止释放，小车在平板上开始运动（如图3所示），请你认真观察实验，看看你能提出哪些有价值的问题？

这样的课堂引入有点出人意料，一个简单的运动能有什么好思考的？又能提出什么问题？不要小看了学生的智慧，学生经过深入的思考，提出了如下一些问题。

问题1：小车为什么会运动？

问题2：小车的运动是否是匀加速运动？

问题3：小车运动的加速度是多少？

问题4：小车为什么会做加速运动？

问题5：小车的加速度与哪些物理量有关？

……

在每一个简单问题的背后，都蕴含着某种物理知识和规律，也蕴含着力和运动的观念。这些问题都是学生经过思考分析后提出来的，是学生思维的起点。

2.2 教学片段2：建构思维导图，搭建知识框架——知识的逻辑关系

从大单元的视角来看，章节的各个知识点之间存在着紧密的逻辑关系，这有助于学生建构一个完整的大单元知识体系，而非孤立的知识点。这样的学习方式可以帮助学生从更高的视角理解知识的内在联系和含义，从而增强他们的学科素养。

在本节讨论力与加速度之间的关系之前，力和加速度是两个相对独立的知识点，两者之间没有交集。学生对于描述运动的物理量与描述力学的物理量之间联系的认识，往往停留在感性的认识层面，缺乏理性的深入分析。因此，帮助学生建立运动学与力学之间的联系，提升学生的物理观念，是本章教学的重点内容之一。为了更有效地实现这一目标，可以建构如图4所示的思维导图。

2.3 教学片段3：实验方案的设计——问题串引导下的思维的培养

问题1：要探究三个物理量间的关系，我们可以采用什么方法呢？

问题2：在实验中需要测量哪些物理量？

问题3：如何测量这些物理量？

问题4：在测量时可能会遇到什么困难？

问题5：你准备怎样解决这些困难？

让学生根据刚才的讨论，利用桌上的实验器材，设计合适的实验方案进行实验。

自主设计和探究活动对学生的能力有较高的要求，需要学生能够运用所学知识，在充分理解的基础上，进行有效的分析、思考、判断、评价和创造。这些活动是培养学生思维能力的有效手段。然而，当前许多探究活动往往流于形式，成为“速成探究”而非真正的科学探究，有形式但是效果不佳。［4］主要原因在于，科学探究过程中缺乏学生的思维参与，学生未能形成自己的思考，而是被动地跟随教师的指导进行“探究”，导致学生思考的时间和空间严重不足，难以实现自主探究和交流合作，这种做法实际上是将高阶思维转化为了低阶思维。因此，在教学中，教师应当充分体现学生的主体地位，将课堂的主动权交给学生，关注学生学习的非智力因素，激发学生的学习兴趣和学习信心，培养学生良好的思维习惯，从而提升学生的创造力。

2.4 教学片段4：平衡摩擦力的处理——思维的提升

本节内容的一个难点是“平衡摩擦力”。教师需要帮助学生明白并理解在实验中需要进行平衡摩擦力的操作。如果教学活动以教师为主体，学生只是被动地接受，学生的学习效果会受到影响，导致学生在后续学习中不能灵活调整实验方案。例如，在气垫导轨上进行该实验时，就不需要平衡摩擦力；使用替代法进行实验时，也不需要事先平衡摩擦力。

因此在教学设计中，教师应将这一问题情境转化为学生能够自主发现、分析并解决的情境，以此训练学生的辩证性思维和批判性思维，促使学生在思维的碰撞中实现成长。

在教学中，教师不必急于设计和讨论这个问题，而是应该让学生充分发挥他们的想象力。当学生在没有平衡摩擦力的情况下进行实验时，可能会得到如表1和图5所示的结果，这恰好是学生思维成长的一个突破口。教师可以让学生对图像进行分析，并思考能得出什么结论。讨论描点连线不过坐标原点的原因（是误差的原因还是实验原理不完善导致的）；探讨如何修正实验方案；利用修正后的方案再次进行实验，分析和处理实验数据，得出结论（如表2和图6所示）。在这样的教学活动中，学生通过深入思考、设计方案、小组讨论、交流合作、深入研究、修正方案、检验方案等思维活动，最终能很好地解决这个问题。在解决这个问题的过程中，学生的分析判断能力、交流合作能力、评价能力和创新能力都得到了很好的提升。

在物理课堂教学中，教师是“明白人讲得明白”，学生是“不明白人听不明白”，教和学之间会出现一定的“脱节”现象。这种现象产生的原因在于教师在传授知识的过程中，关注的重点往往落在教师的“教”上，而不是学生的“学”上，未能真正做到“蹲下来”、从学生的角度思考教学。因此，课堂教学需要从教师的立场和内容走向学生的角度，从学生的角度思考学生如何才能理解和掌握所学的知识。只有这样，教师在教学设计中才能提高教学的针对性、有效性，从而提升学生的学习能力和解决问题的能力，使教师和学生的思维在教学活动中共同成长。

2.5 教学片段5：mM的处理——适当的留白

本节内容的另一个难点是如何处理“悬挂物的质量m要远小于小车的质量M”这个条件。本节内容在学习牛顿第二定律之前，学生无法运用牛顿第二定律的知识来分析这个条件，因此，通常的处理方法是“这个问题现在还无法深入讨论，待同学们学习过牛顿第二定律后我们再来分析。”学生对这个问题的理解仅停留在实验条件层面，课后也不会深入思考或分析，这对于培养学生的思维能力并没有起到积极的引导作用。

在教学活动中，教师可以利用现有的实验数据（如表3所示）来设计：当悬挂物的质量不再满足远小于小车质量的条件时，所描出的点大多不会落在同一直线上（如图7所示）。让学生在课后思考为什么会出现这种情况？为什么这些点的连线趋势是向下弯曲的？这背后蕴含着哪些物理规律？通过这种方式可以建构一个“思维成长”的平台，为学生提供挑战自己思维的机会，鼓励他们在课堂之外主动探索、学会思考、掌握方法，从而提升他们的思维能力。

3 结语

教学目的不仅仅是要让学生知道“是什么”，更重要的是要让学生理解“为什么”，即理清概念、规律的来龙去脉。在教学活动中，教师应当鼓励学生多思考、多分析、多质疑，培养学生的问题意识，并引导学生学会分析、综合、评价，使学生的思维始终处于高阶思维的形成和发展状态，从而提升学生的核心素养。

参考文献

［1］［2］中华人民共和国教育部. 普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）［M］. 北京：人民教育出版社，2020：1-2，4-5．

［3］教育部考试中心. 中国高考评价体系［M］. 北京：人民教育出版社，2019：23-32．

［4］王高. 科学探究：思维不能缺席——对“牛顿第一定律”教学的深度思考［J］. 物理教师，2021，42（4）：18-20，25．

*基金项目：本文系江苏省教育科学“十三五”规划课题“基于‘科学实验影视资源育人价值’的物理教学创新研究”（课题编号：D/2020/02/103）的成果。