基于高阶思维培养的物理教学设计 丁美予，陈红君，陈留定摘 要：高阶思维培养一直以来是国家教育改革与物理学科教学的双重需求文章基于已有教学模式，提出“创设问题情境—巧用演示实验—小组合作探究—设置相关问题—建构知识网络”的教学设计流程，并以“法拉第电磁感应定律”为例进行课堂实践，希望以此为一线教师培养学生物理高阶思维能力提供启发与借鉴Key：高中物理;高阶思维;教学设计;法拉第电磁感应定律：G633.7 ：A ：1003-6148（2021）11-0028-42019年颁布的《国务院办公厅关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》中明确指出，深化改革高考命题，重点锻炼与考查学生运用知识分析和解决实际问题的能力，重视培育具备自主创新思维与实践能力的高中生根据《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》，物理学科核心素养的重要组成内容之一 ——科学思维，要求培养学生的批判性思维能力、创造性思维能力，以及在真实情境中的解决问题能力而批判性思维能力、创新能力、问题解决能力等属于高阶思维能力的范畴，可见，“如何有效培养学生的高阶思维能力”不仅是国家教育改革的方向，也是物理学科教学重点关注的内容。
因此，本研究主要结合“法拉第电磁感应定律”教学设计，探索如何将高阶思维能力培养真正落实到高中物理课堂教学中1 高阶思维1.1 高阶思维的内涵当前对于高阶思维的理解角度较多，如：布鲁姆教育目标分类视角、问题解决视角等本研究认为，高阶思维是一种发生在较高阶的认知心理水平层次上的心智变化活动或较高层次的心理认知能力在实践方面主要表现为学生在生活或学习中遇到难题时，整合已知信息，通过推理、判断得出解决方案的整个思维过程之中的能力具体由解决问题、决策制定、批判性思维以及创造性思维能力4个部分共同构成[1]1.2 基于高阶思维培养的教学模式1.2.1 已有教学模式当前培养高阶思维的教学模式主要有：第一，支架式教学，该模式通过创设生活化情境，引发学生求知欲，搭建脚手架引导学生持续思考，培养学生思考、分析与解决问题的能力[2];第二，抛锚式教学，该模式以具有悬念的问题情境——“锚”导入课堂，激发学生思考、猜想和探索，促进学生创造性思维的发展[3];第三，随机进入教学，该模式通过引导学生在所呈现的基本情境中实施小组协作学习，有利于学生全面掌握所学知识，提高自主学习能力[4]以上教学模式都强调通过创设情境与协作学习环节培养学生的高阶思维能力。
可见，良好的问题情境是发展学生问题解决与决策能力的前提，小组协作学习更是培养学生合作探究能力的有效方式但以上3种教学模式仍然存在一些不足之处：第一，3种教学模式培养学生的侧重点有所不同，不够全面，比如抛锚式教学注重培养学生的创造性思维，随机进入教学注重学生对知识的全面掌握;第二，缺乏对于所学知识的总结与梳理环节，缺乏对知识网络的建构;第三，缺乏将知识应用于实际问题的环节1.2.2 本研究的教学模式通过对已有教学模式的分析、借鉴，形成了本研究基于高阶思维培养的教学模式，该教学模式主要包括三部分：课堂导入、课堂讲授以及课堂小结，具体由五个环节构成，如图1所示2 基于高阶思维培养的教学过程及分析“法拉第电磁感应定律”是典型的物理规律课，是高中物理电磁学部分的核心内容，是对电场和磁场之间关系的深入认识，要求学生理解并掌握法拉第电磁感应定律，并通过实验探究法拉第电磁感应定律的建立过程，培养学生思考、探究与实践的能力但该部分知识较为抽象，以高中生已有的思维水平并不容易理解因此，以“法拉第电磁感应定律”为例，将本研究的教学模式进行应用与实践，以激活学生思维，培养学生独立思考、科学探究以及分析和解决问题的能力，进而发展学生的高阶思维能力。
2.1 环节一：创设问题情境，引发学生主动思考教师通过幻灯片向学生展示新款智能图片，简单介绍的发展历程，引出智能的新型充电方式——无线充电播放一段有关无线充电的演示视频，引发学生的学习兴趣，并以此为背景，创设问题情境：无线充电中的电流是如何产生的？引发学生思考无线充电的原理学生回顾电流的产生条件，发现在无线充电的过程中并没有电源的存在，从而产生认知冲突，激发学生对于“是什么产生了电流”的探究欲望，进而引入本节课的内容分析：该部分以学生经常使用、处处可见的智能无线充电技术为切入点，进行情境创设，进而使学生回顾电流产生的条件，形成认知冲突，充分调动学生主动思考的积极性，诱导学生对接下来要学习的新知识产生强烈兴趣和探究欲望2.2 环节二：巧用演示实验，激活学生思维教师引入新课后，使用教具进行演示实验（图2），分别将磁铁插入线圈和把静置圈中的磁铁抽出，让学生观察在这两个过程中产生的实验现象学生发现：两种情况下，灵敏电流计的指针都发生了偏转教师提出问题：在这个没有外加电源的装置中，灵敏电流计的指针为什么仍旧发生偏转呢？学生可能会感到疑惑，教师进一步引导学生思考：在磁铁插入或抽出线圈时，这个装置中什么发生了变化？学生经过思考，发现线圈中的磁通量发生了变化。
在此基础上，教师将其与电路中产生電流的条件进行类比分析，进一步总结得出感应电动势的概念分析：利用演示实验通过有效提问，激发学生思维，引导学生主动思考，逐步探索并理解感应电动势的产生原因通过亲眼所见、亲身体验的方式，让学生感知物理实验现象，充分调动学生的物理求知欲和思维积极性，促进深入思考，从而起到发展学生思维的作用2.3 环节三：小组合作探究，培养学生的创造能力教师提出问题：磁通量的变化量和感应电动势的大小存在怎样的关系呢？组织学生分组进行实验探究，具体步骤如下：（1）教师提供条形磁铁、线圈、灵敏电流计以及导线，学生自由分组，小组内制定实验方案;（2）学生小组合作进行实验，教师观察各小组的实验情况，并解答问题;（3）学生得出结论：条形磁铁插入线圈的速度快慢不同，单位时间内磁通量的变化量不同，即磁通量变化率■不同，感应电动势的大小就不同;（4）请各组学生上台演示实验并分析实验方案，其他小组对其进行评价教师结合每个小组在此过程中的具体表现，对各个成员自主学习能力、问题解决能力、创造能力等方面作出相应评价与反馈最后，教师与学生共同总结实验结论，得出本节课的重点内容——法拉第电磁感应定律：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，即E=n■。
分析：通过小组合作的形式，让学生自主设计实验方案，探究法拉第电磁感应定律的建立过程，使学生经历“发现物理问题、制定解决方案、实施方案、分析实验结论”的一系列探究过程，最终实现问题的解决，并从中获取物理知识，有效实现培养学生合作探究与交流、自主思考与探索、创造能力、批判能力、问题决策能力等除此之外，通过小组互评与教师评价相结合的方式，对学生在讨论、实验过程中表现出的思维能力进行评价与反馈，进一步促进学生思维水平的发展[5]2.4 环节四：设置相关问题，培养学生的问题解决能力教师引导学生回顾一开始提出的有关智能无线充电原理的问题，学生尝试运用已学知识对此作出解释：利用交流电使线圈产生了变化的磁场，磁通量发生变化，进而产生了电动势来给充电教师介绍生活中除了无线充电以外，还有很多科技也利用了同样的原理，并给学生留一个课后小作业“去寻找身边应用电磁感应现象的例子，下节课大家一起来分享一下”，启发学生将刚才所学的知识进一步应用于物理问题的实际解决中，提升问题解决能力分析：在教学过程中，通过对相关问题的解决，既能够有效实现学生对知识的深度理解与掌握，也能够进一步发展学生的高阶思维在本节教学设计中，通过对课堂导入问题的解决，引发学生对本节物理知识的进一步理解与应用，培养学生在日常生产与生活中应用所学物理知识分析与解决问题的能力[6]。
2.5 环节五：建构知识网络，发展学生的高阶思维教师让学生回顾并梳理本节课所学的“法拉第电磁感应定律”的相关知识，并用思维导图的形式呈现出来学生使用思维导图展示学习成果（图3），进行课堂总结，教师补充其不完整的部分，并对其认识不准确的部分作出反馈与纠正分析：在课堂小结部分，教师引导学生梳理本节课所学知识，围绕“法拉第电磁感应定律”这一主题，将本节课所学内容进行展开和细化，明确各个知识点的内容与其中的联系，形成本节内容的知识网络，构建思维导图在这一过程中，一方面可以锻炼学生对物理知识进行理解与分析的能力;另一方面通过思维导图也可以展示学生对于该部分知识理解的深度，以及分析和解决问题的整个思维过程这既有助于教师对学生思维水平的了解，也能夠进一步促进学生高阶思维能力的发展[7]3 反思与小结从教学方式上看，该教学模式采用了创设情境、演示实验、思维导图等多种方式相结合，丰富课堂教学形式，诱发学生学习动机，锻炼学生思维;从教学流程上看，该教学模式层层递进，从思考到合作探究，再到实践与应用;最后，以思维导图的形式进行总结，学生的思维水平在此过程中得到不断发展与提升因此，该教学模式对当前高中物理教师培养学生高阶思维的教学设计具有一定借鉴意义：第一，基于高阶思维培养的物理教学设计应该结合多种教学方式，丰富课堂教学形式，适当融入各种思维活动，发挥物理实验的优势，让学生在思考与探究中发展其决策能力、问题解决能力、创造能力;第二，基于高阶思维培养的物理教学设计应该注重实际物理问题的解决，只有学生将物理知识真正应用于实际生活或科技问题情境中时，学生对于物理知识的理解才能更加深入，学生的问题解决能力等物理高阶思维能力才能得到进一步提升[8]。
Reference：[1]丁美予，陈红君.物理高阶思维能力的内涵及其认知表现层次研究[J].中学物理，2020，38（21）：2-4.[2]徐勇.“支架式教学模式”在初中物理教学中的应用例析[J].中学物理教学参考，2015，44（10）：21-23.[3]陈冠群，黄树生.“抛锚式教学”在物理课堂实验中的尝试[J].上海教育科研，2014（03）：89-90.[4]吴俊生，詹伟琴.随机进入教学法在物理教学中的应用——以“摩擦力”一节为例[J].物理通报，2018（03）：30-34.[5]陈进文.指向深度思考的深度教学——以“重力”教学为例[J].物理教学，2019，41（12）：13-15.[6]曾志旺.物理教学中基于问题的高阶思维培养策略[J].湖南中学物理，2017（02）：7-9.[7]邓泓.高中物理教学中高阶思维能力的培养探究[D].西安：陕西师范大学，2015：26-27.[8]陈世春.“浮力+密度”相互融合 培养学生高阶思维能力——以“借助浮力知识测量密度”教学为例[J].物理教学，2020，42（09）：47-49.（栏目编辑 邓 磊） -全文完-。