基于學(xué)科大概念發(fā)展物理高階思維的教學(xué)建構(gòu)與設(shè)計(jì)

摘 要：提出基于學(xué)科大概念發(fā)展學(xué)生的物理高階思維.在對(duì)高中物理學(xué)科大概念進(jìn)行整體建構(gòu)的基礎(chǔ)上，研究了基于學(xué)科大概念發(fā)展物理高階思維的教學(xué)路徑，并以“機(jī)械能守恒定律”教學(xué)單元為例開展教學(xué)實(shí)踐，旨在促進(jìn)學(xué)生生成以大概念為統(tǒng)攝的學(xué)科認(rèn)知體系、學(xué)科思維方法及高階思維能力，以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與發(fā)展.

關(guān)鍵詞：學(xué)科大概念;學(xué)習(xí)進(jìn)階;深度學(xué)習(xí);高階思維;學(xué)科核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G633.7???? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B???? 文章編號(hào)：1008-4134（2021）19-0034-04

基金項(xiàng)目：蘭州市教育科學(xué)“十三五” 2020年度規(guī)劃課題“新高考背景下發(fā)展高中生‘科學(xué)態(tài)度與責(zé)任物理核心素養(yǎng)的教學(xué)策略研究”（項(xiàng)目編號(hào)：LZ[2020]GH441）.

作者簡(jiǎn)介：吳建鵬（1989-），男，甘肅武威人 ，碩士，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué).

Bloom與Anderson等人將認(rèn)知領(lǐng)域的教育目標(biāo)分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造，并將其中的分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造稱作“高階思維”[1].高階思維是個(gè)體在認(rèn)識(shí)事物過程中，發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或較高層次的認(rèn)知能力，是個(gè)體認(rèn)知客觀事物的本質(zhì)屬性、相互關(guān)系及內(nèi)在規(guī)律的過程中，所運(yùn)用的具有分析性、創(chuàng)造性、批判性和實(shí)踐性特征的綜合思維能力[1].目前，已有許多學(xué)者從不同視角展開關(guān)于培養(yǎng)和發(fā)展高階思維的教學(xué)研究.例如，江西師范大學(xué)鐘志賢教授認(rèn)為，促進(jìn)學(xué)習(xí)者以高階思維為核心的高階能力發(fā)展，是教學(xué)設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐的宗旨[2];陜西科技大學(xué)楊曉教授指出：提高學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵是促進(jìn)學(xué)生的思維進(jìn)階[3];西南大學(xué)關(guān)亞琴教授及四川師大段茂君博士等人提出建立基于深度學(xué)習(xí)的高階思維培養(yǎng)模型[4-6].近年來(lái)，隨著大概念的興起，學(xué)科大概念教學(xué)為學(xué)生高階思維的培養(yǎng)和發(fā)展又提供了新的契機(jī)和平臺(tái)[7-8].2017年頒布的高中新課程標(biāo)準(zhǔn)，首次明確強(qiáng)調(diào)以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情景化，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)[9].以學(xué)科大概念為引領(lǐng)，建構(gòu)指向?qū)W科核心素養(yǎng)的整合性教學(xué)模式，是培養(yǎng)與發(fā)展學(xué)生高階思維的有效途徑.

具體到物理學(xué)科而言，作為一門基于觀察與實(shí)驗(yàn)，通過建構(gòu)物理模型，應(yīng)用數(shù)學(xué)等工具，進(jìn)行科學(xué)推理和論證，形成嚴(yán)密系統(tǒng)的研究方法和理論體系的自然科學(xué)[9].學(xué)生通過高中物理的學(xué)習(xí)，應(yīng)形成基于批判、決策、問題解決、創(chuàng)新等思維為核心的物理學(xué)科高階思維[10].在物理教學(xué)中，如何引領(lǐng)學(xué)生基于學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)形成物理高階思維，應(yīng)是教師進(jìn)行教學(xué)建構(gòu)與設(shè)計(jì)所要考慮的核心問題，也是物理學(xué)科核心素養(yǎng)生成與發(fā)展要解決的關(guān)鍵問題.本文以物理學(xué)科高階思維培養(yǎng)為載體，倡導(dǎo)將學(xué)生的物理高階思維發(fā)展與學(xué)科大概念聯(lián)系起來(lái)，基于學(xué)科大概念進(jìn)行課程內(nèi)容的整合式建構(gòu)與教學(xué).通過結(jié)構(gòu)化、情景化的知識(shí)建構(gòu)和探究式、發(fā)現(xiàn)式的進(jìn)階學(xué)習(xí)，在真實(shí)的問題情境中設(shè)計(jì)指向?qū)W生思維進(jìn)階的學(xué)習(xí)活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生形成以大概念為統(tǒng)攝的學(xué)科認(rèn)知體系，進(jìn)而內(nèi)化為解決具體問題的科學(xué)方法與思維能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生高階思維的培養(yǎng)與學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展.

1 高中物理學(xué)科大概念建構(gòu)

無(wú)論是促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展還是促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)生成，都迫切需要一種更具整合性的教學(xué)樣態(tài)，便于教師和學(xué)生在繁雜、碎片化的學(xué)科知識(shí)中，理清思路，抓住核心，建構(gòu)認(rèn)知結(jié)構(gòu)與思維模式[7].學(xué)科大概念是基于學(xué)科事實(shí)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)某學(xué)科內(nèi)概念、原理、規(guī)律之間的關(guān)系進(jìn)行抽象概括和深度提煉而形成的少數(shù)關(guān)鍵概念，是處于學(xué)科高階層次，指向?qū)W科本質(zhì)的核心概念[8].課堂教學(xué)中，應(yīng)努力建構(gòu)學(xué)科大概念，以大概念引領(lǐng)教學(xué)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行自上而下的整體規(guī)劃與設(shè)計(jì).一方面，引導(dǎo)學(xué)生圍繞學(xué)科高階核心問題，向下拓展，通過設(shè)計(jì)和解決低階子問題群，生成一個(gè)個(gè)的子概念（包括定義、原理、方法等）;另一方面，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生通過整合、梳理子概念間的邏輯鏈，向上升華，形成學(xué)科的高階核心大概念和大觀念，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)科核心問題的解決.本文以物理學(xué)研究“自然界物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律”這一學(xué)科宏觀大概念為載體，通過一系列課程模塊的教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念、能量觀念、轉(zhuǎn)化與守恒觀念、能源與可持續(xù)發(fā)展觀念等學(xué)科中觀大概念視角認(rèn)識(shí)與理解自然，建構(gòu)關(guān)于自然界的物理圖景;再進(jìn)一步通過具體的物理概念、實(shí)驗(yàn)、方法、原理及規(guī)律等學(xué)科微觀大概念，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷真實(shí)的科學(xué)探究過程，體會(huì)科學(xué)研究方法，認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)，形成科學(xué)探究意識(shí)、創(chuàng)新思維能力及正確的科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)科核心素養(yǎng)的促進(jìn)與發(fā)展[9]，見表1.

2 基于學(xué)科大概念發(fā)展物理高階思維的教學(xué)路徑

基于學(xué)科大概念教學(xué)，是引領(lǐng)學(xué)生走向深度學(xué)習(xí)，發(fā)展高階思維的有效路徑[4，7].通過對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)性單元建構(gòu)、進(jìn)階式教學(xué)設(shè)計(jì)，基于結(jié)構(gòu)化、情境化的知識(shí)和主體性、探究性的學(xué)習(xí)方式開展教學(xué)，以進(jìn)階學(xué)習(xí)催生進(jìn)階思維，進(jìn)而發(fā)展成高階思維，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育與生成.圖1為基于學(xué)科大概念教學(xué)發(fā)展物理高階思維的路徑示意圖.以物理學(xué)科大概念為引領(lǐng)，通過整合與再構(gòu)，生成結(jié)構(gòu)化單元教學(xué)模塊.依據(jù)教學(xué)模塊知識(shí)間的聯(lián)系，從整體進(jìn)行教學(xué)進(jìn)階設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)向縱深發(fā)展.通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境，以主體性、探究性學(xué)習(xí)方式開展教學(xué)，以問題鏈誘發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容展開討論、質(zhì)疑、探究及深度的加工與反思.通過對(duì)教學(xué)主題的深度學(xué)習(xí)，催生學(xué)生學(xué)科思維能力的進(jìn)階與躍遷，最終在問題解決的過程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育與生成.而良好的學(xué)科核心素養(yǎng)，將再一次驅(qū)動(dòng)更高層次的進(jìn)階學(xué)習(xí)，進(jìn)而形成以學(xué)科大概念為核心，由學(xué)習(xí)進(jìn)階—深度學(xué)習(xí)—思維進(jìn)階—學(xué)科核心素養(yǎng)培育為要素的學(xué)習(xí)高階思維發(fā)展良性循環(huán).

由學(xué)習(xí)進(jìn)階走向深度學(xué)習(xí)，是催生學(xué)生思維進(jìn)階的基本教學(xué)范式[4-6].學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，其認(rèn)知發(fā)展是一個(gè)不斷生成、螺旋式上升的思維進(jìn)階過程.教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)關(guān)注學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平，沿著學(xué)生思維進(jìn)階的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境和問題鏈，層層設(shè)問，精心設(shè)計(jì)探究活動(dòng)和展現(xiàn)思維進(jìn)階過程的教學(xué)活動(dòng).教師在教學(xué)引導(dǎo)過程中，應(yīng)由易而難，用易引發(fā)學(xué)生思維沖突的表象問題拓展、延伸到更深層次的本真問題.課堂與學(xué)生的互動(dòng)，應(yīng)由淺及深，層層遞進(jìn)，逐步與學(xué)生展開深度對(duì)話，誘發(fā)學(xué)生進(jìn)行深層思考，以促進(jìn)深度學(xué)習(xí)生成.通過不斷促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)鏈的整體認(rèn)知與理解，使學(xué)生對(duì)自己的認(rèn)知進(jìn)行再加工與再認(rèn)知，進(jìn)而生成新的認(rèn)知水平，并由此催生學(xué)生的思維向更高階躍進(jìn)[3].教學(xué)中，要鼓勵(lì)學(xué)生多角度討論，多方案探究，努力突破原有的認(rèn)知局限，拓展思維的廣度和深度.鼓勵(lì)學(xué)生大膽進(jìn)行思維創(chuàng)新，嘗試有效的思維建構(gòu)過程，用科學(xué)的思維方式研究和解決物理的實(shí)際問題，在問題解決中實(shí)現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育與發(fā)展.

3 基于學(xué)科大概念發(fā)展物理高階思維的教學(xué)呈現(xiàn)——以“機(jī)械能守恒定律”單元教學(xué)為例

本文以人教版必修2“機(jī)械能守恒定律”教學(xué)單元為例，開展基于學(xué)科大概念統(tǒng)攝發(fā)展物理高階思維的教學(xué)實(shí)踐（見表2）.通過整合教學(xué)內(nèi)容，圍繞“能量守恒及功能關(guān)系”學(xué)科核心概念，設(shè)計(jì)了7個(gè)學(xué)習(xí)進(jìn)階主題.通過創(chuàng)設(shè)具體的物理情境，引導(dǎo)學(xué)生在模型建構(gòu)與解構(gòu)的過程中，展開對(duì)四種功能關(guān)系的進(jìn)階學(xué)習(xí)，使學(xué)生在持續(xù)深入的進(jìn)階學(xué)習(xí)過程中，深度理解并形成“功是能量轉(zhuǎn)化（轉(zhuǎn)移）的原因及量度”的學(xué)科思維，促使學(xué)生的認(rèn)知水平由淺入深，層層遞進(jìn)，催生思維能力向高階躍遷.通過對(duì)“能量守恒及功能關(guān)系”學(xué)科核心概念的深度理解與應(yīng)用，在問題解決中生成集批判思維、決策能力、問題解決及創(chuàng)新思維于一體的物理高階思維能力.

4 結(jié)束語(yǔ)

本文倡導(dǎo)基于學(xué)科大概念發(fā)展學(xué)生的高階思維.在對(duì)高中物理學(xué)科大概念進(jìn)行整體建構(gòu)的基礎(chǔ)上，研究了基于學(xué)科大概念發(fā)展物理高階思維的教學(xué)路徑，并以“機(jī)械能守恒定律”教學(xué)單元為例開展教學(xué)實(shí)踐，旨在促進(jìn)學(xué)生形成以大概念為統(tǒng)攝的學(xué)科認(rèn)知體系、學(xué)科思維方法及高階思維能力，以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與發(fā)展.

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（收稿日期：2021-06-29）