立足思維教學(xué)落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)

黃鵬 熊衛(wèi)

關(guān)鍵詞：思維教學(xué);學(xué)科核心素養(yǎng);思維能力;認(rèn)識(shí)浮力

2016年，《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》的研究成果公布。該成果以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心。包括三個(gè)方面、六大素養(yǎng)和十八個(gè)基本要點(diǎn)。如圖1所示。針對(duì)具體的學(xué)科內(nèi)涵，課題組提出了“學(xué)科核心素養(yǎng)”，其中物理學(xué)科核心素養(yǎng)由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”構(gòu)成。《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》也指出：讓學(xué)生養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。不僅要關(guān)注學(xué)生“知識(shí)與技能”的掌握情況。還應(yīng)關(guān)注學(xué)生的批判性思維和問(wèn)題解決等能力的形成。無(wú)論是核心素養(yǎng)總框架，還是物理學(xué)科核心素養(yǎng)，又或是課程標(biāo)準(zhǔn)，都對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的思維能力提出了明確的要求。思維的訓(xùn)練和提升是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的根基之一。是落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。

1思維教學(xué)的研究

1.1國(guó)際思維教學(xué)的研究

思維教學(xué)20世紀(jì)初在美國(guó)萌芽。70年代后以美國(guó)的批判性思維運(yùn)動(dòng)和英國(guó)的思維技能運(yùn)動(dòng)為代表，興起了一場(chǎng)全球性的思維教學(xué)運(yùn)動(dòng)凹。從杜威的《我們?nèi)绾嗡季S》開始，思維教學(xué)由“潛學(xué)”發(fā)展為“顯學(xué)”，引起了哲學(xué)家、心理學(xué)家和教育家的持續(xù)關(guān)注。近四十余年間，他們?yōu)樗季S教學(xué)帶來(lái)了豐富的理論與實(shí)踐成果。其中產(chǎn)生了六大經(jīng)典思維教學(xué)程序。分別是：（1）20世紀(jì)60年代英國(guó)心理學(xué)家東尼·博贊發(fā)明的“思維導(dǎo)圖”：（2）1969年美國(guó)哲學(xué)教授李普曼創(chuàng)立的“兒童哲學(xué)”：（3）1980年以色列心理學(xué)家費(fèi)厄斯坦提出的“工具豐富”;（4）20世紀(jì)70年代由“世界創(chuàng)新思維之父”愛(ài)德華·德·博諾開發(fā)的“柯爾特思維課程”;（5）1981年倫敦國(guó)王學(xué)院的沙爾和阿迪設(shè)計(jì)的“認(rèn)知加速”;（6）2006年英國(guó)麥吉利斯發(fā)起的“激活兒童思維技能”項(xiàng)目。對(duì)以上經(jīng)典思維教學(xué)程序進(jìn)行分析和比較。研究者總結(jié)出了經(jīng)典思維教學(xué)程序的六大共性：（1）理論依據(jù)的合理性;（2）教學(xué)情境的豐富性;（3）潛在認(rèn)知沖突的豐富性;（4）思維技能運(yùn)用的顯性化;（5）思維技能的可遷移性;（6）對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、態(tài)度的激發(fā)程度。

1.2國(guó)內(nèi)思維教學(xué)的研究

20世紀(jì)80年代。國(guó)內(nèi)學(xué)者開始對(duì)思維教學(xué)進(jìn)行研究。1997年李其維等人進(jìn)行了“中小學(xué)生思維訓(xùn)練研究及實(shí)用思維訓(xùn)練教程的編制”研究。結(jié)果顯示。接受過(guò)思維訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)組學(xué)生。在智力、思維能力和學(xué)習(xí)成績(jī)上均有明顯提高。2007年郅庭瑾提出了“為思維而教”。他認(rèn)為思維是可教的，在知識(shí)與思維之間。知識(shí)本身并無(wú)價(jià)值，知識(shí)的價(jià)值存在于“解決問(wèn)題”的過(guò)程中。2008年胡衛(wèi)平開發(fā)了“學(xué)思維”活動(dòng)課程。結(jié)果表明。經(jīng)過(guò)一年半到兩年的實(shí)踐，學(xué)生的思維能力、創(chuàng)造力都有明顯的提高。2008年林崇德在“聚焦思維結(jié)構(gòu)的智力理論”中。提出了“三棱結(jié)構(gòu)”模型。其核心觀點(diǎn)有：思維是智力和能力的核心：概括是思維的基礎(chǔ)：訓(xùn)練思維品質(zhì)是培養(yǎng)學(xué)生思維能力的突破口;思維品質(zhì)具有深刻性、靈活性、創(chuàng)造性、批判性和敏捷性的特征。

基于“聚焦思維結(jié)構(gòu)的智力理論”。2010年林崇德和胡衛(wèi)平又提出了“思維型課堂教學(xué)理論”。該理論指出。在課堂教學(xué)中。師生活動(dòng)的核心內(nèi)容是思維活動(dòng)：課堂教學(xué)要遵循認(rèn)知沖突、自主構(gòu)建、自我監(jiān)控和應(yīng)用遷移的四項(xiàng)基本原理，要做到明確課堂教學(xué)目標(biāo)、突出知識(shí)形成過(guò)程。聯(lián)系已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。重視非智力因素的培養(yǎng)。訓(xùn)練思維品質(zhì)、創(chuàng)造良好的教學(xué)情境，進(jìn)行分層教學(xué)、因材施教等。

目前，物理學(xué)科的思維教學(xué)研究多關(guān)注“教什么”，對(duì)于“怎么教”的研究還比較少?！案×Α笔浅踔形锢砹W(xué)的核心概念?！罢J(rèn)識(shí)浮力”一節(jié)蘊(yùn)含了豐富的科學(xué)思維和科學(xué)方法。下面以該節(jié)的教學(xué)實(shí)踐與反思為例。探討在“思維型課堂教學(xué)理論”的框架下。融合國(guó)際思維教學(xué)的研究成果。以更加顯化的思維教學(xué)形式。提升學(xué)生的思維品質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2“認(rèn)識(shí)浮力”的教學(xué)實(shí)踐與反思

2.1理清關(guān)系，分級(jí)制定，明確目標(biāo)

要實(shí)現(xiàn)從三維目標(biāo)走向核心素養(yǎng)。首先要理清學(xué)科核心素養(yǎng)、三維目標(biāo)、課程標(biāo)準(zhǔn)及教材之間的關(guān)系。然后結(jié)合學(xué)生實(shí)際確定教學(xué)目標(biāo)。具體如表1所示。

2.2創(chuàng)設(shè)情境，制造沖突，引入新課

通過(guò)“乒乓兄弟”的故事導(dǎo)人情境：乒乓兄弟搬新家。住到“樓上樓下”的兩塑料瓶中。兩瓶被去底倒置且套在一起，用鐵絲穿過(guò)兩瓶后。將其懸掛在兩個(gè)鐵架臺(tái)上（圖2甲）;屋漏偏逢連夜雨，“樓上”的兄弟很快被水淹沒(méi)了，由于“樓上”的水滲到“樓下”（圖2甲），“樓下”的兄弟也未能幸免被淹;隨著“樓下”的水位逐漸升高，“樓下”的水沒(méi)過(guò)“樓上”的兄弟后（圖2乙），不經(jīng)意問(wèn)“樓上”的兄弟浮了起來(lái)?！皹窍隆钡男值軈s始終沉底。為什么乒乓兄弟的命運(yùn)截然不同呢？引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察現(xiàn)象、激趣激疑，帶著疑問(wèn)進(jìn)入新課。

問(wèn)題要自然出現(xiàn)。思考要在情境中進(jìn)行。思維教學(xué)情境的豐富性非常重要。思維教學(xué)需要學(xué)生積極的學(xué)習(xí)態(tài)度作為支撐。通過(guò)情境引發(fā)認(rèn)知沖突?？梢源龠M(jìn)學(xué)生積極思考和主動(dòng)學(xué)習(xí)。使學(xué)生從課堂學(xué)習(xí)之初就對(duì)本節(jié)課將要進(jìn)行的探究產(chǎn)生濃厚的興趣。

2.3參與體驗(yàn)，轉(zhuǎn)變觀念，建立概念

關(guān)于“浮力”，學(xué)生往往有兩個(gè)典型的錯(cuò)誤觀念：（1）重的物體沉，輕的物體浮;（2）浮的物體受浮力，沉的物體不受浮力。

為轉(zhuǎn)變觀念（1），我們?cè)O(shè)計(jì)了“猜浮沉”的小游戲（圖3）。將學(xué)生熟悉的土豆、小番茄和大臍橙沒(méi)入水中，請(qǐng)學(xué)生猜測(cè)釋放后它們的浮沉，由小番茄沉底和大臍橙漂浮說(shuō)明輕的物體不一定浮，重的物體不一定沉。通過(guò)魚缸中的果蔬和金魚。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到浸在液體中的物體可能有三種狀態(tài)：漂浮、沉底、懸浮。

受觀念（2）的影響。學(xué)生不太確定沉底的土豆是否受浮力。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了“蒙面體驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)（圖4）。先請(qǐng)一位學(xué)生上臺(tái)戴上眼罩，兩手各提一根相同的彈簧。在彈簧下各懸掛一瓶質(zhì)量相同的牛奶;然后，教師用手向上托左邊的牛奶瓶，同時(shí)將右邊的牛奶瓶浸入裝有水的燒杯中。學(xué)生通過(guò)觸覺(jué)感覺(jué)到兩邊都變輕了。通過(guò)對(duì)比體驗(yàn)說(shuō)明液體對(duì)浸入其中的物體有向上的托力。緊接著，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行體驗(yàn)。根據(jù)替代的思想方法。所有學(xué)生都能自然聯(lián)想到用彈簧測(cè)力計(jì)代替彈簧即可測(cè)出下沉牛奶瓶的浮力大小。

看似與已有經(jīng)驗(yàn)相矛盾的“猜浮沉”游戲?？梢约ぐl(fā)學(xué)生的參與欲望。引導(dǎo)學(xué)生在探究問(wèn)題的過(guò)程中領(lǐng)悟方法、發(fā)展能力。從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)。是認(rèn)識(shí)新事物、建立新概念的一般過(guò)程。因此，豐富的感官體驗(yàn)在建立新概念的過(guò)程中至關(guān)重要。它不僅可以聯(lián)系學(xué)生的已有知識(shí)。還能不斷地促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的發(fā)展和完善。也能提高學(xué)生思維活動(dòng)的抽象性和邏輯性。

2.4雙管齊下，自主建構(gòu)，探究方向

引導(dǎo)學(xué)生對(duì)魚缸中的臍橙和金魚進(jìn)行受力分析。由于二者均處于靜止?fàn)顟B(tài)。根據(jù)二力平衡?？芍『蛻腋∥矬w所受浮力的方向豎直向上。對(duì)土豆、牛奶瓶等沉底的物體所受浮力是不是豎直向上，可以利用反證法。先假設(shè)土豆受到的浮力方向并非豎直向上。以此為前提，推導(dǎo)出土豆受力不能平衡。證明沉底物體的浮力方向也必然豎直向上。

理論只有回到實(shí)踐中才能得到檢驗(yàn)和發(fā)展。理論探究得出浮力的方向豎直向上后。學(xué)生再分組利用圖5甲的裝置進(jìn)行檢驗(yàn)。繩的上端粘有泡沫球，下端固定在容器底部。根據(jù)戴爾的“學(xué)習(xí)金字塔”理論。在檢驗(yàn)過(guò)程中鼓勵(lì)學(xué)生小組討論。嘗試用自己的語(yǔ)言描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：由于泡沫球受浮力將繩子拉直。無(wú)論容器是平放還是斜放。發(fā)現(xiàn)繩子始終與重錘線保持平行。重錘線代表豎直方向，所以靜止物體的浮力方向的確豎直向上。運(yùn)動(dòng)物體的浮力也是豎直向上的嗎？如圖5乙。乒乓球上粘有磁鐵。用另一磁鐵在容器外將乒乓球吸附在容器底。迅速豎直向下拔掉外部的磁鐵。觀察到乒乓球的運(yùn)動(dòng)軌跡是豎直向上。說(shuō)明運(yùn)動(dòng)物體所受浮力方向也是豎直向上的。

思維結(jié)構(gòu)中的思維材料。包括感性材料和理性材料。在物理學(xué)中，實(shí)驗(yàn)和理論也是相輔相成的。根據(jù)建構(gòu)主義理論：學(xué)習(xí)是一個(gè)積極主動(dòng)建構(gòu)的過(guò)程：知識(shí)是個(gè)體經(jīng)驗(yàn)的合理化：從教學(xué)的角度講，教學(xué)是學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)的過(guò)程圈。在學(xué)生自主構(gòu)建浮力方向的過(guò)程中。通過(guò)反證法和類比法分析浮力的方向。鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力和解決問(wèn)題的能力：通過(guò)理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的探究方式，提高學(xué)生思維品質(zhì)的批判性和創(chuàng)造性。

2.5顯化方法，啟迪思維，尋找原因

利用雙層水槽和上下面、左右面粘有橡皮膜的立方體探究浮力產(chǎn)生的原因。先將立方體放在水槽上層的方孔上，然后向水槽上層加水。學(xué)生觀察到立方體左右表面和上表面的橡皮膜發(fā)生了形變。即使立方體被浸沒(méi)也沒(méi)有上?。喝鐖D6甲.向水槽下層加水。學(xué)生觀察到立方體下表面的橡皮膜也發(fā)生了形變。但立方體并沒(méi)有立刻上浮。待立方體下表面的橡皮膜形變比上表面的橡皮膜形變大到一定程度時(shí)，立方體才上浮。

將壓力的作用效果轉(zhuǎn)換為橡皮膜的形變。學(xué)生可以直觀地看到“壓力差”。引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象建立物理模型。將“觀察的經(jīng)驗(yàn)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤俺橄蟮慕?jīng)驗(yàn)”.進(jìn)而通過(guò)受力分析和力的平衡展開思維。探索并概括浮力產(chǎn)生的原因。把“抽象的經(jīng)驗(yàn)”上升為“做的經(jīng)驗(yàn)”。學(xué)生自主建構(gòu)的思維過(guò)程如下：如圖6乙。假設(shè)液體中有一靜止的立方體.僅考慮液體對(duì)立方體各個(gè)面的壓力：由于立方體的左右表面對(duì)應(yīng)液體的深度、壓強(qiáng)和面積均相等。因此液體對(duì)左右表面的壓力互相平衡：類比左右表面?？芍后w對(duì)立方體前后表面的壓力也彼此平衡;又因?yàn)橄卤砻姹壬媳砻嫠幧疃却蟆簭?qiáng)大，所以液體對(duì)下表面的壓力F2大于液體對(duì)上表面的壓力F1;綜合以上分析，浮力產(chǎn)生的原因是液體對(duì)物體上、下表面的壓力差;最后，抓住研究問(wèn)題的本質(zhì)屬性，將結(jié)論推廣到其他物體。

學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解事物間的發(fā)生、發(fā)展和變化。再聯(lián)系已學(xué)知識(shí)進(jìn)行科學(xué)建模?？梢源龠M(jìn)學(xué)生思維結(jié)構(gòu)的發(fā)展。顯化分析浮力產(chǎn)生原因過(guò)程中的思維方法。彰顯了物理教學(xué)的本質(zhì)。有助于學(xué)生突破難點(diǎn)，形成真正的科學(xué)思維。理論探究也是課堂探究的重要組成。它可以促進(jìn)學(xué)生更加自如、自發(fā)地運(yùn)用科學(xué)證據(jù)和推理。構(gòu)建和改進(jìn)自己的科學(xué)理論。反復(fù)練習(xí)用證據(jù)和推理說(shuō)話.有助于提高學(xué)生思維品質(zhì)的深刻性、敏捷性和創(chuàng)造性。

2.6前后呼應(yīng)，應(yīng)用遷移，社會(huì)參與

2.6.1解釋“乒乓兄弟”

為什么乒乓兄弟的命運(yùn)截然不同呢？引導(dǎo)學(xué)生分析向內(nèi)瓶加水時(shí)，伴隨著內(nèi)瓶向外瓶滲水，兩瓶中的乒乓球都很快被水浸沒(méi)。但是兩球底部都沒(méi)有受到水向上的壓力。所以兩球都沉在底部;由于內(nèi)瓶的流量大于外瓶的流量。導(dǎo)致外瓶中的水位逐漸升高，內(nèi)瓶中的乒乓球底部被水淹沒(méi)后。它受到了水向上的壓力。當(dāng)水對(duì)它向上的壓力大于向下的壓力與自身重力之和時(shí)。內(nèi)瓶中的乒乓球就會(huì)浮起來(lái)。同時(shí)內(nèi)外瓶將構(gòu)成連通器。兩瓶液面迅速相平：而外瓶中的乒乓球始終沒(méi)有受到水向上的壓力，所以它一直沉底。

2.6.2了解“橋墩”

我國(guó)2018年建成了港珠澳大橋。因其空前的施工難度和頂尖的建造技術(shù)而聞名世界。沉在海底的橋墩受不受浮力呢？橋墩是如何修建的呢？“沉井法”是修筑橋墩常用的方法之一。工人們首先根據(jù)工程需要建造好上下開口的井筒。然后在施工點(diǎn)將井筒放入水中（圖7）。一節(jié)井筒快沉入土中時(shí)再接一節(jié)。做好井底的密封工作后。清理掉井筒內(nèi)部的水和泥土。直到挖至海底的巖質(zhì)層，最后像在地面施工一樣，澆筑鋼筋混凝土。可見(jiàn)。橋墩與海底緊密接觸。橋墩的下表面沒(méi)有水對(duì)它施加向上的壓力。因此通常的柱形橋墩不受浮力。

2.6.3 放飛“孔明燈”

氣體也能像液體一樣產(chǎn)生壓強(qiáng)。那浸在氣體中的物體受浮力嗎？為了增強(qiáng)學(xué)生的親身體驗(yàn)。我們?cè)O(shè)計(jì)了制作、放飛孔明燈的環(huán)節(jié)。如圖8，揭去竹簽十字架上8個(gè)位置的雙面膠。在內(nèi)側(cè)和外側(cè)的4個(gè)位置分別粘上小蠟燭和塑料袋：系好細(xì)線后。一人提起塑料袋的頂部。另一人用打火機(jī)點(diǎn)燃蠟燭。提醒學(xué)生防止火焰燒著塑料袋，用細(xì)線控制孔明燈的飛行高度。在背景音樂(lè)的烘托下。一個(gè)個(gè)孔明燈騰空而起，學(xué)生們親身感受到氣體產(chǎn)生的浮力，充分體會(huì)到物理學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。

理解所學(xué)的知識(shí)。并能遷移到其他情境中去，可以培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)的靈活性和創(chuàng)造性。遷移的實(shí)質(zhì)是概括，概括是思維的第一屬性，概括能力是思維深刻性（又稱邏輯性）的重要表現(xiàn)，所以通過(guò)應(yīng)用遷移還能訓(xùn)練思維品質(zhì)的深刻性。

2.7思維可視，自我監(jiān)控，評(píng)價(jià)反思

“認(rèn)識(shí)浮力”這節(jié)要求學(xué)生會(huì)判斷浮力的方向。能計(jì)算浮力的大小。了解浮力是怎樣產(chǎn)生的及浮力在生活中的應(yīng)用。運(yùn)用可視化手段，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立繪制本節(jié)的概念圖。建構(gòu)新學(xué)習(xí)的知識(shí)和已有概念間的聯(lián)系，以圖促思。使“思維在上一步的基礎(chǔ)上自然向下延伸”，直至最終形成概念。在繪制過(guò)程中。學(xué)生一邊思考。一邊以概念圖的形式進(jìn)行記錄。以自己獨(dú)到的理解建構(gòu)起概念的層級(jí)和聯(lián)接。繪制完成后，進(jìn)行生生之間、師生之間的交互評(píng)價(jià)。教師就概念圖和學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。學(xué)生就同學(xué)展示的概念圖進(jìn)行評(píng)價(jià)：鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)會(huì)欣賞、共享以及接受他人的意見(jiàn)。引導(dǎo)學(xué)生反思自己的思維過(guò)程與他人之間的差異。改進(jìn)自己繪制的概念圖（圖9）。

繪制概念圖可以最大程度地將學(xué)生的思維顯性化，有利于發(fā)揮元認(rèn)知的作用。要成為一位好的思考者，僅有思維能力還不夠，還必須具備一定的批判性思維能力和創(chuàng)造性思維能力。評(píng)價(jià)是對(duì)研究進(jìn)行反思的過(guò)程。有利于發(fā)展學(xué)生的批判性思維;評(píng)價(jià)還能優(yōu)化研究方案。并有可能引發(fā)新的發(fā)現(xiàn)。構(gòu)建具有評(píng)價(jià)過(guò)程動(dòng)態(tài)化、評(píng)價(jià)內(nèi)容多元化、評(píng)價(jià)主體互動(dòng)性的發(fā)展性評(píng)價(jià)體系，讓學(xué)生在評(píng)價(jià)、反思的過(guò)程中，內(nèi)化思維和方法，形成自己的思維策略。增強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

3結(jié)語(yǔ)

促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展應(yīng)是各學(xué)科基本教學(xué)目標(biāo)之一。物理學(xué)科應(yīng)結(jié)合課程特點(diǎn)，最大程度顯化思維教育的內(nèi)容，承擔(dān)起獨(dú)特的思維教育任務(wù)。

思維教學(xué)是實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)更加深入變革的有效手段和必經(jīng)之路。思維教學(xué)的研究任重而道遠(yuǎn)。讓我們攜手努力。把思維教學(xué)推向一個(gè)新境界。