高中物理教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)發(fā)展高階思維的嘗試

王充

摘要：高階思維能力的培養(yǎng)是開展高中物理教學(xué)的核心任務(wù)，以往學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理知識時(shí)，僅僅是進(jìn)行理解學(xué)習(xí)，這種淺層學(xué)習(xí)的方式致使學(xué)生的高階思維無法得到發(fā)展。深度學(xué)習(xí)則能夠在淺層理解學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上將物理知識遷移，形成新的知識，并融入物理知識結(jié)構(gòu)之中，從而促使物理高階思維的發(fā)展。因此，本文將結(jié)合高中物理實(shí)際教學(xué)，從高階思維與深度學(xué)習(xí)之間的關(guān)系著手，對引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)發(fā)展高階思維的方法進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：高中物理 深度學(xué)習(xí) 高階思維

高中物理是一門邏輯性、抽象性比較強(qiáng)的學(xué)科，要求學(xué)生具備高階思維，構(gòu)建完善的知識架構(gòu)，因此，高階思維的發(fā)展與培育也成為高中物理教學(xué)的一個(gè)重要目標(biāo)。在以往開展高中物理教學(xué)中，教學(xué)的主要任務(wù)是使學(xué)生掌握書本知識，并通過書本知識解決物理問題，導(dǎo)致在常規(guī)教學(xué)模式下，學(xué)生只是對書本中的淺層知識進(jìn)行學(xué)習(xí)，雖然能夠利用所學(xué)物理知識解決一些簡單的物理問題，但對于一些邏輯性、抽象性非常強(qiáng)的物理實(shí)際問題，便會無從下手，這說明學(xué)生的思維屬于低階思維，對于一些邏輯分析、歸納總結(jié)的物理問題無法有效應(yīng)對。通過深度學(xué)習(xí)則能夠?qū)⑽锢碇R進(jìn)行橫向和縱向延伸，使學(xué)生的思維得以發(fā)散，提升邏輯思維能力和工具思維能力，使一些有難度的物理問題得到有效解決。但深度學(xué)習(xí)與物理高階思維之間存在何種關(guān)系，教師如何引導(dǎo)學(xué)生開展深度學(xué)習(xí)，從而使高階思維得到有效發(fā)展，是當(dāng)前高中物理教學(xué)亟待解決的問題。

一、深度學(xué)習(xí)與高階思維的關(guān)系分析

（一）深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵

深度學(xué)習(xí)這一概念源于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究，人們在研究人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，曾對人腦的深度學(xué)習(xí)進(jìn)行闡述。所謂深度學(xué)習(xí)指的是基于理解學(xué)習(xí)的條件，帶有批判性地將所學(xué)習(xí)的新知識融入原知識架構(gòu)中，同時(shí)能夠?qū)⒆陨碚莆盏闹R遷移至新情境之中，從而做出決策，并能夠有效解決學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的各類問題。由此可見，深度學(xué)習(xí)是一個(gè)由感性到理性的認(rèn)知過程，能夠?qū)W(xué)習(xí)的淺層知識進(jìn)行升華，使之得到遷移和延伸，并融入知識體系之中。高中物理學(xué)科的知識體系比較完整，各部分知識內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)性比較密切，要求學(xué)生通過批判的方式掌握新知，從而能夠通過深度學(xué)習(xí)逐漸完善物理知識體系。

（二）高階思維概述

高階思維往往出現(xiàn)在較高認(rèn)知水平層次上，是一種高層次的心智活動(dòng)和認(rèn)知能力。美國哈佛大學(xué)心理學(xué)教授珀金斯（D.Perkins）表示：人的常規(guī)思維就像普通行走一樣，是人與生俱來的能力，而高階思維就像是百米沖刺賽跑一樣，是一種技巧和技術(shù)層面的能力，需要通過專業(yè)的訓(xùn)練才會獲得。高中物理知識具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性，從人教版新教材內(nèi)容中便可了解到，物理學(xué)科注重理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)，重視培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。從物理思維體系架構(gòu)來看，可將物理思維劃分為表述性思維、邏輯性思維及工具性思維。其中表述性思維主要包括時(shí)間、對象、空間、數(shù)量等常規(guī)內(nèi)容，屬于初階思維；邏輯性思維包括對比分析、歸納總結(jié)、推理論證等內(nèi)容；工具性思維則包括表格、圖像、計(jì)算以及流程等內(nèi)容。邏輯性思維和工具性思維均屬于高階思維。

（三）深度學(xué)習(xí)與高階思維的關(guān)系分析

深度學(xué)習(xí)是在理解學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上開展的，即學(xué)習(xí)和掌握初階物理知識是深度學(xué)習(xí)的起點(diǎn)，深度學(xué)習(xí)需要掌握這些初階物理知識，對知識進(jìn)行延伸，并促使知識實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格化、思維方式實(shí)現(xiàn)邏輯化，全面拓展學(xué)生的物理思維，使學(xué)生的物理思維由表述性思維升華到邏輯性思維和工具性思維，通過全面、熟練掌握物理知識，對物理問題采取分類對比、歸納總結(jié)、推理論證等邏輯思維方法予以解決，甚至可以通過圖像、表格以及科學(xué)計(jì)算方法高效解決物理問題。由此可見，深度學(xué)習(xí)能夠促進(jìn)學(xué)生物理高階思維的發(fā)展，可作為學(xué)生高中物理學(xué)習(xí)的一種方式，具體開展仍需要教師引導(dǎo)，通過教師引導(dǎo)，學(xué)生能夠有效開展深度學(xué)習(xí)，從而使自身的高階思維得以發(fā)展。

二、基于深度學(xué)習(xí)的高中物理高階思維引導(dǎo)方法

從上述內(nèi)容中可以了解到，通過深度學(xué)習(xí)有利于促進(jìn)高中物理高階思維的發(fā)展，但教師還需要采取有效的引導(dǎo)方法促使學(xué)生通過深度學(xué)習(xí)來發(fā)展高中物理高階思維。具體引導(dǎo)方法如下：

（一）引導(dǎo)學(xué)生建立高階思維發(fā)展目標(biāo)

若要使學(xué)生通過深度學(xué)習(xí)發(fā)展高中物理高階思維，首先需要對學(xué)生展開目標(biāo)引導(dǎo)，使學(xué)生建立發(fā)展高階思維的目標(biāo)。高階思維發(fā)展目標(biāo)具體包含思維水平層級目標(biāo)和思維要素目標(biāo)。在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)時(shí)，思維水平層級目標(biāo)設(shè)定可以根據(jù)學(xué)科內(nèi)容的特性，并應(yīng)用知識的批判性和創(chuàng)造性來設(shè)定。教師可根據(jù)低階思維與高階思維各自的內(nèi)容進(jìn)行引導(dǎo)，從上述內(nèi)容中可以了解到，低階思維主要是表述性思維，即物理學(xué)科中出現(xiàn)的時(shí)間、空間、數(shù)量及對象等一系列常規(guī)內(nèi)容，高階思維主要為邏輯性思維和工具性思維。因此，可以結(jié)合高中物理教材內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生建立高階思維發(fā)展目標(biāo)。

例如，在教學(xué)人教版高二物理選擇性必修第一冊“機(jī)械振動(dòng)”一章中的簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，可采取引導(dǎo)的方式使學(xué)生自主探究簡諧運(yùn)動(dòng)。在開展引導(dǎo)教學(xué)時(shí)，可以設(shè)置如下問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究。

（1）通過彈簧振子做簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以獲得哪些物理量？（振幅、周期和頻率等）

（2）小球在做簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，其振幅、周期及頻率有何特點(diǎn)？

（3）如圖1所示，彈簧振子的平衡位置為O點(diǎn)，在B點(diǎn)與C點(diǎn)之間做簡諧運(yùn)動(dòng)，兩點(diǎn)之間的距離為20 cm，小球經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過0.5 s首次到達(dá)C點(diǎn)，是否能夠畫出小球在第一個(gè)周期內(nèi)的x-t圖像？

（4）問題（3）條件下求出5 s內(nèi)小球通過的路程以及5 s末小球的位移。

從上述引導(dǎo)問題中可以了解到，問題（1）和問題（2）屬于基礎(chǔ)知識內(nèi)容，包括物理量及其表現(xiàn)的特點(diǎn)，此類問題通過表述性思維便可以將其解決，可結(jié)合課本中所涉物理量相關(guān)的概念和知識點(diǎn)將問題予以解決；而問題（3）和問題（4）則屬于計(jì)算、分析等相關(guān)內(nèi)容，需要通過邏輯性思維和工具性思維這類高階思維來解決問題。學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識的條件下，通過教師引導(dǎo)向深層次方向邁進(jìn)，從而使學(xué)生了解什么內(nèi)容是在高階思維層級范圍內(nèi)的，進(jìn)而使學(xué)生能夠確立高階思維發(fā)展目標(biāo)，通過自主探究向該目標(biāo)邁進(jìn)。

（二）通過情境素材引導(dǎo)學(xué)生發(fā)展高階思維

對于高中物理課程內(nèi)容而言，其中很多物理知識與日常生活密切相關(guān)。這些日常生活事件可以作為教師開展情景引導(dǎo)的“活素材”。在引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)中，為了與知識主體相契合，教師必須對情境素材進(jìn)行選擇，選擇一些貼合生活實(shí)際的情境、富有邏輯性的情境、能夠吸引學(xué)生注意力的情境，從而激發(fā)學(xué)生開展深度學(xué)習(xí)的熱情。教師在對情境素材進(jìn)行引導(dǎo)時(shí)，應(yīng)該將引導(dǎo)意圖放在學(xué)生直覺思維、對比思維的養(yǎng)成方面，從而激發(fā)學(xué)生的計(jì)算和推理等高階思維。

例如，在教學(xué)人教版高二物理選擇性必修第一冊“機(jī)械波”第三節(jié)波的反射、折射和衍射時(shí)，可以結(jié)合學(xué)生生活中的一些常見情境作為情景素材開展引導(dǎo)教學(xué)。可以引用教材中“練習(xí)與應(yīng)用”中第2題的情境，將學(xué)生引導(dǎo)至高階思維的訓(xùn)練之中。設(shè)置的情境為：操場上的喇叭正在播放音樂，有高音也有低音。走到離操場不遠(yuǎn)的教學(xué)大樓后面，聽到喇叭播放的音樂聲有所減弱。是高音還是低音減弱得更加明顯一些？為什么？

該情境需要學(xué)生通過之前所學(xué)的課內(nèi)知識進(jìn)行分析和解答，學(xué)生通過掌握之前學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識能夠了解到：高音的頻率通常比較高，但波長卻比較小，不容易繞過高樓產(chǎn)生非常明顯的衍射，相反低音頻率比較低，其波長也相對較大，很容易繞過高樓產(chǎn)生明顯的衍射，因此得出問題的結(jié)論，即高音減弱得比較明顯。通過該情境的設(shè)置，能夠使學(xué)生掌握頻率與波長之間的關(guān)系，了解衍射相關(guān)知識點(diǎn)，將這些知識內(nèi)容靈活地應(yīng)用到創(chuàng)設(shè)的情境之中，使學(xué)生通過邏輯分析的方法解決實(shí)際問題，從而有效掌握高階思維的運(yùn)用方法，并鍛煉學(xué)生高階思維的能力，促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展。

（三）按照思維路徑趨向進(jìn)行設(shè)問引導(dǎo)

每一種思維有其路徑趨向，高階思維也不例外，在對學(xué)生的高階思維進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)，需要按照其思維路徑趨向按部就班地進(jìn)行培養(yǎng)，從而使學(xué)生的高階思維得到有效發(fā)展。在此過程中，教師可以結(jié)合高中物理課本中的某一主題相關(guān)的各類要素，精心預(yù)設(shè)出環(huán)環(huán)相扣、邏輯嚴(yán)密的問題集群，通過將問題逐漸深入的方式引導(dǎo)學(xué)生高階思維的發(fā)展。可以采用“七步追問法”來完成問題集群的設(shè)置，并結(jié)合高中物理課本教學(xué)內(nèi)容合理設(shè)置問題。

例如，在教學(xué)人教版高二物理選擇性必修第二冊“安培力與洛倫茲力”一章中的“質(zhì)譜儀與回旋加速器”一課時(shí)，可以結(jié)合教材內(nèi)容設(shè)置問題集群。具體設(shè)置內(nèi)容如下：

第一步：應(yīng)該如何加速帶電粒子（提出研究對象）？

第二步：如何使得帶電粒子能夠在電廠之中獲取更大的速度（即表明對象所處空間）？

第三步：通過直線加速器對帶電粒子加速會存在哪些優(yōu)劣之處，對于其缺陷產(chǎn)生的不良影響如何規(guī)避（影響因素）？

第四步：帶電粒子于D形盒中被加速之后，回旋周期和回旋半徑會產(chǎn)生變化嗎（物理量分析、物理狀態(tài)分析）？

第五步：如果兩個(gè)D形盒之間的狹縫僅接通直流電源，則帶電粒子是否能夠每次均被加速（設(shè)置辯證分析內(nèi)容）？若要使粒子一直處于被加速狀態(tài)，所施加的電壓要求如何（追加分析）？帶電粒子最終獲取的動(dòng)能受哪些因素影響（繼續(xù)追問）？

第六步：帶電粒子處于狹縫中加速的時(shí)間能否將其忽略？如果不可將其忽略，將會如何影響后續(xù)運(yùn)行（思路和辯證）？談一談本章所學(xué)習(xí)的回旋加速器的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)（總結(jié)和評價(jià)）。

第七步：能否只從理論層面將回旋加速器的優(yōu)化方案制訂出來（方法、思路以及創(chuàng)造）？

教師通過設(shè)置上述問題集群可以逐層引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)思考，學(xué)生通過自主探究式的逐層深入學(xué)習(xí)，能夠從淺層問題向深層問題進(jìn)發(fā)，從而掌握邏輯分析、總結(jié)評價(jià)、辯證思考的方法，對于學(xué)生高階思維的培養(yǎng)和發(fā)展能夠產(chǎn)生一定的作用。

（四）借助思維導(dǎo)圖構(gòu)建邏輯網(wǎng)絡(luò)

教師在引導(dǎo)學(xué)生開展深度學(xué)習(xí)時(shí)，應(yīng)該借助當(dāng)前比較常用的思維工具來促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展。教師可以使用一些圖文并茂、形象、直觀易懂的思維工具來引導(dǎo)學(xué)生對物理知識進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解知識與知識之間的邏輯關(guān)系以及思維要素得以生成，從而有助于學(xué)生構(gòu)建物理知識的邏輯網(wǎng)絡(luò)。目前，對于物理教學(xué)而言，思維導(dǎo)圖是一種比較常用的思維工具，通過這種思維工具能夠?qū)⒛骋徽鹿?jié)的物理知識全面地呈現(xiàn)給學(xué)生，并且章節(jié)中各知識點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系一目了然，更加有助于為學(xué)生提供靈活、便捷的方法，助力其開展深度學(xué)習(xí)，從而有利于學(xué)生發(fā)展自身的高階思維。

結(jié)語

教師在開展高中物理教學(xué)時(shí)，應(yīng)該掌握深度學(xué)習(xí)與高階思維發(fā)展之間的關(guān)系，并發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，從而推動(dòng)學(xué)生高階思維的養(yǎng)成和發(fā)展。本文從建立高階思維發(fā)展目標(biāo)、情境素材引導(dǎo)、開展引導(dǎo)設(shè)問以及運(yùn)用思維工具四個(gè)方面對學(xué)生深度學(xué)習(xí)發(fā)展高階思維的方法進(jìn)行探討，結(jié)合新版教材的教學(xué)內(nèi)容，對發(fā)展學(xué)生高階思維具有一定的作用。但具體采取的方法不僅僅局限于以上四種方法，這些方法在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，還需要將物理理論知識與深入實(shí)踐學(xué)習(xí)相結(jié)合，以切實(shí)發(fā)揮這些方法的作用。

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責(zé)任編輯：唐丹丹