李旭斌 陳曉陸

摘? ?要：以人教版高中物理必修一“超重和失重”為例，從“問題”“活動”“生成”３個維度構(gòu)建物理高階思維課堂。課前通過任務驅(qū)動學生利用手機、體重秤、便攜式手提秤等家用設(shè)備探究生活中的超重和失重現(xiàn)象，課上通過問題驅(qū)動呈現(xiàn)超重和失重的認識過程，區(qū)分超重和失重的方法，運用Phyphox軟件測量手機對手掌壓力的極值，推理壓力為零條件下的手機受力特點并建立完全失重概念，并通過有關(guān)太空生活的問題深化對完全失重概念的理解。

關(guān)鍵詞：高中物理；問題驅(qū)動；高階思維；超重；失重；Phyphox軟件

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）8-0006-3

高階思維包含分析綜合、評價、創(chuàng)造（創(chuàng)新）。問題引領(lǐng)下的高階思維課堂教學，是通過教師引導下的問題解決，讓學生基于事實經(jīng)驗構(gòu)建物理模型，運用抽象概括、分析綜合、推理論證分析解決問題，基于事實證據(jù)和科學推理對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，進行檢驗和修正，進而提出創(chuàng)造性見解，旨在提升學生的高階思維品質(zhì)。

如何有效提升和發(fā)展學生高階思維？如何引導學生通過反思和質(zhì)疑、交流和評估產(chǎn)生新的問題？這些都是值得研究的方面。高效的高階思維課堂主要由“問題”“活動”“生成”３個維度構(gòu)成［１］。其中，問題（鏈）的設(shè)計應具備開放性、挑戰(zhàn)性、層次性、多解性等一系列特征［２］，具體實施可在課前通過挑戰(zhàn)性學習任務，給予學生充分時間進行模型建構(gòu)、科學推理、科學論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等科學思維活動，并培養(yǎng)問題意識；課上通過問題（鏈）引導學生質(zhì)疑批判提出創(chuàng)造性見解、檢驗修正完善自我認識，從而得到高水平生成，并發(fā)展學生分析綜合、評價、創(chuàng)造（創(chuàng)新）的高階思維。下面以筆者親自教授的“超重和失重”研究課為例，分享如何實現(xiàn)一節(jié)高效的高階思維課堂教學。

１? ? 探究性的活動體驗是高階思維課堂的必備前提

【任務】 居家探究生活中的超重和失重現(xiàn)象。

【內(nèi)容】 預習人教版高中物理必修一第四章第６節(jié)“超重和失重”，利用手機、體重秤、便攜式手提秤等工具居家探究超重和失重現(xiàn)象。在手機中下載Phyphox軟件，并用軟件中的“加速度”功能記錄研究對象（人或手機）的運動狀態(tài)變化情況，觀察不同運動狀態(tài)下的測量儀器示數(shù)變化情況，并解釋所看到或感受到的現(xiàn)象。

【要求】 利用周末時間獨立完成，闡述實驗方案、實驗現(xiàn)象、問題提出、理論解釋。

該任務具備開放性、挑戰(zhàn)性，學生可自主選擇常用的手機、體重秤、手提秤等設(shè)備進行探究，制訂實驗方案。同時，該任務具備層次性，學生完成任務時，需要依次經(jīng)歷儀器示數(shù)變化規(guī)律的總結(jié)、物理模型的建構(gòu)、科學推理論證、現(xiàn)象解釋，并在任務驅(qū)動下自發(fā)地對“研究對象（人或手機）的狀態(tài)如何變化？”“儀器示數(shù)是什么力產(chǎn)生的？”“為什么儀器示數(shù)會變大（變?。?？”“儀器示數(shù)與研究對象加速度間有何關(guān)系？”等一系列層層遞進的問題進行分析，建立超重和失重的概念。

２? ? 科學的問題設(shè)計是實施高階思維課堂的基礎(chǔ)

好的問題是讓學生在回答過程中充分經(jīng)歷科學思維活動過程，通過相互關(guān)聯(lián)、層層遞進、激發(fā)需求、難度適當?shù)膯栴}，充分調(diào)動學生進行質(zhì)疑批判、檢驗修正，提升認知、形成高階思維品質(zhì)［３］。

問題１：你的實驗方案是怎樣的？看到了什么現(xiàn)象？提出了哪些問題？（指向問題意識的培養(yǎng)）

問題２：你提出的問題有明確的答案嗎？如何理解超重和失重？（指向模型建構(gòu)、推理論證的科學思維，分析綜合的高階思維）

問題３：還有什么不同的方案探究超重和失重？你對超重和失重又有怎樣的理解？（指向質(zhì)疑創(chuàng)新的科學思維，評價創(chuàng)新的高階思維）

問題４：通過以上同學的分享，你對超重和失重有何新的認識？如何通過加速度的方向區(qū)分超重和失重？（指向檢驗修正、完善認知的高階思維）

問題５：能否運用Phyphox軟件和能用到的測量工具，測量手掌托舉手機抬升、下降過程中，手機對手掌的最大壓力和最小壓力？（指向創(chuàng)新的高階思維，模型建構(gòu)、科學推理的科學思維）

問題６：ａ－ｔ圖像最低處，當手機對手掌壓力為零時，手機受力有何特點？加速度有何特點？手機處于什么狀態(tài)？（指向分析綜合的高階思維，推理論證的科學思維）

問題７：如圖１，閱讀人教版高中物理必修一中的相關(guān)素材，提出你感興趣的問題，大家一起分析和解決這些問題。（指向問題意識的培養(yǎng)）

以上問題鏈在給學生搭建自我展示平臺的同時，鼓勵學生質(zhì)疑創(chuàng)新，采用不同的方案解釋現(xiàn)象，并通過檢驗修正完善對超重、失重的認識。鼓勵以獨特的視角進行探究，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，設(shè)計測量手機對手掌壓力極值的實驗方案，通過科學探究、合作交流、分析綜合、推理論證，建立完全失重概念，同時通過問題的提出和解決深化對完全失重概念的理解。

３? ? 課堂的實際生成是檢驗學生是否形成高階思維的最好憑證

高階思維課堂教學強調(diào)教師引導和學生主體的雙主基調(diào)，學生是在教師問題鏈驅(qū)動下完成思維要素的應用、高階思維的生成、概念認識的形成，而不是因為有了預習任務，就一味地讓學生自我展示、片面地追求學生主體的形式，這樣就弱化了教師的引導作用和學生的實際獲得。

通過問題１、問題２，有學生在體重秤上下蹲和起立進行探究，提出“為什么下蹲過程中體重秤示數(shù)先減小后增大？”“為什么起立過程中體重秤示數(shù)先增大后減?。俊睒?gòu)建支撐物模型，以人為研究對象并進行受力分析，通過牛頓運動定律解釋現(xiàn)象，并提出“重物對支撐物壓力大于（小于）重力的現(xiàn)象是超重（失重）現(xiàn)象”，學生的呈現(xiàn)過程如表１所示，學生的思維活動體現(xiàn)了模型建構(gòu)、推理論證的科學思維要素，以及分析綜合的高階思維過程。當然，還有學生提出在直梯中測量體重進行探究，具體過程不再贅述。

問題３給學生評價機會的同時，還給不同方案的學生提供了展示的契機，有學生用便攜式手提秤提著手機進行探究，提出“為什么提起手機過程中拉力先增大后減??？”“為什么放下手機過程中拉力先減小后增大？”構(gòu)建懸掛物模型，以手機為研究對象進行受力分析，通過牛頓運動定律解釋現(xiàn)象，并提出“重物對懸線的拉力大于（小于）自身重力的現(xiàn)象是超重（失重）現(xiàn)象”，學生的呈現(xiàn)過程如表２所示，學生質(zhì)疑創(chuàng)新的科學思維活動、評價創(chuàng)新的高階思維活動均得到體現(xiàn)。

問題４綜合不同方案下的結(jié)論，學生通過交流、評價，發(fā)現(xiàn)不同方案下的超重、失重現(xiàn)象存在共性，即加速度向下物體處于失重狀態(tài)，加速度向上物體處于超重狀態(tài)，并以加速度方向區(qū)分超重和失重。該過程體現(xiàn)了通過檢驗修正、完善和優(yōu)化認知的高階思維過程，即評價創(chuàng)新的體現(xiàn)。

問題５建立在以加速度方向區(qū)分超重和失重現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，學生用便攜式手提秤測量手機質(zhì)量，通過分析判斷壓力的最小值出現(xiàn)在圖２中ａ－ｔ圖像的最低位置，壓力的最大值出現(xiàn)在圖２中ａ－ｔ圖像的最高位置。軟件采集最低點數(shù)據(jù)ａ１（取絕對值），根據(jù)牛頓第二定律方程ｍｇ－Ｆ支＝ｍａ１計算最小支持力大小，最后根據(jù)牛頓第三定律得到壓力最小值；軟件采集最高點數(shù)據(jù)ａ２，根據(jù)牛頓第二定律方程Ｆ支－ｍｇ＝ｍａ２計算最大支持力大小，最后根據(jù)牛頓第三定律得到壓力最大值。該過程體現(xiàn)了借助手機定量測量壓力極值的創(chuàng)新方案、非平衡狀態(tài)下運用牛頓運動定律測量壓力這一創(chuàng)新的高階思維，同時學生也經(jīng)歷了模型建構(gòu)、科學推理的科學思維要素。

建立在學生分析解決問題５的基礎(chǔ)上，教師通過問題６引導學生推理圖像最低處壓力為零時的加速度（圖2），發(fā)現(xiàn)此時手機只受重力作用，且加速度為ｇ，建立完全失重概念。該過程指向分析綜合的高階思維、推理論證的科學思維，建立完全失重的概念。

學生通過居家實驗展示底部鉆有小孔的水瓶在自由下落過程中水不流出的現(xiàn)象，并根據(jù)完全失重狀態(tài)下水對瓶底無壓力進行解釋。最后通過問題７提出“航天員處于完全失重狀態(tài)，他們受力嗎？”“為什么不落回地面？”“為什么液體呈球形？”“為什么液體中的氣泡不受浮力？”“航天員在太空中如何測量體重？”……并通過思考、討論對以上問題的答案達成共識，深化對完全失重概念的理解。

４? ? 結(jié)? 論

高效的高階思維課堂重在問題設(shè)計、活動體驗、實際生成３個維度的串聯(lián)［１］，教學設(shè)計不能僅停留在知識層面，應借助問題（鏈）引導學生親歷科學思維要素，發(fā)展高階思維，促進認識的形成完善；同時，教師應善于借助問題啟發(fā)學生反思和質(zhì)疑、交流和評估，并提出新的問題。

參考文獻：

［１］李旭斌．基于核心素養(yǎng)的高中物理高階思維課堂創(chuàng)設(shè)［Ｊ］．物理通報，２０２３（３）：７６－７９．

［２］李貴安，鄧泓，周詳，等．中學物理教學中高階思維能力的培養(yǎng)探究［Ｊ］．物理教師，２０１５，３６（８）：２－４，１３．

［３］馬云秀．通過科學探究 培養(yǎng)高階思維能力——以“機械能守恒定律”一課教學為例［Ｊ］．物理教師，２０１８，３９（１２）：１６－１８，２２．

（欄目編輯? ? 趙保鋼）