中学物理教学中高阶思维能力培养的探讨_教学过程论文

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      随着社会信息化发展的不断深入，以知识存储为特征的传统学习方式已经无法适应当前社会的快速发展。面临复杂多变的环境，学生需要具有更强的搜集和处理信息、分析和解决问题、快速决策以及创新等能力。作为科学教育的一个重要方面，物理教学因其学科特点，成为培养思维能力最佳阵地之一。在物理教学过程中，如何有效培养学生获取新知识、分析和解决问题以及交流与合作能力，进而促进学生的高阶思维能力发展是本研究探索的重要问题。

      二、高阶思维能力的界定

      对于高阶思维（Higher-Order Thinking Skill，HOTS），至今还没有公认一致的定义。美国著名教育家布鲁姆（B.S.Bloom）从认知目标分类角度入手，依据思维方式的复杂程度，将思维分成从低层次到高层次、从简单到复杂的6个思维层次，依次为知道（Knowledge）、理解（Comprehension）、应用（Application）、分析（Analysis）、评价（Evaluation）与创造（Creation）。其中知道、领会和应用被认为是“低阶思维”，分析、评价和创造属于“高阶思维”。低阶思维（Low-order thinking）指较低层次的认知水平，主要用于学习事实性知识或完成简单任务；而高阶思维（High-order thinking）则超越简单的记忆和信息检索，表现为一种以高层次认知水平为主的综合性能力，强调学生系列能力的发展，如批判性地评价信息、自主学习（自我调节学习）、解决问题、创造性思维、批判性思维、信息素养及协作等能力。[1]我国学者钟志贤认为，高阶思维是发生在较高认知水平层次上的心智活动或较高层次的认知能力，主要由问题求解、决策、批判性思维以及创造性思维等能力构成。[2]

      高阶思维与低阶思维关键的区别在于“低阶思维发生在一个人已经知道如何做的情况下，即所要解决的任务或题目仅需要存取、注入、或列举已经到手的或很容易获得的信息与概念。而高阶思维强调，个人以一种对于自身而言属于新奇的方式来利用信息和概念去解决一个难题或任务”。[3]可见，高阶思维能力包括不断分析、比较、概括、综合评价和创造等能力，高阶思维超越简单的记忆和信息检索，是一种以高层次认知水平为主的综合能力。

      三、中学物理教学中学生高阶思维能力培养的现状及原因分析

      1.学生物理高阶思维能力的现状

      众所周知，目前我国中学物理教学仍然摆脱不了过多地对学生低阶思维技能的培养和低阶知识的学习。在教学内容的选择上，过分注重学生对物理现象的理解以及对物理规律、概念的掌握，忽视了物理教学过程中学生分析、评价、创新等高阶思维能力的培养。在教学方法上，虽然新课改后呈现出许多新的教学模式，但教学中，教师讲解仍占主要地位，而且关注的是学生对先前学习过的概念的记忆，包括具体事实、方法、过程等的回忆，或对概念、规律的理解和把握层面，教学只停留在让学生明白“是什么”而没有启发学生对“为什么”、“怎么样”进行思考和探索。在活动的选择上，教学活动以学生观察或模仿教师课堂行为并加以练习巩固和实践为主。这样的课堂教学至多也仅仅能发展学生的低阶思维，学生分析问题、解决问题、批判性思维和创造性能力这样的高阶思维能力不能得到应有的提高和发展。

      笔者在布鲁姆（B.S.Bloom）认知目标分类（2001年版）和有关调查问卷的基础上，研究编制了高阶思维能力问卷调查表，并对东莞市某中学高一、高二200名学生的物理高阶思维意识与态度，思维习惯与方式进行了问卷调查。调查表共26个题目，根据调查对象发生选项所描述的行为的频率，将选项分为“总是”、“经常”、“有时”、“很少”和“从不”5个等级，分数依次记为5、4、3、2、1。每一选项都能反映学生处理此问题的态度、对策及思考的不同层次，以此来了解高中物理学习过程中高阶思维能力的现状。统计结果（如图1所示）显示，高一、高二学生在分析、评价与创造等高阶思维能力的题目中相比知道、理解与领会等低阶思维能力的题目，选择频数的百分比低很多。虽然高二学生比高一学生的高阶思维能力略有提高，但调查显示，学生处理问题的思维习惯仍然主要以低阶思维层次为主。这反映了当前高中生普遍存在高阶思维能力欠缺的状况。

      

      2.学生高阶思维能力现状的原因分析

      通过对问卷调查结果分析，学生的高阶思维能力表现出缺失状态，其可能的原因如下。

      （1）教师对学生高阶思维能力的培养重视不够。在高考这一客观环境下，教师为了快速提高成绩，专注于知识的讲解，对发展学生高阶思维能力往往意识缺乏，对高阶思维的特点认识不够深刻，严重制约了学生高阶思维能力的发展。

      （2）培养学生高阶思维能力有效的教学方式缺乏。尽管新课改过程中全新的教学模式层出不穷，但往往形式化严重，不能很好地激发学生的思维主动性。

      （3）教师对促进学生积极思考的有效问题的设置不多。正如杜威所言，思维一定是由“难题和疑问”或“一些困惑、混淆或怀疑”引发的，“问题的本质决定了思考的结果，思考的结果控制着思维的过程”。传统教学内容的问题往往是孤立的、封闭的、结构良好的，在很大程度上忽略了与真实生活情境的联系，局限了学生在新旧知识上的串联与重组，很难引发学生展开反思、批判、创新等思维活动，这对高阶思维的发展产生直接影响。

      （4）教师教学中对HOTS学习环境的构建不够。丰富的学习环境可以为学习者提供充足的支架，而当下相当多的教师未能很好地利用丰富的技术资源为学生营造真实、轻松、愉悦、能诱发学生积极思考的学习环境，并能为学生高阶思维能力的发展提供有力的支持。

      然而当今，社会的发展对物理人才的需求不仅仅是简单地掌握基本的物理概念以及对定律规律的推导、计算上，而是要求既有对物理现象敏锐的观察能力，同时又要有较强的分析问题、基于物理规律解决问题的能力以及不断创新的能力。因此，培养高阶思维的课堂教学需要彻底改变上述做法，引导和鼓励学生积极参与课堂活动，发展思维技能。

      四、中学物理教学中学生高阶思维能力培养的若干策略

      高中生高阶思维严重缺失，不仅影响了学生自身思维水平及结构的偏废，还会影响升入大学后可持续发展能力，甚至还会影响到毕业后踏入社会自我发展的能力。培养学生高阶思维能力已成为教学过程中一项刻不容缓的任务，本文认为可以从以下几个方面着手。

      1.明确高阶思维能力的重要性，提高其培养的意识

      中学物理教师必须制订思维能力培养的目标和计划，在课堂教学过程中，有意识地培养学生的高阶思维能力。

      （1）根据高阶思维能力的培养目标、学情和教学内容，制定明确的课堂教学目标，选择适当的教学方法。例如，教师通过翻转课堂，通过课前布置学习任务，课中小组成员间的合作学习、基于问题互相讨论、模拟性决策和问题求解等活动来组织学生进行物理概念、规律的学习，从而发展学生的高阶思维能力。

      （2）教师用简单的问题引出学生复杂的思考，使“低阶思维”转成“高阶思维”。[4]教师应有意识地让学生投入到分析、比较、对比、概括、解决问题、实验和创造等学习活动中去，尽量不要求他们参与仅仅需要回忆事实性知识的活动。例如，在学习平均速度和平均速率这两个物理量的时候，让学生分别从其定义、定义式、物理意义、矢量性几个方面比较它们的异同，其效果高于让学生死记硬背的效果。

      （3）教学过程中，要消除教师和教材对教学的控制，强调学生对学习过程的参与。在物理教学的过程中要强调学生自己主动对思维实践的经常性参与，关注学生对于物理概念、规律学习过程和意义的建构。给学生充足的时间思考，让学生去交流他们对于概念、规律的理解。

      2.设置基于任务的教学，发展学生的高阶思维能力

      任务型教学是一种以任务为基础的教学途径。任务是一个手段，主要包括任务的设计、任务的实施、任务的管理评价等方面。通过这种方式，增强学生的主体性，启发学生的思维，提高学生的实践和团结协作能力。设计具体任务时，应围绕物理学科知识，从学生的学习实际出发，设计出针对性强、操作性强、任务性强的多活动任务，引导学生通过自主参与、积极合作来提高其发现问题、解决问题的能力，并培养他们的创造性思维能力。在物理教学的过程中，可根据教学内容设计适量灵活性、开放性的活动任务，鼓励学生带着批判的意识收集资料，让学生以小组为单位相互合作、讨论、交流，培养他们的求异思维能力。例如，学生掌握了基本电路连接方式，可尝试让学生以小组为单位为一个新建的二层小楼设计一个在楼上和楼下都可以控制一个灯的电路。学生在完成任务的过程中，教师可以通过启发式提问、提供相关电路连接方面的资料、介绍研究方法等形式为学生提供学习支架，指导学生。学生完成任务后对学生的研究成果进行分析、概括、总结和评价。并把成果展示给全班的学生，与他们进行交流和讨论。在对信息进行搜索、分析和概括的过程中，学生经历了一系列的思维活动，同时还要不断地与小组成员进行交流，选择最优的实施方案，这都有利于学生高阶思维能力的发展和提高。

      3.精心设计高阶学习的问题，培养学生的高阶思维能力

      最适合思维的教学，是以思维为基础的问答策略。[5]也就是说，教师教学问题的设计（包括口头和书面问题）是培养学生高阶思维的最有效手段。在物理教学中，培养高阶思维应该围绕物理概念、规律为学习者设计开放的、挑战性的、能引起多种解决途径的问题，给学生提供多方位思考问题的机会。同时一个基于高阶学习的问题除了类型上具有开放性，表达上具有情趣性以及与学生生活息息相关外，还需要具有层次性。如表1所示，教师可以根据Bloom认知目标分类学设置有层次的问题，有意识地发展学生的高阶思维能力。例如，校运会上学生大都观看过跳高比赛，让学生分析身体素质和技术相当的跳高运动员，如果想取得好成绩，请学生用学过的物理知识解释一下该采用哪种方式越过横栏呢？让学生讨论、分析并说明理由。显然，开放的问题有助于激发学生的好奇心和想象力，从而锻炼学生猜想、核查、评估、创造等技能。

      4.构建HOTS学习环境，营造高阶思维能力发展的氛围

      高阶思维能力的培养还有赖于教师为学生创设丰富的HOTS学习环境。

      

      （1）创设有针对性、真实、富有吸引力的问题情境。我国著名教育家陶行知先生说“生活即教育，脱离生活的教育是死教育。”学生在日常的生活中观察和接触过许多物理现象和应用物理知识的事例。教师在教学时要善于恰当地利用学生已有生活经验和经历以及反映当代科学技术发展的重要成果为学生创设发现问题的物理情境。例如，在讲“流体压强与流速”一节的内容时，用图片给学生呈现地铁站、火车站乘客站在黄线外等车的场景，让学生思考为什么乘务员要提醒乘客站到黄线之外呢？乘车的场景和学生的生活息息相关，因此更容易引发学生的思考、讨论，教师可以引导学生在对现象分析基础上形成整体思维的模式，进而培养学生的高阶思维能力。

      （2）创设过程性辅导与情感支持相融合的学习环境。学生高阶思维能力的培养还有赖于情感因素的支持。轻松愉悦的学习气氛和环境，对学生的学习动机会产生积极的影响。因此，教师要以学生为中心，做学生的伙伴和朋友，在课堂上要不断向学生传递亲切、鼓励、信任、尊重的情感信息，使学生产生不怕犯错、敢于开口的学习心理。教学中，要鼓励学生敢于表达自己的思想、提出自己的质疑。在分析物理问题时，教师既要分析到学生没能领会到的深层次的问题，又让他们感到你是在与他们探讨，让他们感到师生间的平等，有利于消除学生的情感焦虑，从而有利于学生自由表达思想。

      （3）构建协商对话的合作学习环境。合作是学生共同探讨、共同交流的一种学习方式，它能够让学生体验到知识交流和探索的乐趣，并能够在讨论中促进积极的思维，让学生在不知不觉中获得更多的体验，以及分析问题的更多视角。在进行物理教学的过程中为学生构建合作学习环境，可以让学生基于学习任务、物理疑难问题，展开讨论。由于文化背景的差异，不同的学生对问题的理解也各不相同，这种差异本身就形成了一种学习资源，在交流的过程中学生能够更好地对自己的理解和思考过程进行监控与审视，有利于学生对问题更深层的理解，有利于促进学生的自我反思。

      （4）创设技术丰富的学习环境。在信息技术环境下，技术作为学习者的认知工具、情境创设工具、协作交流工具等为高阶思维能力的发展创造了更多的条件。[6]在技术丰富的学习环境中，学习者可以利用网络搜索引擎、教育软件以及教师制作的微课视频等信息技术作为学习工具。这些工具的使用不仅能拓宽学习者的认识范围，而且可以培养学习者信息检索、分析、比较和批判的思维，同时学习者需要经过复杂的思维过程才能解决问题。例如，在学习新课之前，教师可以做一些微视频传至网络，让学生进行学习，或者基于一个物理问题以小组为单位，搜集信息并在微社区内进行讨论。此外，教育软件可以建构探究问题的解决框架，为学生提供学习资源，引导学生探究的方向，记录学习的进度，并展示学习的成果，为学生的学习和高阶思维的发展提供充足的支架。

      总之，高阶思维能力是时代对人才培养的要求，在物理教学过程中培养学生高阶思维能力有赖于多种教学方法的有效设计和综合运用。教师应在教学中创设丰富的学习情境，将知识获得与知识应用紧密结合，通过精心设计经历复杂的思维过程才能解决、完成的问题和任务，提供多种资源、工具、技术作为学习支架，从而帮助学习者在解决问题和完成任务的过程中逐渐获得高阶思维能力。

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