基于高阶思维下的物理教学设计探究

摘 要：基于高阶思维下的教学对学生的全面和谐发展具有重要意义，一线教师要能够结合课程内容的具体特点进行合理的教学设计。本文首先对物理高阶思维的概念及其教学特征进行简要解读，其次在此基础上探讨基于高阶思维下的教学设计的基本原则，最后例谈高阶思维下人教版八年级《液体的压强》一节的具体教学设计。

关键词：初中物理;高阶思维;教学设计;液体压强

新的教育形势下，基于高阶思维下的物理教学设计成为热门的教学课题之一。以下基于笔者个人的思考及教学实践体会对此做一较为系统的探讨，希望对相关教学工作者有所启示。

一、 物理高阶思维的概念及教学特征解读

高阶思维，是发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力。下面我们尝试从教育理念、教育目标、教学效果以及师生角色定位几个基本方面对基于高阶思维下的教学的基本特征加以较具体的解读，这可以说是基于高阶思维下教学设计的“理论基础”，应当有一个较全面的了解。

首先，从教育理念来看，基于高阶下的物理教学提倡一种民主、和谐、积极、自由的教与学的氛围，在这种氛围中，师生平等，教学相长，使学生拥有充分的自主空间，从而使其潜力和创造性得到充分的发挥。

其次，从教育目标来看，在知识、能力、情感态度诸目标领域中，基于高阶思维下的物理教学更强调能力目标和情感目标，以为学生创造性的发展为目的，注重让学生发挥高度能动性投入到探究过程中，从而促进其科学素养的养成。

再次，从教学效果来看，基于高阶思维下的物理教学的效果不是以教师的表现为重心，学生在探究活动过程中的表现才是重点，要看学生是否真正地在知识、能力、情感方面有所进步和提高。

最后，从师生的角色定位来看，基于高阶思维下的教学教师应当作为指导者、把控者、服务者，具体地说就是为学生准备好物质条件，创设合适的情境，引导和鼓励学生思维的行进、发散和拓展，但又要灵活控制探究思路和课堂进程，使学生在探究过程中不仅能收获新知识和巩固旧知识，更能提升能力，增进物理综合素养。学生在探究过程中则为探索者、思考者、验证者，即围绕问题的解决查阅相关信息、确定方案、观察结果、收集数据，在已有知识和经验的基础上进行分析和研判，验证之前的假设，得出最终结论。

二、 基于高阶思维下教学设计的基本原则

上一部分我们指出了基于高阶思维下的物理教学与科学探究具有不可分割的关系，并从不同教学简单解读了基于高阶思维下的物理教学的基本特征，由此可以延伸出以下几点教学设计的基本原则。

第一，要注重促进学生从依赖学习向独立学习转变。传统的物理课堂由于忽视或低估学生的自主学习能力，很少为学生提供适当的独立学习环境。而基于高阶思维下的探究教学通过创设适当的环境和机会鼓励甚至要求学生进行独立的思考、探索和学习，从而让学生深刻体验知识的发现过程，并充分发挥独立性，最终促使他们在学习意识和习惯上完成从依赖学习到独立学习的转变。

第二，促进学生从被动学习向主动学习转变。学生如果在学习过程中一直处于被动地位，死记硬背、重复训练，将不仅感受不到学习的乐趣，对于所学知识也难免只是达到表层化的理解，难以深入理解，最终导致教学活动像一潭死水，失去生机和活力。而基于高阶思维下的教学则可以在很大程度上改变这种僵化的教学状况，使学生保持较高的主观能动性投入到学习中去。

第三，要促进学生从接受学习向发现学习的转变。在传统模式下的教学中，学生往往只是教师讲授知识的“听众”，而基于高阶思维下的探究则是一个严谨且具有系统性特征的过程，在这一过程中，学生只有运用科学的思维方式与探索方法看待和分析问题，才能收到较好的效果。探究发端于假设，其能有效地促使学生保持高度思维活跃度去思考、归纳、分析，整个探究过程强调的是学生探索新知的经历和获得新知的体验，当假设得到验证、问题得到解决的那一刻，学生也就深入而切实地获得了相关知识。简言之，探究的过程也就是发现知识的过程。因此，在经常性的探究式教学氛围的熏陶和浸润下，学生会逐渐地从习惯于接受性的学习向发现性的学习过渡，并最终在习惯和意识上完成这一转变。

三、 例谈高阶思维下的教学设计

本文以人教版八年级《液体的压强》一节为例，基本思路是在实验探究的基础上进行讨论，使学生在以分析、评价、创造为主要的思维活动过程中，掌握液体压强大小及其影响因素与连通器知识，同时锻炼探究能力和科学素养，提升思维品质，具体设计如下。

教学目标：

知识与技能：理解液体内部存在压强及液体内部压强的方向;掌握液体压强的影响因素;理解液体压强的实际应用，熟悉实际生活中常见的各种连通器。

过程与方法：通过观察相关的演示实验，理解液体内部存在压强的事实;在掌握必要知识的基础上通过想象感悟游泳时身体受到水产生的压强。

情感、态度与价值观：锻炼学生观察实验能力、探究能力以及科学素养。

教学重难点：

重点：液体压强的特点;难点：液体压强公式的推导。

课前准备：

器材：准备下面的器材和一个装有水的大桶，如果时间充足可以泡制盐水。

教学过程：

举一些常见的关于液体压强的实例，如河坝形状为梯形、海洋深处打捞上岸的鱼不久就会死去、穿潜水服在越深的水下所受到的压力就越大（可通过多媒体屏幕展示），在此基础上引导学生意识到液体对浸入其中的物体会产生力的作用。

（一）演示實验

往水平桌面上倒一些水，使其均匀散开;往上端开口、下端扎有橡皮膜的玻璃圆筒内倒一些水（倒水前，引导学生看到橡皮膜表面与筒口相平），然后让学生讨论观察到的现象（橡皮膜向下凸出）;往侧壁开口处扎有橡皮膜的圆筒中倒水（倒水前，引导大家注意橡皮膜表面与侧壁筒口相平），然后让学生讨论观察到的现象（橡皮膜向外凸出），接着把下端扎有橡皮膜的玻璃空圆筒置于水中，会很容易观察到“橡皮膜向上鼓”的现象，在此基础上让学生思考和讨论出现这种现象的原因是什么。最后教师引导学生基于上述的演示实验做出结论：“由于液体自身重力的作用，其对容器底部和容器侧壁会产生压力（压强）”。

（二）探究液体内部的压强特点

基于以上的演示实验，让学生分组思考和讨论液体内部的压强具有什么基本的特点。组内经过讨论猜想而做出假设，设计实验验证方案并与教材上的实验方案对比等。在此之前，教师应使学生掌握U形管压强计的工作原理，知道其是怎样彰示压强的大小。

1. 演示压强计的使用：教师用手指轻轻按压金属盒口的橡皮膜，注意不要用力太大，以U形管中的水不冒出管口为限。引导学生观察压强计U形管中两管液面出现的高度差，学生会看到，按压的力增大，两管液面的高度差也随之而增加，这就是说，橡皮膜表面受到的压强与U形管两管液面的高度差成正比。

2. 点拨实验步骤：待各小组设计好实验方案后，教师给予点评并与教材上的实验方案加以比较，最终还是应“统一口径”，让学生按照教材上的方案做实验。在实验操作前，引导学生切实理解实验原理、步骤和注意事项。特别要强调，在实验过程中要注意观察金属盒口的方向，并且要在保持橡皮膜在液体（水或盐水）中的深度相同的同时，注意观察U形管两管液面的高度差，认真及时地记录好数据。

3. 让学生以小组为单位做实验，每个小组都做两组实验，一组用水，一组用盐水。实验过程中，教师要深入各小组之间，发现问题随时指出，并给予指导，要特别注意检查学生在做实验时橡皮膜所朝的方向、记录数据和U形管两管液面的高度差，避免最后得出不正确的实验结论。

4. 做完实验后，让学生分析记录的实验数据，思考和讨论液体内部是否存在压强？如果存在，液体内部压强有何种规律？让每个小组的学生都说一说，在同一深度处，U形管两管液面的高度差，并思考和讨论用水和盐水做实验这两种不同的情况下，U形管两管液面的高度差有较明显的差异，这一现象说明了什么？

（三）总结液体压强的特点，由固体的压强公式推导出液体压强公式

液体内部朝各个方向都有压强;在同一深度，各方向压强都相等;深度增大，液体的压强增大;液体的压强还与液体的密度有关，在深度相同时，液体密度越大，压强越大。

然后请学生回答前面的问题：（点击课件动作按钮）河坝上窄下宽的形状，深海里的鱼打捞上岸就死去，在不同深度的潜水服所承受的水的压力不同，为什么？

然后做些练习检测学生掌握得怎么样。

在以上步骤的基础上，由固体的压强公式推导出液体压强公式。

建立理想模型由固体压强公式推导得出液体压强公式：

在此基础上，由公式分析液体压强的影响因素是液体密度和深度，与所做的实验结论一样。可见这个公式不仅是计算公式还可以反映影响因素。同时要深入说明一下深度与高度的不同。

课堂小结：

教师引导，回顾探究过程及得出液体压强公式的过程。

四、 结语

如上所述，本文首先对物理高阶思维的概念并对其教学特征进行了简要解读，从而为教学设计奠定理论上的基础，在此基础上又较为具体地基于高阶思维下的教学设计的基本原则，然后呈现了人教版八年级《液体的压强》一节的具体教学设计。鉴于基于高阶思维下物理教学对学生发展的重要意义，一线教师要能够结合课程内容的具体特点进行合理的教学设计。本文抛砖引玉，尚盼与同仁交流。

参考文献：

[1]王巍.物理探究性實验中培养学生高阶思维的研究：以“电磁感应现象”教学为例[J].物理教学，2019（9）.

[2]范建华.指向核心素养的高阶思维培养：以苏科版初中物理“磁体与磁场”为例[J].理科考试研究，2019（4）.

作者简介：

鲁山印，贵州省六盘水市，贵州省六盘水市民族中学。