在“一滴油的旅行”中培养高阶思维能力

摘 要：本文以“一滴油的旅行”为线索，通过适恰的情境、巧妙的问题和有效的整合，将“杠杆模型”“滑轮组的机械效率”“探究不同物质吸热升温现象”“比较质量相同的不同燃料完全燃烧放出的热量”等实验串在一起，以期培養学生的分析解决问题能力、创新能力、质疑批判能力和分析综合能力等高阶思维能力.

关键词：高阶思维;适恰的情境;巧妙的问题;有效的整合

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）20-0054-03

作者简介：陈希（1981-），女，吉林人，本科，中学一级教师，研究方向：物理课堂教学培养思维能力.

高阶思维是指处于较髙认知水平层次上的心智活动或认知能力，它在教学目标分类中表现为分析、综合、评价和创新.高阶思维是髙阶能力的核心，主要指创新能力、问题解决能力、分析综合能力和批判性思维能力.

本文以苏科版物理第十一章“简单机械和功”和第十二章“机械能和内能”的复习为案例，以“一滴油的旅行”为线索，利用“抽油、运油和用油”三个模块，设置适恰的情境，将相关知识进行有效整合，培养学生的分析解决问题的能力、批判性思维能力和分析综合能力.

1 创设模型情境，培养分析解决问题的能力

分析解决问题的能力，是集观察实验能力、识记能力、情境抽象能力、思维能力等基本能力于一体的综合能力，教师对于学生的分析解决问题能力的培养，就要渗透到每一项基本能力的培养中.所以，创设模型建构的生活情境，对客观事物进行抽象和概括，构建反映事物本质特征共同属性的物理模型，从而培养学生分析解决问题的能力.笔者从“一滴油的旅行”中抽油情境出发，由易到难创设三种模型情境，逐步培养学生分析解决问题的能力.

情境一：学生观看“一滴油”被抽油机抽出地面的视频如图1所示，初步感受抽油机的工作过程，再展示自制简易抽油机模型（如图2所示），学生利用模型体验抽油的过程，在模型上找到支点、动力和阻力的作用点及方向.最后，在模型中画出动力和动力臂、阻力和阻力臂（如图3所示）.

学生通过动态的演示到静态的分析，从看到、触到、悟到三个渐近的过程，明确研究对象及其经历的过程，逐步建立杆杆模型，解决直接、简单的物理问题.但并不是在所有情境中模型建构的过程都比较清晰可辨，所以笔者创设了情境二.

情境二：小明在一次旅行前，在拉杆箱中装好衣物，将拉杆箱稍稍提离地面至如图4所示位置静止，小明想知道此时最小的拉力多大，于是他仔细研究拉杆箱的结构，A为轮子的轴心，O为重心，OB为竖直方向，D为拉杆的中档调节点，E为拉杆的最长调节点.并测得箱重250N，AE=120cm，AC=CE =2AB=2CD.思考：小明所用最小力大小为多少牛.

这一情境的模型比较清晰，但经历的过程比较短暂，不易分析，所以教师应引导学生从已知条件出发，图文结合，认真分析情境中的物理过程.将拉杆箱稍稍提离地面到如图所示位置时，AE沿A点转动，从而确定A为支点，提拉杆箱的力为动力，拉杆箱整体所受重力为阻力，符合杠杆模型的基本条件，从而建构杠杆模型解决上述问题.

从情境中把握杠杆的本质——绕固定点转动的硬棒，选择合适的模型，结合物理规律，从而培养学生解决简单物理问题的能力.但并不是所有情境中的模型都一目了然，所以笔者创设情境三.

情境三：在一次全市公开课前夕，为了让来听课的外校老师快速找到报告厅，小明制作一个指示牌摆在校门口（如图5所示），可是制成后，指示牌总是沿如图所示方向翻倒.为了让指示牌站立在门口，请提出合理的改进意见，并说明理由.

在这一情境中指示牌经历的过程比较清晰，但模型比较隐蔽，学生从杠杆的本质——绕固定点转动的硬棒出发，很难一下找到支点，初步的模型建构存在障碍.这就需要从研究对象和经历过程进行分析，“沿图示方向翻倒”为生活语言的表述，转化为物理语言则为“指示牌整体沿底座左侧与地面的接触线转动”，从状态变化情况分析，区分各结构因素的主次关系，从而抓住整个过程的物理实质，再将整个装置抽象成杆杆模型，找到动力和阻力，最后通过杠杆平衡条件来解决比较复杂的问题.

通过上述三个逐渐深入的情境，从可以直观地看到支点，到从情境描述中找到支点，再到从情境和状态变化分析过程中找到支点从而构建杠杆模型，将杠杆模型隐藏的越来越深，层层递进.培养学生从具体问题中挖掘隐藏模型，能够分步骤对模型中的问题加以提取，利用模型的本质和特征的能力，培养学生科学地解决问题的能力.

2 创设问题情境，培养批判性思维能力

批判性思维的内涵是个体运用归纳推理、演绎推理的方法对问题进行效度化思考，是高级的思维素养，是科学精神的集中体现.批判性思维最大的特点就是质疑和反思.批判意味着反思与评判，不仅仅是反驳和质疑，更多地是对自身的一种反省，所以笔者利用“一滴油的旅行”中运油的情境（如图6所示），引出滑轮组，从而创设有思维冲突的问题情境，培养学生的批判性思维能力.

情境四：用如图7所示滑轮组将重为80N的物体匀速提升.要求该滑轮组的机械效率，你可以添加什么条件（数据自拟）？

学生回答：

学生1：可以添加拉力F=50N，物体上升的高度h=2m.根据η=W有W总×100%，求得这个滑轮组的机械效率.

学生2：学生1的条件可以不添加高度，只添加拉力就可以计算出机械效率.

学生3：可以添加拉力F=50N，根据公式η=G物nF×100%，求得这个滑轮组的机械效率.

学生4：可以添加动滑轮重G动=10N，根据公式η=G物G物+G动×100%，求得这个滑轮组的机械效率.

学生5：如果只添加动滑轮重，不能计算机械效率，还要添加不计绳重和摩擦的条件.

……

学生5的评价就像一颗石头，激起学生的激烈爭论.有的学生认为，添加动滑轮重可以计算出机械效率，因为根据公式η=G物G物+G动×100%是“科学”的.但在不断的争论、质疑中，一大部分学生改变自己的想法，认可了学生5的说法.

这一问题情境比较开放，给予学生充分争论、质疑、认可的过程，但批判性思维的核心在于经过独立思考，对知识审慎的分析、评价，从而得出自己的认知，而不是不加深思的盲从.这一过程学生只是经历了质疑，而只有反思才能将知识的表象和本质区分开来，在质疑的基础上提出问题，从而细致地对问题进行分析、反思、形成正确的认知才是真正的批判性思维过程.所以笔者在课堂上对上一问题情境进行如下补充.

补充情境：你认为只添加动滑轮重，不能计算机械效率的依据是什么？

这一问题引起了学生的反思，从原有的记忆过渡到理性思维，通过新一轮的讨论，从“滑轮组的机械效率受到物重、动滑轮重、绳重和摩擦等因素的影响”的理论出发，通过对问题的分析和深度解读，形成条件意识.疑问是思维的源头，问题是探索的中心，学生在发现问题后，自我评价、提出质疑、自我反思、深度分析，进而解决问题.

所以教师通过设置有冲突的问题情境，让学生经历质疑、反思和修正的过程，对自身的思想和行为进行审验和评估，从而做出正确的判断或选择，形成正确的观念，培养学生的批判性思维能力.

3 创设相似情境，培养分析综合能力

分析综合就是把研究对象在思维中分解成为它的各个组成部分或要素，然后分别研究它们之间的关系，从而揭示事物的属性和本质，形成整体的观念.分析综合能力是学习者独立思考和解决问题能力的一种体现.笔者利用一滴油流进汽油机的气缸，燃料为汽油，冷却剂为水，应用两种物质两种不同的属性，引出两个装置非常相似的实验，创设相似情境，培养学生的分析综合能力.

情境五：用三个装置完成“探究不同物质吸热升温现象”和“比较质量相同的不同燃料完全燃烧放出的热量”两个实验（如图8所示），请将水、酒精、煤油这三种液体合理地放入下面的1-6号容器中（质量自定），并说明你的思路.

三个装置、三种物质，两个实验都存在吸放热的过程，但本质却不同.所以要从相似情境中搞清研究对象及涉及的物理过程，以便于和所学物理知识建立联系，引导学生先从实验目的出发，分别分析两个实验，先抓住研究对象这一核心，“探究不同物质吸热升温现象”的研究对象是吸热的物质，“比较质量相同的不同燃料完全燃烧放出的热量”的研究对象是燃烧的燃料.所以2、4、6三个容器中放置的是可燃烧的物质酒精和煤油.1、3、5放置的是水和煤油.再明确两个实验中控制的量、改变的量和观察的量.即：在“探究不同物质吸热升温现象”实验中控制的量为吸收的热量、吸热液体的质量，改变的量为吸热液体的种类;“比较质量相同的不同燃料完全燃烧放出的热量”的实验中，控制的量为燃料的质量、吸热液体的质量和种类，从而解决情境中的问题，并总结解决相似情境问题的方法，从实验目的出发，明确物理过程，找到相关联的物理量.

通过缜密的分析，将困惑的、混乱的情境转换为清楚的、有序的情境，再将已学过的知识点与情境相对应，进行分析，从而得到科学的结果.在解决具体问题的过程中，明确解题思路，培养分析综合能力.

钟启泉教授指出：发展高阶思维，需要高阶学习活动予以支持，高阶思维的关键是思维的交互、内省.思维不是自然发生的，高阶的学习活动需要以情境为舞台，建构丰富的认知路径，培养高阶思维能力，提高物理学科核心素养.

参考文献：

[1]黄皓，马宇澄.中学物理综合实践活动的开发与实施[J].物理教师，2018，39（02）：13-15.

[2]朱传佳.递进式推进项目展开 促进高阶思维发展——以“自制气压计”的拓展教学为例[J].中学物理教学参考，2021，50（06）：21-23.

[3]王敏，任新成.高阶思维能力培养视角下的中学物理作业设计[J].中学物理教学参考，2020，49（29）：8-10.

[4]巫建芬.高中物理教学中高阶思维能力的培养策略——以《自由落体运动》教学设计为例[J].湖南中学物理，2017，32（10）：57-58.

[5]马云秀.通过科学探究 培养高阶思维能力——以“机械能守恒定律”一课教学为例[J].物理教师，2018，39（12）：16-18+22.

（收稿日期：2021-07-03）