基于高階思維下的物理教學設計探究

摘 要：基于高階思維下的教學對學生的全面和諧發展具有重要意義，一線教師要能夠結合課程內容的具體特點進行合理的教學設計。本文首先對物理高階思維的概念及其教學特征進行簡要解讀，其次在此基礎上探討基于高階思維下的教學設計的基本原則，最后例談高階思維下人教版八年級《液體的壓強》一節的具體教學設計。

關鍵詞：初中物理;高階思維;教學設計;液體壓強

新的教育形勢下，基于高階思維下的物理教學設計成為熱門的教學課題之一。以下基于筆者個人的思考及教學實踐體會對此做一較為系統的探討，希望對相關教學工作者有所啟示。

一、 物理高階思維的概念及教學特征解讀

高階思維，是發生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力。下面我們嘗試從教育理念、教育目標、教學效果以及師生角色定位幾個基本方面對基于高階思維下的教學的基本特征加以較具體的解讀，這可以說是基于高階思維下教學設計的“理論基礎”，應當有一個較全面的了解。

首先，從教育理念來看，基于高階下的物理教學提倡一種民主、和諧、積極、自由的教與學的氛圍，在這種氛圍中，師生平等，教學相長，使學生擁有充分的自主空間，從而使其潛力和創造性得到充分的發揮。

其次，從教育目標來看，在知識、能力、情感態度諸目標領域中，基于高階思維下的物理教學更強調能力目標和情感目標，以為學生創造性的發展為目的，注重讓學生發揮高度能動性投入到探究過程中，從而促進其科學素養的養成。

再次，從教學效果來看，基于高階思維下的物理教學的效果不是以教師的表現為重心，學生在探究活動過程中的表現才是重點，要看學生是否真正地在知識、能力、情感方面有所進步和提高。

最后，從師生的角色定位來看，基于高階思維下的教學教師應當作為指導者、把控者、服務者，具體地說就是為學生準備好物質條件，創設合適的情境，引導和鼓勵學生思維的行進、發散和拓展，但又要靈活控制探究思路和課堂進程，使學生在探究過程中不僅能收獲新知識和鞏固舊知識，更能提升能力，增進物理綜合素養。學生在探究過程中則為探索者、思考者、驗證者，即圍繞問題的解決查閱相關信息、確定方案、觀察結果、收集數據，在已有知識和經驗的基礎上進行分析和研判，驗證之前的假設，得出最終結論。

二、 基于高階思維下教學設計的基本原則

上一部分我們指出了基于高階思維下的物理教學與科學探究具有不可分割的關系，并從不同教學簡單解讀了基于高階思維下的物理教學的基本特征，由此可以延伸出以下幾點教學設計的基本原則。

第一，要注重促進學生從依賴學習向獨立學習轉變。傳統的物理課堂由于忽視或低估學生的自主學習能力，很少為學生提供適當的獨立學習環境。而基于高階思維下的探究教學通過創設適當的環境和機會鼓勵甚至要求學生進行獨立的思考、探索和學習，從而讓學生深刻體驗知識的發現過程，并充分發揮獨立性，最終促使他們在學習意識和習慣上完成從依賴學習到獨立學習的轉變。

第二，促進學生從被動學習向主動學習轉變。學生如果在學習過程中一直處于被動地位，死記硬背、重復訓練，將不僅感受不到學習的樂趣，對于所學知識也難免只是達到表層化的理解，難以深入理解，最終導致教學活動像一潭死水，失去生機和活力。而基于高階思維下的教學則可以在很大程度上改變這種僵化的教學狀況，使學生保持較高的主觀能動性投入到學習中去。

第三，要促進學生從接受學習向發現學習的轉變。在傳統模式下的教學中，學生往往只是教師講授知識的“聽眾”，而基于高階思維下的探究則是一個嚴謹且具有系統性特征的過程，在這一過程中，學生只有運用科學的思維方式與探索方法看待和分析問題，才能收到較好的效果。探究發端于假設，其能有效地促使學生保持高度思維活躍度去思考、歸納、分析，整個探究過程強調的是學生探索新知的經歷和獲得新知的體驗，當假設得到驗證、問題得到解決的那一刻，學生也就深入而切實地獲得了相關知識。簡言之，探究的過程也就是發現知識的過程。因此，在經常性的探究式教學氛圍的熏陶和浸潤下，學生會逐漸地從習慣于接受性的學習向發現性的學習過渡，并最終在習慣和意識上完成這一轉變。

三、 例談高階思維下的教學設計

本文以人教版八年級《液體的壓強》一節為例，基本思路是在實驗探究的基礎上進行討論，使學生在以分析、評價、創造為主要的思維活動過程中，掌握液體壓強大小及其影響因素與連通器知識，同時鍛煉探究能力和科學素養，提升思維品質，具體設計如下。

教學目標：

知識與技能：理解液體內部存在壓強及液體內部壓強的方向;掌握液體壓強的影響因素;理解液體壓強的實際應用，熟悉實際生活中常見的各種連通器。

過程與方法：通過觀察相關的演示實驗，理解液體內部存在壓強的事實;在掌握必要知識的基礎上通過想象感悟游泳時身體受到水產生的壓強。

情感、態度與價值觀：鍛煉學生觀察實驗能力、探究能力以及科學素養。

教學重難點：

重點：液體壓強的特點;難點：液體壓強公式的推導。

課前準備：

器材：準備下面的器材和一個裝有水的大桶，如果時間充足可以泡制鹽水。

教學過程：

舉一些常見的關于液體壓強的實例，如河壩形狀為梯形、海洋深處打撈上岸的魚不久就會死去、穿潛水服在越深的水下所受到的壓力就越大（可通過多媒體屏幕展示），在此基礎上引導學生意識到液體對浸入其中的物體會產生力的作用。

（一）演示實驗

往水平桌面上倒一些水，使其均勻散開;往上端開口、下端扎有橡皮膜的玻璃圓筒內倒一些水（倒水前，引導學生看到橡皮膜表面與筒口相平），然后讓學生討論觀察到的現象（橡皮膜向下凸出）;往側壁開口處扎有橡皮膜的圓筒中倒水（倒水前，引導大家注意橡皮膜表面與側壁筒口相平），然后讓學生討論觀察到的現象（橡皮膜向外凸出），接著把下端扎有橡皮膜的玻璃空圓筒置于水中，會很容易觀察到“橡皮膜向上鼓”的現象，在此基礎上讓學生思考和討論出現這種現象的原因是什么。最后教師引導學生基于上述的演示實驗做出結論：“由于液體自身重力的作用，其對容器底部和容器側壁會產生壓力（壓強）”。

（二）探究液體內部的壓強特點

基于以上的演示實驗，讓學生分組思考和討論液體內部的壓強具有什么基本的特點。組內經過討論猜想而做出假設，設計實驗驗證方案并與教材上的實驗方案對比等。在此之前，教師應使學生掌握U形管壓強計的工作原理，知道其是怎樣彰示壓強的大小。

1. 演示壓強計的使用：教師用手指輕輕按壓金屬盒口的橡皮膜，注意不要用力太大，以U形管中的水不冒出管口為限。引導學生觀察壓強計U形管中兩管液面出現的高度差，學生會看到，按壓的力增大，兩管液面的高度差也隨之而增加，這就是說，橡皮膜表面受到的壓強與U形管兩管液面的高度差成正比。

2. 點撥實驗步驟：待各小組設計好實驗方案后，教師給予點評并與教材上的實驗方案加以比較，最終還是應“統一口徑”，讓學生按照教材上的方案做實驗。在實驗操作前，引導學生切實理解實驗原理、步驟和注意事項。特別要強調，在實驗過程中要注意觀察金屬盒口的方向，并且要在保持橡皮膜在液體（水或鹽水）中的深度相同的同時，注意觀察U形管兩管液面的高度差，認真及時地記錄好數據。

3. 讓學生以小組為單位做實驗，每個小組都做兩組實驗，一組用水，一組用鹽水。實驗過程中，教師要深入各小組之間，發現問題隨時指出，并給予指導，要特別注意檢查學生在做實驗時橡皮膜所朝的方向、記錄數據和U形管兩管液面的高度差，避免最后得出不正確的實驗結論。

4. 做完實驗后，讓學生分析記錄的實驗數據，思考和討論液體內部是否存在壓強？如果存在，液體內部壓強有何種規律？讓每個小組的學生都說一說，在同一深度處，U形管兩管液面的高度差，并思考和討論用水和鹽水做實驗這兩種不同的情況下，U形管兩管液面的高度差有較明顯的差異，這一現象說明了什么？

（三）總結液體壓強的特點，由固體的壓強公式推導出液體壓強公式

液體內部朝各個方向都有壓強;在同一深度，各方向壓強都相等;深度增大，液體的壓強增大;液體的壓強還與液體的密度有關，在深度相同時，液體密度越大，壓強越大。

然后請學生回答前面的問題：（點擊課件動作按鈕）河壩上窄下寬的形狀，深海里的魚打撈上岸就死去，在不同深度的潛水服所承受的水的壓力不同，為什么？

然后做些練習檢測學生掌握得怎么樣。

在以上步驟的基礎上，由固體的壓強公式推導出液體壓強公式。

建立理想模型由固體壓強公式推導得出液體壓強公式：

在此基礎上，由公式分析液體壓強的影響因素是液體密度和深度，與所做的實驗結論一樣?？梢娺@個公式不僅是計算公式還可以反映影響因素。同時要深入說明一下深度與高度的不同。

課堂小結：

教師引導，回顧探究過程及得出液體壓強公式的過程。

四、 結語

如上所述，本文首先對物理高階思維的概念并對其教學特征進行了簡要解讀，從而為教學設計奠定理論上的基礎，在此基礎上又較為具體地基于高階思維下的教學設計的基本原則，然后呈現了人教版八年級《液體的壓強》一節的具體教學設計。鑒于基于高階思維下物理教學對學生發展的重要意義，一線教師要能夠結合課程內容的具體特點進行合理的教學設計。本文拋磚引玉，尚盼與同仁交流。

參考文獻：

[1]王巍.物理探究性實驗中培養學生高階思維的研究：以“電磁感應現象”教學為例[J].物理教學，2019（9）.

[2]范建華.指向核心素養的高階思維培養：以蘇科版初中物理“磁體與磁場”為例[J].理科考試研究，2019（4）.

作者簡介：

魯山印，貴州省六盤水市，貴州省六盤水市民族中學。