立足思维教学落实学科核心素养

黄鹏 熊卫

关键词：思维教学;学科核心素养;思维能力;认识浮力

2016年，《中国学生发展核心素养》的研究成果公布。该成果以培养“全面发展的人”为核心。包括三个方面、六大素养和十八个基本要点。如图1所示。针对具体的学科内涵，课题组提出了“学科核心素养”，其中物理学科核心素养由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”构成。《义务教育物理课程标准（2011年版）》也指出：让学生养成良好的思维习惯，培养学生的思维能力。不仅要关注学生“知识与技能”的掌握情况。还应关注学生的批判性思维和问题解决等能力的形成。无论是核心素养总框架，还是物理学科核心素养，又或是课程标准，都对培养学生的思维能力提出了明确的要求。思维的训练和提升是发展学生核心素养的根基之一。是落实学科核心素养的关键。

1思维教学的研究

1.1国际思维教学的研究

思维教学20世纪初在美国萌芽。70年代后以美国的批判性思维运动和英国的思维技能运动为代表，兴起了一场全球性的思维教学运动凹。从杜威的《我们如何思维》开始，思维教学由“潜学”发展为“显学”，引起了哲学家、心理学家和教育家的持续关注。近四十余年间，他们为思维教学带来了丰富的理论与实践成果。其中产生了六大经典思维教学程序。分别是：（1）20世纪60年代英国心理学家东尼·博赞发明的“思维导图”：（2）1969年美国哲学教授李普曼创立的“儿童哲学”：（3）1980年以色列心理学家费厄斯坦提出的“工具丰富”;（4）20世纪70年代由“世界创新思维之父”爱德华·德·博诺开发的“柯尔特思维课程”;（5）1981年伦敦国王学院的沙尔和阿迪设计的“认知加速”;（6）2006年英国麦吉利斯发起的“激活儿童思维技能”项目。对以上经典思维教学程序进行分析和比较。研究者总结出了经典思维教学程序的六大共性：（1）理论依据的合理性;（2）教学情境的丰富性;（3）潜在认知冲突的丰富性;（4）思维技能运用的显性化;（5）思维技能的可迁移性;（6）对学生学习动机、态度的激发程度。

1.2国内思维教学的研究

20世纪80年代。国内学者开始对思维教学进行研究。1997年李其维等人进行了“中小学生思维训练研究及实用思维训练教程的编制”研究。结果显示。接受过思维训练的实验组学生。在智力、思维能力和学习成绩上均有明显提高。2007年郅庭瑾提出了“为思维而教”。他认为思维是可教的，在知识与思维之间。知识本身并无价值，知识的价值存在于“解决问题”的过程中。2008年胡卫平开发了“学思维”活动课程。结果表明。经过一年半到两年的实践，学生的思维能力、创造力都有明显的提高。2008年林崇德在“聚焦思维结构的智力理论”中。提出了“三棱结构”模型。其核心观点有：思维是智力和能力的核心：概括是思维的基础：训练思维品质是培养学生思维能力的突破口;思维品质具有深刻性、灵活性、创造性、批判性和敏捷性的特征。

基于“聚焦思维结构的智力理论”。2010年林崇德和胡卫平又提出了“思维型课堂教学理论”。该理论指出。在课堂教学中。师生活动的核心内容是思维活动：课堂教学要遵循认知冲突、自主构建、自我监控和应用迁移的四项基本原理，要做到明确课堂教学目标、突出知识形成过程。联系已有的知识经验。重视非智力因素的培养。训练思维品质、创造良好的教学情境，进行分层教学、因材施教等。

目前，物理学科的思维教学研究多关注“教什么”，对于“怎么教”的研究还比较少。“浮力”是初中物理力学的核心概念。“认识浮力”一节蕴含了丰富的科学思维和科学方法。下面以该节的教学实践与反思为例。探讨在“思维型课堂教学理论”的框架下。融合国际思维教学的研究成果。以更加显化的思维教学形式。提升学生的思维品质，培养学生的思维能力，落实学科核心素养的培养。

2“认识浮力”的教学实践与反思

2.1理清关系，分级制定，明确目标

要实现从三维目标走向核心素养。首先要理清学科核心素养、三维目标、课程标准及教材之间的关系。然后结合学生实际确定教学目标。具体如表1所示。

2.2创设情境，制造冲突，引入新课

通过“乒乓兄弟”的故事导人情境：乒乓兄弟搬新家。住到“楼上楼下”的两塑料瓶中。两瓶被去底倒置且套在一起，用铁丝穿过两瓶后。将其悬挂在两个铁架台上（图2甲）;屋漏偏逢連夜雨，“楼上”的兄弟很快被水淹没了，由于“楼上”的水渗到“楼下”（图2甲），“楼下”的兄弟也未能幸免被淹;随着“楼下”的水位逐渐升高，“楼下”的水没过“楼上”的兄弟后（图2乙），不经意问“楼上”的兄弟浮了起来。“楼下”的兄弟却始终沉底。为什么乒乓兄弟的命运截然不同呢？引导学生仔细观察现象、激趣激疑，带着疑问进入新课。

问题要自然出现。思考要在情境中进行。思维教学情境的丰富性非常重要。思维教学需要学生积极的学习态度作为支撑。通过情境引发认知冲突。可以促进学生积极思考和主动学习。使学生从课堂学习之初就对本节课将要进行的探究产生浓厚的兴趣。

2.3参与体验，转变观念，建立概念

关于“浮力”，学生往往有两个典型的错误观念：（1）重的物体沉，轻的物体浮;（2）浮的物体受浮力，沉的物体不受浮力。

为转变观念（1），我们设计了“猜浮沉”的小游戏（图3）。将学生熟悉的土豆、小番茄和大脐橙没入水中，请学生猜测释放后它们的浮沉，由小番茄沉底和大脐橙漂浮说明轻的物体不一定浮，重的物体不一定沉。通过鱼缸中的果蔬和金鱼。让学生认识到浸在液体中的物体可能有三种状态：漂浮、沉底、悬浮。

受观念（2）的影响。学生不太确定沉底的土豆是否受浮力。为此，我们设计了“蒙面体验”实验（图4）。先请一位学生上台戴上眼罩，两手各提一根相同的弹簧。在弹簧下各悬挂一瓶质量相同的牛奶;然后，教师用手向上托左边的牛奶瓶，同时将右边的牛奶瓶浸入装有水的烧杯中。学生通过触觉感觉到两边都变轻了。通过对比体验说明液体对浸入其中的物体有向上的托力。紧接着，引导学生通过分组实验进行体验。根据替代的思想方法。所有学生都能自然联想到用弹簧测力计代替弹簧即可测出下沉牛奶瓶的浮力大小。

看似与已有经验相矛盾的“猜浮沉”游戏。可以激发学生的参与欲望。引导学生在探究问题的过程中领悟方法、发展能力。从感性认识上升到理性认识。是认识新事物、建立新概念的一般过程。因此，丰富的感官体验在建立新概念的过程中至关重要。它不仅可以联系学生的已有知识。还能不断地促进学生认知结构的发展和完善。也能提高学生思维活动的抽象性和逻辑性。

2.4双管齐下，自主建构，探究方向

引导学生对鱼缸中的脐橙和金鱼进行受力分析。由于二者均处于静止状态。根据二力平衡。可知漂浮和悬浮物体所受浮力的方向竖直向上。对土豆、牛奶瓶等沉底的物体所受浮力是不是竖直向上，可以利用反证法。先假设土豆受到的浮力方向并非竖直向上。以此为前提，推导出土豆受力不能平衡。证明沉底物体的浮力方向也必然竖直向上。

理论只有回到实践中才能得到检验和发展。理论探究得出浮力的方向竖直向上后。学生再分组利用图5甲的装置进行检验。绳的上端粘有泡沫球，下端固定在容器底部。根据戴尔的“学习金字塔”理论。在检验过程中鼓励学生小组讨论。尝试用自己的语言描述实验现象：由于泡沫球受浮力将绳子拉直。无论容器是平放还是斜放。发现绳子始终与重锤线保持平行。重锤线代表竖直方向，所以静止物体的浮力方向的确竖直向上。运动物体的浮力也是竖直向上的吗？如图5乙。乒乓球上粘有磁铁。用另一磁铁在容器外将乒乓球吸附在容器底。迅速竖直向下拔掉外部的磁铁。观察到乒乓球的运动轨迹是竖直向上。说明运动物体所受浮力方向也是竖直向上的。

思维结构中的思维材料。包括感性材料和理性材料。在物理学中，实验和理论也是相辅相成的。根据建构主义理论：学习是一个积极主动建构的过程：知识是个体经验的合理化：从教学的角度讲，教学是学生主动构建知识的过程圈。在学生自主构建浮力方向的过程中。通过反证法和类比法分析浮力的方向。锻炼学生的逻辑思维能力和解决问题的能力：通过理论与实验相结合的探究方式，提高学生思维品质的批判性和创造性。

2.5显化方法，启迪思维，寻找原因

利用双层水槽和上下面、左右面粘有橡皮膜的立方体探究浮力产生的原因。先将立方体放在水槽上层的方孔上，然后向水槽上层加水。学生观察到立方体左右表面和上表面的橡皮膜发生了形变。即使立方体被浸没也没有上浮：如图6甲.向水槽下层加水。学生观察到立方体下表面的橡皮膜也发生了形变。但立方体并没有立刻上浮。待立方体下表面的橡皮膜形变比上表面的橡皮膜形变大到一定程度时，立方体才上浮。

将压力的作用效果转换为橡皮膜的形变。学生可以直观地看到“压力差”。引导学生根据实验现象建立物理模型。将“观察的经验”转变为“抽象的经验”.进而通过受力分析和力的平衡展开思维。探索并概括浮力产生的原因。把“抽象的经验”上升为“做的经验”。学生自主建构的思维过程如下：如图6乙。假设液体中有一静止的立方体.仅考虑液体对立方体各个面的压力：由于立方体的左右表面对应液体的深度、压强和面积均相等。因此液体对左右表面的压力互相平衡：类比左右表面。可知液体对立方体前后表面的压力也彼此平衡;又因为下表面比上表面所处深度大、压强大，所以液体对下表面的压力F2大于液体对上表面的压力F1;综合以上分析，浮力产生的原因是液体对物体上、下表面的压力差;最后，抓住研究问题的本质属性，将结论推广到其他物体。

学生通过实验了解事物间的发生、发展和变化。再联系已学知识进行科学建模。可以促进学生思维结构的发展。显化分析浮力产生原因过程中的思维方法。彰显了物理教学的本质。有助于学生突破难点，形成真正的科学思维。理论探究也是课堂探究的重要组成。它可以促进学生更加自如、自发地运用科学证据和推理。构建和改进自己的科学理论。反复练习用证据和推理说话.有助于提高学生思维品质的深刻性、敏捷性和创造性。

2.6前后呼应，应用迁移，社会参与

2.6.1解释“乒乓兄弟”

为什么乒乓兄弟的命运截然不同呢？引导学生分析向内瓶加水时，伴随着内瓶向外瓶渗水，两瓶中的乒乓球都很快被水浸没。但是两球底部都没有受到水向上的压力。所以两球都沉在底部;由于内瓶的流量大于外瓶的流量。导致外瓶中的水位逐渐升高，内瓶中的乒乓球底部被水淹没后。它受到了水向上的压力。当水对它向上的压力大于向下的压力与自身重力之和时。内瓶中的乒乓球就会浮起来。同时内外瓶将构成连通器。两瓶液面迅速相平：而外瓶中的乒乓球始终没有受到水向上的压力，所以它一直沉底。

2.6.2了解“桥墩”

我国2018年建成了港珠澳大桥。因其空前的施工难度和顶尖的建造技术而闻名世界。沉在海底的桥墩受不受浮力呢？桥墩是如何修建的呢？“沉井法”是修筑桥墩常用的方法之一。工人们首先根据工程需要建造好上下开口的井筒。然后在施工点将井筒放入水中（图7）。一节井筒快沉入土中时再接一节。做好井底的密封工作后。清理掉井筒内部的水和泥土。直到挖至海底的岩质层，最后像在地面施工一样，浇筑钢筋混凝土。可见。桥墩与海底紧密接触。桥墩的下表面没有水对它施加向上的压力。因此通常的柱形桥墩不受浮力。

2.6.3 放飞“孔明灯”

气体也能像液体一样产生压强。那浸在气体中的物体受浮力吗？为了增强学生的亲身体验。我们设计了制作、放飞孔明灯的环节。如图8，揭去竹签十字架上8个位置的双面胶。在內侧和外侧的4个位置分别粘上小蜡烛和塑料袋：系好细线后。一人提起塑料袋的顶部。另一人用打火机点燃蜡烛。提醒学生防止火焰烧着塑料袋，用细线控制孔明灯的飞行高度。在背景音乐的烘托下。一个个孔明灯腾空而起，学生们亲身感受到气体产生的浮力，充分体会到物理学习的乐趣。

理解所学的知识。并能迁移到其他情境中去，可以培养学生思维品质的灵活性和创造性。迁移的实质是概括，概括是思维的第一属性，概括能力是思维深刻性（又称逻辑性）的重要表现，所以通过应用迁移还能训练思维品质的深刻性。

2.7思维可视，自我监控，评价反思

“认识浮力”这节要求学生会判断浮力的方向。能计算浮力的大小。了解浮力是怎样产生的及浮力在生活中的应用。运用可视化手段，引导学生独立绘制本节的概念图。建构新学习的知识和已有概念间的联系，以图促思。使“思维在上一步的基础上自然向下延伸”，直至最终形成概念。在绘制过程中。学生一边思考。一边以概念图的形式进行记录。以自己独到的理解建构起概念的层级和联接。绘制完成后，进行生生之间、师生之间的交互评价。教师就概念图和学生的表现进行评价。学生就同学展示的概念图进行评价：鼓励学生学会欣赏、共享以及接受他人的意见。引导学生反思自己的思维过程与他人之间的差异。改进自己绘制的概念图（图9）。

绘制概念图可以最大程度地将学生的思维显性化，有利于发挥元认知的作用。要成为一位好的思考者，仅有思维能力还不够，还必须具备一定的批判性思维能力和创造性思维能力。评价是对研究进行反思的过程。有利于发展学生的批判性思维;评价还能优化研究方案。并有可能引发新的发现。构建具有评价过程动态化、评价内容多元化、评价主体互动性的发展性评价体系，让学生在评价、反思的过程中，内化思维和方法，形成自己的思维策略。增强学习动机。养成严谨的科学态度。

3结语

促进学生思维发展应是各学科基本教学目标之一。物理学科应结合课程特点，最大程度显化思维教育的内容，承担起独特的思维教育任务。

思维教学是实现课程教学更加深入变革的有效手段和必经之路。思维教学的研究任重而道远。让我们携手努力。把思维教学推向一个新境界。