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摘 要：在传统的复习课中，教师只注重知识的训练，不能激发学生的兴趣，学生思维能力发展不足.新课改强调发展学生的科学思维，布鲁姆目标分类学中则强调高阶思维能力的发展.教师在教学中设置问题是促进学生高阶思维能力发展的最有效手段，问题是激发学生思维的源泉，是学生持续不断思考的动力.
关键词：问题设计;单元教学;高阶思维
中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）04-0027-03
作者简介：田成良（1974-），男，山东泗水人，本科，中学高级教师，中学物理特级教师，硕士生导师，物理教研员，研究方向：物理过程教学、物理科学方法教育、课堂教学艺术等;
朱玉囤（1970-），男，山东泗水人，本科，中学一级教师，研究方向：初中物理教法研究、中考试题研究.
传统的单元复习只是教师对知识的总结和操练，重复已知的内容，学生对此并不感兴趣，教师只有关注学生内部动机的激发，才能让学生取得良好的学习效果.新课改强调发展学生的科学思维，尤其是推理、论证和质疑创新等高阶思维.因此，教师在课堂教学中要重组教学内容，聚焦核心知识，设计符合学生认知的关键问题，用问题引领学生自主学习是发展学生高阶思维的重要途径，问题是促进学生高阶思维能力发展的核心.
1 理论依据
高阶思维能力是以布卢姆1956 年版的认知目标分类为基础，经过泰勒等学者修改后，将新目标分类中的记忆、理解和应用称为“低级思维能力”，将分析、评价和创造稱为“高阶思维能力”，学生通过解决问题进行学习的思想由来已久，从苏格拉底的谈话法到杜威的问题教学法、布鲁姆的发现学习法，都是以问题为中心的学习方法.钟启泉教授指出：发展学生的高阶思维，教师要以高阶学习活动予以支持，要以学习者为中心，开展问题求解的学习活动， 形成知识共享、互动合作的学习模式.
在单元复习中，教师将学科核心知识进行合理重组，巧妙地设计成各种问题，不仅能够激发学生探究的热情，实现对所学知识的自主建构和深度理解，而且能促进学生高阶思维能力的发展.
2 设计思路
本章内容是力学的重点知识，是学生此前学习过的“力和运动”“压强”以及“二力平衡”等知识的延伸.浮力是力学的难点，知识综合性强，相对抽象，因此，学生感觉这部分知识难度较大.本章从力的角度认识浮力，从力的平衡角度分析物体的浮沉，最后通过改变浮力，利用浮力更好地为人类服务.教师针对浮力知识的复习，不仅要从目的上，还要在复习的内容、形式、方法上，都应关注使得学生“爱复习”.指向高阶思维发展的单元复习策略，教师首先应当将知识结构化，然后创设真实问题情境，针对重点、难点等核心知识进行设问，用问题引领学生的学习过程，学生复习的过程就是解决问题的过程.教师采用这种教学方式，能够有效地调动学生主动参与，提高复习的实效性.为使复习目的明确，教师首先应当将任务细化，见表1.
3 教学过程
3.1 引入新课
教师首先演示在水槽中放入一大土豆，发现土豆下沉.然后准备放入第二个相同的土豆，让学生预测，第二个土豆放入水中是否也会下沉？学生认为相同的土豆放入水中肯定下沉.当教师放入第二个土豆后，学生却发现第二个土豆漂浮，此时学生感到惊讶，不知所措.教师展示第二个土豆的上方存在一个大洞并提出问题：为什么土豆变空心后就可以在水面漂浮？由此引入主题，如何改变物体的浮沉？
3.1.1 设计层次问题，梳理知识体系
任务一 认识菜盆中的浮力：教师将苹果、核桃、西红柿、大辣椒、鸡蛋、土豆等物体分别放入水中，让学生观察它们在水中的状态，并思考以下问题：（1）你看到什么现象？（2）从中可以获得哪些跟浮力有关的信息？（3）沉底的土豆和漂浮的核桃谁受到的浮力大？
设计意图：教师在本环节中利用生活中的蔬菜和水果，创设菜盆中的浮力情境，梳理浮力的知识体系，其中包含浮力的定义、产生原因、影响因素、物体浮沉及应用等知识.这种设计符合学生的认知经验，能实现由点到面地进行知识整合，帮助学生建构本章的知识体系.
评析：层次性问题是将问题分解为若干个由易到难并相互联系的子问题，从而形成层级问题.问题由简单到复杂、由浅入深、层层递进，能满足不同层次学生的发展需要，解决不同层次问题.本任务中问题1、2考查学生对于知识的记忆和理解，属于低阶思维考查;问题3考查阿基米德原理的应用，锻炼学生的推理和判断能力，属于高阶思维能力培养.教师通过层次性问题的引领，不仅帮助学生建构知识体系，还实现学生思维由低阶向高阶的转变.
3.1.2 设计开放问题，突破知识难点
任务二 让鸡蛋浮起来：如何用一块塑料布和一根橡皮筋，让鸡蛋（土豆）浮起来？备选器材为食盐.
设计意图：本环节属于开放性任务，学生可以自选器材使得杯中的鸡蛋或土豆浮起来.教师引导学生分析物体浮沉的原理，可从（1）增大排开液体的体积，（2）增大液体的密度，（3）减小物体的重力，三个方面来考虑，学生可以选择水中加盐增大液体密度，从而增大浮力;也可以选用塑料布把鸡蛋包起来放入水中，增大排开液体的体积，进而增大浮力;还可以给土豆挖空心，减小土豆所受的重力，使其浮起来.此种多元化的解决问题的路径，利于学生思维发展.
任务三 让矿泉水瓶沉下去：展示一个在水面上漂浮的矿泉水瓶并提出问题：有什么办法能够让它沉下去？
设计思路：教师从影响物体浮沉的因素考虑，让学生讨论，并展示：（1）向瓶内加水，增加重力，使其下沉;（2）把瓶子捏扁，减小排开液体的体积，减小浮力，使其下沉.
评析：开放性问题，学生的思维不受限制，有利于激发学生的学习兴趣，培养学生的创新能力和问题解决能力.学生的思维在碰撞中被激活，知识被活化，高阶思维能力得到发展.教师在本环节中利用两个开放性任务，加强学生对于浮力知识的应用，突破物体的浮沉条件这一难点.学生设计方案，解决真实问题，属于布鲁姆认知目标中的创造层次，有利于高阶思维的发展. 3.1.3 设计真实问题，加强安全教育
任务四 设计一款救生衣：创设一名儿童在水中游泳突然不幸沉入水底的情境，为防止类似问题发生，及时营救落水的群众，请根据浮力知识设计一款便携式救生衣.
设计意图：为使落水的人实现迅速自救，学生会从如何增加浮力的角度展开思考，即需要增大排开水的体积.经学生讨论，形成方案：将安全气囊压缩后绑在手臂上，当发生危险时，迅速打开开关，自动向内部充气，气囊膨胀，排开液体的体积增大，浮力增大，人被浮起来，从而实现自救.
评析：真实问题是指教师将问题镶嵌于真实情境之中，学生在解决复杂问题中深化所学知识的理解，实现新知识建构，并在解决问题过程中培养创新能力.本任务基于生活问题，让学生学会改变浮力的大小，亲历发现问题、分析问题、解决问题的完整过程.设计增大浮力方案，属于布鲁姆认知目标中的创新级别，属于高阶思维能力培养.另外，教师在本环节中利用落水救人问题以研发救生衣，不仅帮助学生巩固浮力知识，还渗透生命安全教育.
3.1.4 设计变式问题，引发认知冲突
任务五 改变物体的浮沉：
演示实验1：教师将一个装有配重的墨水瓶，放入盛有热水的大溢水杯中，让学生观察有什么现象发生？并解释其原因？
设计意图：墨水瓶放入热水中后，开始由于瓶子的重力大于浮力，瓶子下沉.但根据物体的热胀冷缩原理，瓶内空气吸热，体积膨胀，使气球体积膨胀，气球体积增大，瓶子受到的浮力增大，当浮力大于重力时，墨水瓶会自行上浮.所以，墨水瓶先下降后上浮，如图1所示.
演示实验2：教师将一个装有冷水的气球，放入热水中，观察有什么现象发生？过一会，球又有什么变化？请解释其中的原因？
设计意图：由于水气球内部装有冷水，球内水的密度大，球外水温高，密度小，所以水气球会下沉.经过一段时间，由于水气球吸热，内外温度一致时，水气球内外的密度也一致，受气球体积的影响，水气球最终将上浮.
评析：本环节是变式性问题，通过变化“非本质属性”，让学生理解“本质属性”的一种方法.教师围绕不同物体的浮沉进行设疑，让学生先经历排开液体体积变化对浮力的影响，再经历液体温度对浮力大小的影响，设计变式问题，层层递进，暴露学生的错误认识，引发学生的认知冲突.学生急切地想知道液体温度对浮力是否产生影响，为后续开展实验探究奠定基础.最后让学生在出错、究错、纠错中获得真知，在推理和分析的过程中发展高阶思维.
3.1.5 设计探究问题，培养实验能力
任务六 探究液体温度对浮力的影响：针对上述问题，有学生认为浮力大小与液体温度有关， 能否用实验证明你的观点？实验器材有圆柱体、测力计、一杯冷水、 一杯热水，密度计、食盐等.
設计思路：本实验采用控制变量的思路进行研究，控制液体的密度和排开液体的体积，改变液体的温度，测量物体所受的浮力.需要强调的是，实验中要控制液体密度，需要向热水中加食盐，用密度计进行调节冷、热水的密度相同，才能进行比较浮力大小，如图2所示.
实验步骤如下：
（1）将圆柱体悬挂在弹簧测力计下，静止时记录测力计的示数G.
（2）将圆柱体浸没在冷水（约20℃）中，圆柱体不接触容器，静止时记录测力计的示数为F1.
（3）将密度计放入冷水（约20℃）中，静止时记录密度计的示数为ρ1;将密度计取出后放入热水（约90℃）中，向其加入适量食盐使其密度ρ2=ρ1.
（4）将圆柱体浸没在密度为ρ2的热水中，圆柱体不接触容器，静止时记录测力计的示数为F2.
结论：两杯液体的温度不同，而G-F1=G-F2.可以证明“浸在水中的物体所受浮力大小与液体的温度无关”，因此，浮力大小与液体温度有关这种说法是错误的.
评析：学生解答探究性问题一般没有固定的路径和方法，大多基于问题，开展观察、操作、分析、综合等活动.探究液体温度对浮力的影响是课本内容的延伸和拓展，探究过程具有开放性、挑战性和综合性，答案具有不确定性.学生会积极主动地参与到实验中来，在实验设计、分析归纳中促成高阶思维发展.
3.1.6 设计拓展问题，渗透价值观念
任务七 了解我国核潜艇发展现状：观看视频，2019年4月在青岛举行的中国海军成立70周年大阅兵的场景，展示我国核潜艇的航行画面，场面震撼，激动人心.并思考以下问题.
问题1：核潜艇上浮与下沉的原理是什么？
问题2：我国核潜艇的发展你了解哪些？
问题3：谁是我国的核潜艇之父？
问题4：观看完黄旭华的演讲视频，你有什么感想？
评析：教师在本环节中设计拓展性问题，进一步引导学生延伸学习我国核潜艇的发展现状，运用浮力的相关知识，了解潜艇上浮和下沉的原理.由此介绍我国核潜艇之父——黄旭华的故事，黄旭华先生为了理想信念，隐姓埋名，30年如一日地潜心研究，为我国的核潜艇事业做出卓越贡献.教师通过播放视频以及设置拓展性问题，激发学生的爱国主义情怀，感悟家国情怀，树立为祖国奉献的科学精神.
参考文献：
[1]徐晓燕.高阶思维导向下的数学问题设计——以“19.8直角三角形的性质”为例[J].上海中学数学，2019（10）：4-7.
[2]曹键粮，彭朝阳.巧设物理“问题链”发展学生的高阶思维能力[J].物理教学探讨，2018，36（02）：69-72.
[3]吴宏.初中物理课堂用问题唤醒学生思维[J].中学生数理化（教与学），2020（11）：48.
[4]林成珠.“深度学习”从“问题”开始——以力与运动教学设计为例[J].中学课程辅导（教师教育），2020（20）：90-91.
[5]张虎岗.基于学生“体验 思辨 表达”的教学设计——以“力”的教学设计为例[J].理科考试研究，2020，27（20）：39-42.
（收稿日期：2020-11-10）
关键词：问题设计;单元教学;高阶思维
中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）04-0027-03
作者简介：田成良（1974-），男，山东泗水人，本科，中学高级教师，中学物理特级教师，硕士生导师，物理教研员，研究方向：物理过程教学、物理科学方法教育、课堂教学艺术等;
朱玉囤（1970-），男，山东泗水人，本科，中学一级教师，研究方向：初中物理教法研究、中考试题研究.
传统的单元复习只是教师对知识的总结和操练，重复已知的内容，学生对此并不感兴趣，教师只有关注学生内部动机的激发，才能让学生取得良好的学习效果.新课改强调发展学生的科学思维，尤其是推理、论证和质疑创新等高阶思维.因此，教师在课堂教学中要重组教学内容，聚焦核心知识，设计符合学生认知的关键问题，用问题引领学生自主学习是发展学生高阶思维的重要途径，问题是促进学生高阶思维能力发展的核心.
1 理论依据
高阶思维能力是以布卢姆1956 年版的认知目标分类为基础，经过泰勒等学者修改后，将新目标分类中的记忆、理解和应用称为“低级思维能力”，将分析、评价和创造稱为“高阶思维能力”，学生通过解决问题进行学习的思想由来已久，从苏格拉底的谈话法到杜威的问题教学法、布鲁姆的发现学习法，都是以问题为中心的学习方法.钟启泉教授指出：发展学生的高阶思维，教师要以高阶学习活动予以支持，要以学习者为中心，开展问题求解的学习活动， 形成知识共享、互动合作的学习模式.
在单元复习中，教师将学科核心知识进行合理重组，巧妙地设计成各种问题，不仅能够激发学生探究的热情，实现对所学知识的自主建构和深度理解，而且能促进学生高阶思维能力的发展.
2 设计思路
本章内容是力学的重点知识，是学生此前学习过的“力和运动”“压强”以及“二力平衡”等知识的延伸.浮力是力学的难点，知识综合性强，相对抽象，因此，学生感觉这部分知识难度较大.本章从力的角度认识浮力，从力的平衡角度分析物体的浮沉，最后通过改变浮力，利用浮力更好地为人类服务.教师针对浮力知识的复习，不仅要从目的上，还要在复习的内容、形式、方法上，都应关注使得学生“爱复习”.指向高阶思维发展的单元复习策略，教师首先应当将知识结构化，然后创设真实问题情境，针对重点、难点等核心知识进行设问，用问题引领学生的学习过程，学生复习的过程就是解决问题的过程.教师采用这种教学方式，能够有效地调动学生主动参与，提高复习的实效性.为使复习目的明确，教师首先应当将任务细化，见表1.
3 教学过程
3.1 引入新课
教师首先演示在水槽中放入一大土豆，发现土豆下沉.然后准备放入第二个相同的土豆，让学生预测，第二个土豆放入水中是否也会下沉？学生认为相同的土豆放入水中肯定下沉.当教师放入第二个土豆后，学生却发现第二个土豆漂浮，此时学生感到惊讶，不知所措.教师展示第二个土豆的上方存在一个大洞并提出问题：为什么土豆变空心后就可以在水面漂浮？由此引入主题，如何改变物体的浮沉？
3.1.1 设计层次问题，梳理知识体系
任务一 认识菜盆中的浮力：教师将苹果、核桃、西红柿、大辣椒、鸡蛋、土豆等物体分别放入水中，让学生观察它们在水中的状态，并思考以下问题：（1）你看到什么现象？（2）从中可以获得哪些跟浮力有关的信息？（3）沉底的土豆和漂浮的核桃谁受到的浮力大？
设计意图：教师在本环节中利用生活中的蔬菜和水果，创设菜盆中的浮力情境，梳理浮力的知识体系，其中包含浮力的定义、产生原因、影响因素、物体浮沉及应用等知识.这种设计符合学生的认知经验，能实现由点到面地进行知识整合，帮助学生建构本章的知识体系.
评析：层次性问题是将问题分解为若干个由易到难并相互联系的子问题，从而形成层级问题.问题由简单到复杂、由浅入深、层层递进，能满足不同层次学生的发展需要，解决不同层次问题.本任务中问题1、2考查学生对于知识的记忆和理解，属于低阶思维考查;问题3考查阿基米德原理的应用，锻炼学生的推理和判断能力，属于高阶思维能力培养.教师通过层次性问题的引领，不仅帮助学生建构知识体系，还实现学生思维由低阶向高阶的转变.
3.1.2 设计开放问题，突破知识难点
任务二 让鸡蛋浮起来：如何用一块塑料布和一根橡皮筋，让鸡蛋（土豆）浮起来？备选器材为食盐.
设计意图：本环节属于开放性任务，学生可以自选器材使得杯中的鸡蛋或土豆浮起来.教师引导学生分析物体浮沉的原理，可从（1）增大排开液体的体积，（2）增大液体的密度，（3）减小物体的重力，三个方面来考虑，学生可以选择水中加盐增大液体密度，从而增大浮力;也可以选用塑料布把鸡蛋包起来放入水中，增大排开液体的体积，进而增大浮力;还可以给土豆挖空心，减小土豆所受的重力，使其浮起来.此种多元化的解决问题的路径，利于学生思维发展.
任务三 让矿泉水瓶沉下去：展示一个在水面上漂浮的矿泉水瓶并提出问题：有什么办法能够让它沉下去？
设计思路：教师从影响物体浮沉的因素考虑，让学生讨论，并展示：（1）向瓶内加水，增加重力，使其下沉;（2）把瓶子捏扁，减小排开液体的体积，减小浮力，使其下沉.
评析：开放性问题，学生的思维不受限制，有利于激发学生的学习兴趣，培养学生的创新能力和问题解决能力.学生的思维在碰撞中被激活，知识被活化，高阶思维能力得到发展.教师在本环节中利用两个开放性任务，加强学生对于浮力知识的应用，突破物体的浮沉条件这一难点.学生设计方案，解决真实问题，属于布鲁姆认知目标中的创造层次，有利于高阶思维的发展. 3.1.3 设计真实问题，加强安全教育
任务四 设计一款救生衣：创设一名儿童在水中游泳突然不幸沉入水底的情境，为防止类似问题发生，及时营救落水的群众，请根据浮力知识设计一款便携式救生衣.
设计意图：为使落水的人实现迅速自救，学生会从如何增加浮力的角度展开思考，即需要增大排开水的体积.经学生讨论，形成方案：将安全气囊压缩后绑在手臂上，当发生危险时，迅速打开开关，自动向内部充气，气囊膨胀，排开液体的体积增大，浮力增大，人被浮起来，从而实现自救.
评析：真实问题是指教师将问题镶嵌于真实情境之中，学生在解决复杂问题中深化所学知识的理解，实现新知识建构，并在解决问题过程中培养创新能力.本任务基于生活问题，让学生学会改变浮力的大小，亲历发现问题、分析问题、解决问题的完整过程.设计增大浮力方案，属于布鲁姆认知目标中的创新级别，属于高阶思维能力培养.另外，教师在本环节中利用落水救人问题以研发救生衣，不仅帮助学生巩固浮力知识，还渗透生命安全教育.
3.1.4 设计变式问题，引发认知冲突
任务五 改变物体的浮沉：
演示实验1：教师将一个装有配重的墨水瓶，放入盛有热水的大溢水杯中，让学生观察有什么现象发生？并解释其原因？
设计意图：墨水瓶放入热水中后，开始由于瓶子的重力大于浮力，瓶子下沉.但根据物体的热胀冷缩原理，瓶内空气吸热，体积膨胀，使气球体积膨胀，气球体积增大，瓶子受到的浮力增大，当浮力大于重力时，墨水瓶会自行上浮.所以，墨水瓶先下降后上浮，如图1所示.
演示实验2：教师将一个装有冷水的气球，放入热水中，观察有什么现象发生？过一会，球又有什么变化？请解释其中的原因？
设计意图：由于水气球内部装有冷水，球内水的密度大，球外水温高，密度小，所以水气球会下沉.经过一段时间，由于水气球吸热，内外温度一致时，水气球内外的密度也一致，受气球体积的影响，水气球最终将上浮.
评析：本环节是变式性问题，通过变化“非本质属性”，让学生理解“本质属性”的一种方法.教师围绕不同物体的浮沉进行设疑，让学生先经历排开液体体积变化对浮力的影响，再经历液体温度对浮力大小的影响，设计变式问题，层层递进，暴露学生的错误认识，引发学生的认知冲突.学生急切地想知道液体温度对浮力是否产生影响，为后续开展实验探究奠定基础.最后让学生在出错、究错、纠错中获得真知，在推理和分析的过程中发展高阶思维.
3.1.5 设计探究问题，培养实验能力
任务六 探究液体温度对浮力的影响：针对上述问题，有学生认为浮力大小与液体温度有关， 能否用实验证明你的观点？实验器材有圆柱体、测力计、一杯冷水、 一杯热水，密度计、食盐等.
設计思路：本实验采用控制变量的思路进行研究，控制液体的密度和排开液体的体积，改变液体的温度，测量物体所受的浮力.需要强调的是，实验中要控制液体密度，需要向热水中加食盐，用密度计进行调节冷、热水的密度相同，才能进行比较浮力大小，如图2所示.
实验步骤如下：
（1）将圆柱体悬挂在弹簧测力计下，静止时记录测力计的示数G.
（2）将圆柱体浸没在冷水（约20℃）中，圆柱体不接触容器，静止时记录测力计的示数为F1.
（3）将密度计放入冷水（约20℃）中，静止时记录密度计的示数为ρ1;将密度计取出后放入热水（约90℃）中，向其加入适量食盐使其密度ρ2=ρ1.
（4）将圆柱体浸没在密度为ρ2的热水中，圆柱体不接触容器，静止时记录测力计的示数为F2.
结论：两杯液体的温度不同，而G-F1=G-F2.可以证明“浸在水中的物体所受浮力大小与液体的温度无关”，因此，浮力大小与液体温度有关这种说法是错误的.
评析：学生解答探究性问题一般没有固定的路径和方法，大多基于问题，开展观察、操作、分析、综合等活动.探究液体温度对浮力的影响是课本内容的延伸和拓展，探究过程具有开放性、挑战性和综合性，答案具有不确定性.学生会积极主动地参与到实验中来，在实验设计、分析归纳中促成高阶思维发展.
3.1.6 设计拓展问题，渗透价值观念
任务七 了解我国核潜艇发展现状：观看视频，2019年4月在青岛举行的中国海军成立70周年大阅兵的场景，展示我国核潜艇的航行画面，场面震撼，激动人心.并思考以下问题.
问题1：核潜艇上浮与下沉的原理是什么？
问题2：我国核潜艇的发展你了解哪些？
问题3：谁是我国的核潜艇之父？
问题4：观看完黄旭华的演讲视频，你有什么感想？
评析：教师在本环节中设计拓展性问题，进一步引导学生延伸学习我国核潜艇的发展现状，运用浮力的相关知识，了解潜艇上浮和下沉的原理.由此介绍我国核潜艇之父——黄旭华的故事，黄旭华先生为了理想信念，隐姓埋名，30年如一日地潜心研究，为我国的核潜艇事业做出卓越贡献.教师通过播放视频以及设置拓展性问题，激发学生的爱国主义情怀，感悟家国情怀，树立为祖国奉献的科学精神.
参考文献：
[1]徐晓燕.高阶思维导向下的数学问题设计——以“19.8直角三角形的性质”为例[J].上海中学数学，2019（10）：4-7.
[2]曹键粮，彭朝阳.巧设物理“问题链”发展学生的高阶思维能力[J].物理教学探讨，2018，36（02）：69-72.
[3]吴宏.初中物理课堂用问题唤醒学生思维[J].中学生数理化（教与学），2020（11）：48.
[4]林成珠.“深度学习”从“问题”开始——以力与运动教学设计为例[J].中学课程辅导（教师教育），2020（20）：90-91.
[5]张虎岗.基于学生“体验 思辨 表达”的教学设计——以“力”的教学设计为例[J].理科考试研究，2020，27（20）：39-42.
（收稿日期：2020-11-10）