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导 读
教学的核心任务是发展学生思维，培养思维的重要场地在课堂。物理思维课堂的目标是以知识为载体，让学生经历知识发生的过程，发展思维能力，培养思维品质。《物理思维课堂》一书，是北京市教育科学“十三五”规划课题《过程教学导向下的思维发展型课堂建构》的研究成果，本课题以问题为导向，以案例为教体，立足课堂教学，开展了五年的实践研究，解决了一些教师的问题。本书通俗易懂，具有较强的实践性，以丰富立体的教学案例诠释教育理论，并梳理出可操作、可迁移的教学策略和教学流程，供大家参考使用。希望本书的出版，能够打开一扇窗，给广大教师带来启示，重新审视我们的物理课堂，深刻认识到发展学生“思维”的重要性和紧迫性。为发展学生的核心素养，落实立德树人，奠定坚实的基础；为培养创新型人才，贡献力量。（以下为本书内容摘选）
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作者简介
田成良 北京市物理特级教师，首都师范大学硕士生实践导师，北京市特级教师工作室实践导师，海淀区名师工作站物理组导师，《中学物理》编委、《中学物理教学参考》特约编辑，教育部物理实验装备标准组核心成员，现任北京市海淀区教师进修学校物理教研员。
一、思维课堂的内涵
“思维课堂”最早源自英国思维教学专家麦吉尼斯的《从思维技能到思维发展型课堂》一书，对应的英文为“ThinkingClassrooms”。所谓“思维课堂”，是以促进学生思维能力发展为核心目标的新型课堂教学形态，担负着活化知识与发展思维的双重使命。在这种课堂中，学习者或习得新的思维技能，或拓展已有思维技能的应用情境，或将已有思维技能作为加工知识的手段和方法，实现对学科知识的更深入理解以及对思维技能的更熟练运用。
物理学是一门以实验为基础的自然科学，它是发展最成熟、高定量化的精密科学，又是具有方法论性质、被人们公认为最重要的基础科学。诚如诺贝尔物理学奖得主、德国科学家玻恩所言：“与其说是因为我发表的工作里包含了一个自然现象的发现，倒不如说是因为那里包含了一个关于自然现象的科学思想方法基础。”物理学之所以被人们认为是一门重要的科学，不仅仅在于它深刻揭示了客观世界的规律，还因为它在发展、成长的过程中，形成了一整套独特而卓有成效的思想方法体系。正因为如此，物理学当之无愧地成了人类智慧的结晶、文明的瑰宝。在玻恩看来，科学的核心或者说全部就是科学方法，也就是说，科学方法比科学知识更重要。基于上述认识，我们提出了以建构“思维和方法”为中心的新型课堂——物理思维课堂。
“物理思维课堂”是以知识为载体，构建真实情境下的思维活动，让学生积极主动地、批判性地整合新知识，并依托科学方法解决现实问题的新型课堂。其主要目标是让学生形成系统的物理观念，掌握科学方法，树立科学精神，最终成为具有创新意识的人才。
二、思维课堂的理论依据
1.布鲁纳的建构主义
著名教育心理学家布鲁纳的建构主义学习理论认为：学生的学习是一个对知识积极主动建构的过程。其教学理论中的“发现学习”是一种主张由学生自己发现问题和解决问题的教学方法，它以培养学生独立思考、发展探究性思维为目标，以基本材料为内容，使学生通过再发现来进行学习。杜威提出了“反省的思维的分析”并应用于教学过程，从而形成了教学过程的五个阶段：从情境中发现疑难，从疑难中提出问题，提出解决问题的各种假设，推断哪一种假设能解决问题，经过检验来修正假设，获得结论。这是一种“从做中学”的教学步骤，在“做”中思维，通过思维提出问题和解决问题，并在“做”中验证效果。
2.皮亚杰的教育重演说
发生认识论的创始者皮亚杰认为儿童知识的增长与科学知识的增长遵循相同的机制，并以此探寻儿童思维的心理发生和科学概念的历史发展之间的连续性。他发现科学概念的发展过程和心理发生过程的建构过程存在相似性，即学习者学习科学的过程与人类研究科学的过程存在着一定的相似性，学生学习科学的心理顺序基本上就是前人探索科学的历史顺序。换言之，如果把科学家从事科学研究的过程视作科学知识的原生产过程，那么学生接受科学教育的过程就是科学知识的再生产过程，即学生的学习过程是对人类文化发展过程的一种认知意义上的重演。
王全和母小勇教授于2008年7月在《课程·教材·教法》上发表《“科学史—探索”教学模式的“重演”论基础》一文，提出了教育重演理论：第一，一个人的教育发展是一个过程。进入高一级的教育阶段一定以通过了低一级的教育阶段为前提，阶段不可跳跃或颠倒。第二，现代学生的学习过程是对人类文化发展过程的一种认知意义上的重演，即现代人的认知发展是对其祖先认知水平长期演化过程的浓缩，恰似生物学上胎儿在母体内的发育过程重演祖先的进化过程。学生在学习物理的过程中“重演”着人类探索物理的过程。
3.林崇德的三棱思维结构模型
林崇德先生提出的三棱思维结构模型，强调思维是一个多状态、多水平、多层面、多联系的结构。如图1-2-1所示。
图1-2-1林崇德三棱思维结构模型
由图1-2-1可见，思维主要是由六种成分组成的，分别是：思维的材料、思维的过程、思维的监控、思维的目的、思维的品质和思维活动中的非智力因素。这六种成分是一个相互联系的有机统一整体。根据该模型，在教学活动中，教师可以将具体的学科知识作为思维的材料，营造良好的教学环境，将学生的思维过程“显性化”，促进学生思维能力的提升、思维品质的养成;教师应该充分考虑到思维监控的作用，时时处处引导学生反省思维活动。
4.赵国庆的思维课堂核心要素
赵国庆教授等人在《思维发展型课堂的概念、要素与设计》一文中，综合已有研究和多年实践经验，提出了思维发展型课堂的建构理论，并将思维发展型课堂定义为“以促进高级思维能力发展为核心目标的新型课堂形态，担负着活化知识与发展思维的双重使命”。文中进一步指出：问题情境是思维发展的依托，认知冲突是思维发展的根本原因，可视化是思维过程和思维结果的显性载体，变式运用是实现思维迁移的有效手段，它们共同构成了思维发展型课堂的四大核心要素。而在具体操作上，思维发展型课堂可按“思维目标要记牢—认知冲突不能少—思维图示理思考—适时工具来引导—变式运用火候到”的思路来设计和实施。
因此，沿着历史的足迹，重演人类丰富的科学活动，是构建有效教学过程的重要手段。相应地，理想的科学教育应该是以浓缩的时空和必然的形式，重演人类丰富多彩的科学活动，让学生去亲历探究的过程，感受科学的启迪。这不仅有助于学生突破思维上的障碍，还能使学生更好地理解并掌握所学的知识，从中汲取前人的智慧，领悟思想方法，浸润科学精神，最终形成良好的认知结构。
三、思维课堂的特征
1.经历知识形成的过程
思维课堂倡导让学生经历知识建构的过程。一般来说，物理课本上的知识因略去生成、发展的过程而显得抽象，因此在教学中一定要揭示其形成过程，使知识的生成、发展与学生的认识规律相结合。思维课堂的过程性，表现在学生能够积极主动地参与学习活动，自主地学习，主动地探索知识，发展其探索创新的能力。思维课堂可以更好地开发和利用物理学的教育价值，促进学生的发展。学生的思维能力的发展，往往蕴含在知识的建构过程中，体现在真实问题的解决过程中。物理学的发展史中蕴藏着丰富的探索历程，教学中可以借鉴前人科学探索的过程，从中吸取前人的智慧，发展学生的潜能。
疑问是思维的开始，疑问是创造的动力。让学生经历知识的形成过程，就要从问题开始。美国心理学家布鲁纳把教学过程看成“一种提出问题和解决问题的持续不断的活动”。爱因斯坦说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”古人云：“学源于思，思起于疑。”一个好的问题比一个好的回答更有价值。建构思维课堂就要培养学生的问题意识，根据学生的实际水平，创设问题情境，用多种方式进行启发，鼓励他们自主发现并提出有价值的问题，培养他们的问题意识。
2.遵循科学本质
思维课堂要体现学科特色，物理思维课堂应遵循科学本质。科学本质是什么?这是所有科学研究者、科学教育者和学习者在接触科学时首先要面对的问题。科学本质观阐明了科学所具有的基本特征，是人们对科学本质属性的正确认识。科学的本质说明了科学知识是如何产生、发展的，阐明了科学不仅是系统化的知识体系，也是一种不断发展和自我矫正的探究过程，任何科学知识都是人们进行科学探究的成果。
科学本质观具体如下：科学假定宇宙间的众多事物都以恒定的规律发生和发展，通过认真的、系统的研究，运用智慧和借助扩展感官功能的仪器可以发现宇宙中的各种特性和规律。这说明世界是可以被认知的，科学是对客观世界的解释。研究科学的过程是一个发掘和获得知识的过程。在这个过程中要仔细观察现象，并从观察中创立各种理论。新的观察发现可以对流行的理论提出挑战，不断地对其进行验证、修订，有时还会将其抛弃。科学知识不是绝对真理，有时是可变的，是暂时性与持久性的统一。不同的研究者即使在相同的地点观察研究相同的现象，也可能得出不同的结论，这与个人经验有关，科学知识是长期积累的结果。科学是人类的推理、想象和创造力的产物，科学知识是科学家运用创造性智力的产物，如同艺术家的工作。一些科学规律就是科学本体的特性，无法进一步深入地解释，常被称为科学定律和科学理论，如：分子动理论就是从微观上说明分子运动的理论，无法再进一步解释运动的原因，即称为理论;玻意耳定律则是从宏观上解释气体的一种等温变化的定律。理论是定律的微观解释，定律是理论的宏观表现。
科学探究的动力在于对以往科学知识的质疑，科学探究总是始于发现的问题。科学探究是以观察为基础的经验性过程，但科学探究没有单一的程序与步骤(即没有单一的科学方法)供科学家们遵循，没有一条道路可以保证能正确地引导科学家获取科学知识。科学主张的正确性要通过观察到的证据来判定，所以科学家的注意力要集中在收集准确的数据上，这种证据只有通过观察和测绘才能获得。科学讲究证据，但是科学数据不同于科学证据，研究结论必须与所收集的数据一致。自然现象的变化都是有相应的原因的，科学是逻辑和想象的结合体。科学家们不只是借助数据和成熟的理论开展工作，还常常利用尝试性假设探讨事物的本来面目。
3.明晰科学方法
思维课堂的核心是“思维和方法”，方法是思维的显化，是思维过程的反思和概括。因此思维课堂要围绕科学方法教育开展。物理给我们提供了一个科学的方法论，科学的方法论分为两部分，一部分是逻辑推理，另一部分是归纳。科学建立在推理归纳和实验这两个根本支柱上。科学方法能改变我们的思维习惯，能够让我们明智地处理问题，这常常涉及取证、定量分析、逻辑推理。没有批判性思维和独立思考的能力，学生就很容易成为教条主义者，成为用简单方式处理问题的传播者。了解科学规律研究的途径和方法的过程，能够让我们发展科学的思维方式，形成处理问题的方法，让我们变得更富有智慧。
诚如诺贝尔物理学奖得主、德国科学家玻恩所言：“与其说是因为我发表的工作里包含了一个自然现象的发现，倒不如说是因为那里包含了一个关于自然现象的科学思想方法基础。”科学深刻揭示了客观世界的规律，还在发展、成长的过程中，形成了一整套独特而卓有成效的思想方法体系。正因为如此，科学当之无愧成为人类智慧的结晶、文明的瑰宝。
4.体现师生主体
传统教学采用“以教师为中心”“单向灌输式”教学模式。学生受制于教师，失去了学习的主体地位，只能被动地接受知识，缺乏自主性、能动性和创造性。无论建构主义的学习观，还是“学习金字塔”理论，都提倡学生主体在教师主导下参与学习。教师不能代替学生去学习。然而，在改革“以教师为中心”的专制型课堂时，又有人把学生主体极端化，宣扬“以学生为中心”，完全忽视教师主导地位。不管是“教师中心论”还是“学生中心论”，所强调的只是“教”与“学”这一对矛盾的一个方面，忽视了另一个方面的作用，严重影响了教学的效果，阻碍了学生的发展。实际上，没有了教师的引导，教学过程的目标会变得不明确，就可能导致混乱无序的局面。教学活动是师生共同参与的双边活动，只有同时重视教师和学生的“双主体”作用，充分发挥“教”与“学”两个方面的积极性，才能取得最好的教学效果。
思维课堂倡导学习活动的设计要根据学生的认知特点和规律，通过创造实际的或重复经历的情境和机会，呈现、再现、还原教学内容，使学生在亲历的过程中理解并建构知识、发展能力、产生情感学习，并以人的生命发展为依归，尊重生命、关怀生命。思维课堂的主体是学生，学习活动必须突出学生的主体性，让学生在实践体验中主动建构知识。
另外，思维课堂还倡导学习的趣味性。趣味性原则是教师在教学过程中运用幽默生动的语言、灵活的教学技巧、直观形象的表演以及富有感染力的激情等来最大限度地增加课堂活力、激发学生的学习兴趣、增强学生学习效果的一种教学方式，它要求教师在教学中以学生为中心，把枯燥、难懂的课堂变得生动而富有感染力。布鲁纳认为最好的学习动力是对所学材料有内在的兴趣。所以教师在思维能力目标渗透过程中必须改变教学方式，利用各式各样的教学技巧，让学习内容显得更加生动有趣，以极大魅力吸引学生的注意力，从而提高其学习效率。
四、思维课堂的根本任务
我国新一轮课改提出了“立德树人”的育人目标。然而，现阶段中学物理教学一般是由现象直接引导学生得到结论，忽视了过程的体验。物理教学只重视习题演练，而忽视了问题的解决，只重视解题技巧，而忽视了科学方法的传授，致使中学生陷入了上课能听懂，但做题容易出错的困境。仅从知识到结论的浅层学习，势必导致科学思维能力发展不足，不利于核心素养的落实。
只有使教师传授知识的过程转变为教师引导学生探求发现真理的过程，才能发展学生的核心素养，才能由学科教学走向学科教育。诺贝尔物理学奖获得者劳厄说得好：“重要的不是获得知识，而是发展思维能力。教育无非是一切已学过的东西都遗忘掉的时候，所剩下来的东西。”这位物理学家一言道破了教育的真谛，教育的终极追求并不仅仅是知识，还有学习知识过程中积淀下来的东西，即素养，而素养的核心集中反映为人的思维方式和价值取向。
物理教学的最终目的也是提高全体学生的素养，尤其是科学素养。对于大多数学生来说，学习物理并不是为了进一步研究物理，而是学会正确面对和决策今后遇到的大量的非物理问题，从而为一生文明、健康、高质量的生活奠定基础。科学思维能力是衡量科学文化素养的重要标志。具有较高的科学思维能力的人，一是“再生性”强，能学，会学，终身学习;二是“适应性”强，可以较快地在不同的岗位上找到自己的位置，让自己始终立于不败之地。
当前，学生思维能力的培养已成为核心素养的重要组成部分，促进学生思维能力发展的思维发展型课堂正逐渐受到人们的关注。有鉴于此，聚焦一线课堂，以构建思维发展型课堂为契机，探索以过程教学为支架，是促进学生思维能力发展的路径。让学生亲历科学知识的形成过程，习得知识与方法，锻炼思维与技能，最终使得课堂上的知识获取与思维发展相得益彰，消弭实质教育与形式教育的疏离对峙。
