(南京師范大學附屬中學，江蘇 南京 210003)

《普通高中物理課程標準(2017年版)》將批判性思維列入課程目標，要求學生“具有批判性思維的意識”“能基于證據(jù)大膽質(zhì)疑，從不同角度思考問題，追求科技創(chuàng)新”。要培養(yǎng)學生有批判性思維，首先就要有能夠進行批判性思維的教師，即教師在教學過程中必須客觀地、冷靜地審視自己的思維，發(fā)現(xiàn)并及時修正思維謬誤。筆者基于批判性思維能力的培養(yǎng)目標，從青年教師基本功大賽的一道試題入手，對目前“電容”概念引入的幾種做法進行審視，以期提升我們自己和學生的思維品質(zhì)。

試題：有教師為了引入電容概念，制作了以下動畫課件。如圖1所示，電容器通過單刀雙擲開關分別與電源和靜電計相連，當開關S接到1時，電源對電容器充電；當S接到2時，靜電計顯示電容器兩端電勢差的大小。

圖1

播放課件可見：用不同的電源對電容器充電，電容器所帶電荷量大小不同，電容器放電后靜電計兩端電勢差也不同。當電容器帶一個單位電荷Q時，靜電計的示數(shù)為U；當電容器帶兩個單位電荷2Q時，靜電計示數(shù)為2U，當電容器帶三個單位電荷3Q時，靜電計示數(shù)為3U，……

(1) 指出該教學過程中存在的問題；

(2) 對電容概念引入過程進行教學設計。

本題的命題意圖是考查教師的批判性思維水平，但選手的答案大多淺嘗輒止，僅僅停留在用課件取代實驗上。應該怎樣從批判性思維方面來審視這個概念引入的片段？筆者認為可從尋找邏輯謬誤與價值判斷兩個視角進行審視。

1 尋找教學設計中的邏輯謬誤

1.1 課件設計中的邏輯錯誤：循環(huán)論證

值得商榷的是：課件中并沒有測量電容器電荷量的儀器，怎么知道電容器所帶的電荷量是幾個單位？

有教師會說電容器兩端的電勢差等于電源電動勢，電容器所帶電荷量大小與電源電動勢大小成正比，所以可以用電源電動勢大小表征電容器所帶電荷量的大小。這個結論是正確的，但是存在兩個問題。

(1) 什么情況下電容器兩端的電勢差等于電源電動勢？構建電容器充電電路模型如圖2所示。當充電結束時，充電電路中電阻R上有阻無流，電容器兩端電勢差與電源電動勢相等。但是這與電容器所帶電荷量有什么關系？

圖2

圖3

(2) 當單刀雙擲開關S接到2后，電容器將對靜電計放電，這時電容器兩極板所帶的電荷量q不再等于CE，這個電荷量應是多少呢？

顯然，只有當C?C1，即電容器電容C遠大于靜電計電容C1時，才有q=qm=CE。

1.2 實驗設計中的邏輯錯誤

(1) 循環(huán)論證

圖4

(2) 不當類比

(3) 前提失當

有選手利用電容器放電電流驅(qū)動石英鐘來設計實驗，認為石英鐘走動的時間與電容器容納的電荷量成正比，并以此驗證電容器兩極板電勢差相同時電容器電荷量與電容成正比，同一電容器所帶電荷量與電勢差成正比。然而這個前提是否妥當卻值得商榷！

比較以上這些做法，可以發(fā)現(xiàn)不論是用等效法，還是用類比法，都沒有用實驗來直接測量電荷量的大小。所以為了用實驗引入電容概念，必須直接測量出的電容器所帶的電荷量大小，而測量方法似乎也只能選擇“利用電流傳感器得到i-t圖像，再求積分了”。

批判性思維不僅是技能與能力，更重要的是支撐這些技能與能力的心智特征，質(zhì)疑的意識與膽略正是這種心智特征的重要方面。本文所涉及的課件曾長期流行于網(wǎng)絡上，本文所列舉的幾種實驗引入方法也曾發(fā)表在權威期刊上，教師往往為追求新穎而使用，但對課件和實驗本身的邏輯性甚至科學性缺乏深刻的思考，這是不可取的。批判性思維要求我們不要盲目相信自己，也不要盲目相信他人甚至權威，要從形式或非形式邏輯上乃至統(tǒng)計邏輯上對自己或他人的結論提出質(zhì)疑，并在獲取證據(jù)、分析推理的基礎上做出正確的判斷與選擇。

2 對教學設計方案進行價值判斷與選擇

對于電容概念的引入，一般有兩種方案：

一種是實驗法，即用不同的電源對電容器充電，然后利用DIS實驗系統(tǒng)畫出電容器放電的i-t圖像，通過“積分”功能計算出電荷量Q。同時，用數(shù)字式電壓表獲取放電時電容器兩極板間的最大電壓U，發(fā)現(xiàn)對給定的電容器電荷量Q與電壓U的比是個定值，而不同的電容器這個比值不同，所以這個比值與電荷量、電壓無關，只與電容器本身有關，反映了電容器自身的性質(zhì)，稱為電容。

另一種是類比法，即將電容器與水容器相類比，其教學過程如下。

師：將兩個底面積不同(分別為S1、S2)的柱形水容器，均放入高為h的水(如圖5)，請計算其水容量(所裝水的質(zhì)量)。

圖5

生：M=ρSh。

生：對于給定的水容器，這個比值是一個定值(與裝水的多少無關，只由水容器自身的性質(zhì)決定)；對不同的容器，這個比值不同。比值越大，即容器的底面積越大，它容納水的本領越強。所以這個比值反映了水容器容納水的本領。

師：gh在物理學中叫重力勢差，它反映了重力場自身的性質(zhì)。在引入重力勢差概念后，你認為電容器容納電荷的本領應該怎樣描述？

學生：電容器——柱形水容器，電荷量Q——水容量M，電勢差U——重力勢差gh。

生：電容是表示電容器容納電荷本領的物理量。它的大小與帶電荷量多少以及電容器兩端電勢差的大小無關，只由電容器自身的性質(zhì)決定。

師：我們用類比法得到了電容的概念，但是這只是一種假設，電容器帶電荷量與兩極板間的電勢差的比值究竟是不是一個定值，這是需要實驗驗證的(實驗驗證過程略)。

兩種做法的價值取向不同。第一種做法強調(diào)實驗探究，因為實驗是物理學的基礎；第二種做法強調(diào)理論探究，培養(yǎng)了學生的類比思維。哪個方法更好？如果讓筆者選擇，更傾向于后者。一是因為在實驗前你怎么會想到要測量電荷量與電勢差；二是用電流傳感器傳遞電容器放電電流信息，并用DIS系統(tǒng)“積分”功能計算電荷量，這是近年來科技發(fā)展的成果。而電容概念產(chǎn)生于十八世紀，那時對電荷量的測量還很不成熟，因此第二種做法可能更符合物理學史，也更有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維。