劉 權(quán)

(蘇州市陸慕高級(jí)中學(xué)，江蘇 蘇州 215131)

1 什么是批判性思維

《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》報(bào)告中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了創(chuàng)新能力、批判性思維、公民素養(yǎng)、合作與交流能力、自主發(fā)展能力、信息素養(yǎng)這6種核心素養(yǎng)．其中創(chuàng)新能力是6種核心素養(yǎng)的核心,而批判性思維又是創(chuàng)新能力的前提．[1]

批判性思維最早源于杜威提出的反省思維,主要指延遲判斷．20世紀(jì)30年代格雷瑟的“批判性思維”包括:“愿意對(duì)自己接觸的問(wèn)題和對(duì)象進(jìn)行縝密思考的態(tài)度,邏輯推理方法的知識(shí),運(yùn)用這些方法的技能．”恩尼斯給出了批判性思維更直觀的定義:“批判性思維是指為決定相信什么或做什么進(jìn)行的合理的、反省的思考,通過(guò)那些理性反思以決定相信什么或做什么．”[2]

批判性思維是一種高階思維素養(yǎng)．思維的批判性是指思維中嚴(yán)格估計(jì)思維材料和檢查思維過(guò)程,善于獨(dú)立思考,不受暗示干擾,善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,提出質(zhì)疑,進(jìn)行爭(zhēng)論,不斷分析解決問(wèn)題所依據(jù)的條件,反復(fù)檢查已擬定的假設(shè),計(jì)劃和方案;善于客觀地考慮正反兩方面的論據(jù);善于明辨是非曲直,不人云亦云,盲從附和．[3]

2 批判性思維培養(yǎng)的實(shí)踐路徑

古希臘哲人普羅塔戈的名言:“大腦不是一個(gè)要被填滿的容器,而是一個(gè)需要被點(diǎn)燃的火把”,而“問(wèn)題”就是點(diǎn)燃學(xué)生思維的火種．世界著名的教育專(zhuān)家李·舒爾曼提到:“原理是強(qiáng)有力的,但案例是令人難忘的”．培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的問(wèn)題需要教師精選案例或事件來(lái)表現(xiàn)．

2.1 關(guān)鍵事件

對(duì)于學(xué)生而言,能夠使學(xué)習(xí)增值的事件就是關(guān)鍵事件．關(guān)鍵事件是批判性思維培養(yǎng)的有效資源．它可以是一段物理學(xué)史的介紹、一個(gè)物理概念的建立過(guò)程、一個(gè)物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程、一組模型的生成過(guò)程．

(1) 物理學(xué)史激活批判性思維.

物理學(xué)史上熟知的物理學(xué)家無(wú)一不具有批判性科學(xué)精神．在追求真理過(guò)程中,他們常常向權(quán)威挑戰(zhàn),提出質(zhì)疑,表達(dá)創(chuàng)造性的觀點(diǎn),為科學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步做出了卓越貢獻(xiàn)．

例1.亞里斯多德認(rèn)為力是維持運(yùn)動(dòng)的原因,伽利略則提出質(zhì)疑,指出物體在沒(méi)有受到外力時(shí),可保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),在此基礎(chǔ)上,經(jīng)牛頓等人的研究,得出牛頓運(yùn)動(dòng)定律．又如開(kāi)普勒相信哥白尼學(xué)說(shuō),所以開(kāi)始時(shí)他按行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)來(lái)思考問(wèn)題．在他對(duì)火星軌道的研究中,70余次嘗試所得的結(jié)果都與第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)有至少8分的角度偏差,他從對(duì)第谷數(shù)據(jù)的深信不疑到開(kāi)始質(zhì)疑,反復(fù)修正,最后發(fā)表了行星運(yùn)動(dòng)三大定律．再如很多物理學(xué)家投身于“磁生電的研究”,安培、科拉頓、法拉第等人起初很長(zhǎng)時(shí)間都認(rèn)為“靜態(tài)”的電流能產(chǎn)生磁場(chǎng),那么“靜態(tài)”的磁場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生電流．法拉第用了10多年做了大量的實(shí)驗(yàn),均以失敗告終．法拉第逐漸對(duì)那種共識(shí)產(chǎn)生質(zhì)疑,最終總結(jié)出了電磁感應(yīng)定律．

(2) 物理規(guī)律激活批判性思維.

圖1

例2.探究機(jī)械能守恒條件是“機(jī)械能守恒定律”這節(jié)課的核心內(nèi)容．如圖1所示,小球從粗糙曲面滑下,研究小球從A位置到B位置的過(guò)程,結(jié)合WG+Wf=EkB-EkA和WG=EpA-EpB討論在什么條件下滿足EkA+EpA=EkB+EpB，即機(jī)械能守恒?學(xué)習(xí)小組爭(zhēng)論的觀點(diǎn)有: ① 小球只受重力; ② 受重力,也可以受其他力; ③ 只有重力做功; ④ 有重力做功,也可以有其他力做功．學(xué)生的自評(píng)和互評(píng)凸顯了批判性思維．

(3) 物理模型激活批判性思維.

相似模型間的“求異”本身就是一種批判．學(xué)生只有運(yùn)用批判性思維,才能辨別模型的異同,達(dá)到深刻的理解．

圖2

例3.圖2是輕繩和輕桿模型間的“求異”,小球分別在輕繩和輕桿的牽引下,都向右做加速度為a的勻加速直線運(yùn)動(dòng),輕繩和輕桿與豎直方向分別成45°和30°．分別求輕繩和輕桿對(duì)小球的作用力大小?

解析:學(xué)生按照輕繩模型來(lái)“同化”輕桿模型,根據(jù)水平方向Fsin30°=ma得到答案.

批判性思維體現(xiàn):學(xué)生通過(guò)豎直方向關(guān)系Fcos30°=mg發(fā)現(xiàn)矛盾,提出質(zhì)疑,修正批判得到:輕繩提供的彈力一定沿著繩子方向,輕桿提供的彈力不一定沿著桿子方向

例4.圖3是曲面模型和斜面模型間的“求異”,物體分別從粗糙曲面和粗糙斜面靜止滑下,曲面和斜面的兩直角邊長(zhǎng)度,動(dòng)摩擦因數(shù)都相同,分別為R、μ,求物體從A到B的過(guò)程中克服摩擦力做功?

圖3

圖4

解析:學(xué)生按照斜面模型來(lái)“同化”曲面模型,把AB圓弧分成許多很短的間隔,由于每一段都很小,因而都可以近似地看做一段傾斜的直線．如圖4所示，AA1是其中的某一小段,滑塊在這一小段滑動(dòng)過(guò)程中,滑動(dòng)摩擦力f=mgμcosθ,滑動(dòng)摩擦力做的功為Wf=-mgμLcosθ=-mgμx(x是這一小段在水平方向的投影),所以物塊通過(guò)整個(gè)曲面時(shí)摩擦力所做的功,等于摩擦力在每一小段上所做的功的代數(shù)和,曲面在水平方向的投影為R,即物塊在AB段克服摩擦力做功為mgμR．

批判性思維體現(xiàn):學(xué)生提出質(zhì)疑,物塊在曲面上運(yùn)動(dòng),需要提供向心力,曲面給物塊的彈力F>mgcosθ,即f>mgμcosθ．所以物塊在曲面上運(yùn)動(dòng)受到的摩擦力應(yīng)該大于同位置物塊在斜面上受到的摩擦力,因而物塊在AB段克服摩擦力做功應(yīng)大于mgμR.

2.2 不確定事件

最適合思維的教學(xué),是以思維為基礎(chǔ)的問(wèn)答策略,也就是說(shuō),教師教學(xué)問(wèn)題的設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生高階思維最有效的手段.在物理教學(xué)中,培養(yǎng)高階思維應(yīng)該圍繞物理概念、規(guī)律為學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)開(kāi)放的、挑戰(zhàn)性的、能引起多種解決途徑的問(wèn)題,給學(xué)生提供多方位思考問(wèn)題的機(jī)會(huì)．[4]

吳加澍提出實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“三問(wèn)”,讓學(xué)生參與物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程,這個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該怎樣做——知其然;這個(gè)實(shí)驗(yàn)為什么這樣做?——知其所以然;這個(gè)實(shí)驗(yàn)還可以怎樣做?——知其所盡然．

例5.小球以初速度v距地面一定高度做豎直上拋運(yùn)動(dòng),不計(jì)阻力,求小球ts后的位移?(小球未落地)

解析:大部分學(xué)生先求出小球運(yùn)動(dòng)到最高位置的時(shí)間,然后通過(guò)討論t與它的關(guān)系,建立表達(dá)式．

批判性思維體現(xiàn):教師強(qiáng)調(diào)解題方法不確定性,引導(dǎo)學(xué)生分析小球運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程,學(xué)生發(fā)現(xiàn)小球做勻變速直線運(yùn)動(dòng),加速度為重力加速度,果斷運(yùn)用位移公式寫(xiě)出表達(dá)式．

例6.“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”這節(jié)課要求學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.

方案:大部分教師遵循教材本意,采用安排好的實(shí)驗(yàn)情景(物體自由下落)展開(kāi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證．

批判性思維體現(xiàn):由于學(xué)生能夠建立很多機(jī)械能守恒的情景(單個(gè)物體,兩個(gè)物體),教師將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為探究性實(shí)驗(yàn)．教師通過(guò)充分預(yù)設(shè),將一些需要用到的器材留給學(xué)生,讓學(xué)生根據(jù)手邊的器材進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)．學(xué)生建立了4種探究情境： ① 物體做豎直上拋運(yùn)動(dòng)； ② 物體做單擺運(yùn)動(dòng)； ③ 物體做平拋運(yùn)動(dòng)； ④ 連接體運(yùn)動(dòng)(類(lèi)似牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)).

2.3 差異性事件

差異性事件表現(xiàn)出的現(xiàn)象會(huì)超出學(xué)生預(yù)期,引發(fā)認(rèn)知沖突,使學(xué)生的認(rèn)知心理失衡,繼而產(chǎn)生解決這種認(rèn)知沖突而獲得心理平衡的動(dòng)機(jī).

差異性實(shí)驗(yàn)是差異性事件的一種呈現(xiàn)方式,它是指實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)果是人們意想不到的,違反直覺(jué)的,與“常識(shí)”有較大差異的實(shí)驗(yàn)．[5]

圖5

例7.如圖5所示,一細(xì)線一端固定于傾角為45°的光滑斜面體的頂端P處,細(xì)線的另一端拴一質(zhì)量為m的小球．求當(dāng)斜面體以a=2g的加速度向左運(yùn)動(dòng)時(shí),求斜面對(duì)小球的支持力大小?

批判性思維體現(xiàn):學(xué)生的預(yù)期是支持力大小為正值,而答案卻超出預(yù)期.這個(gè)鮮明的差異性刺激著學(xué)生做批判性的反思.如果小球在斜面上,所有的操作都正確,答案應(yīng)該沒(méi)問(wèn)題,除非小球不在斜面上,脫離了斜面?學(xué)生運(yùn)用臨界法,推導(dǎo)出當(dāng)斜面體以a=g的加速度向左運(yùn)動(dòng)時(shí),小球處在臨界狀態(tài)(在斜面上,但恰好與斜面不擠壓),所以當(dāng)a>g時(shí),小球確實(shí)脫離了斜面．

圖6

例8.如圖6所示,a、b都是很輕的鋁環(huán),a環(huán)是閉合的,b環(huán)是不閉合的．a(chǎn)、b環(huán)都固定在一根可以繞O點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)的水平細(xì)桿上,此時(shí)整個(gè)裝置靜止,現(xiàn)在使磁體一端靠近b環(huán),請(qǐng)利用電磁感應(yīng)的相關(guān)知識(shí)判斷b環(huán)會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:磁體靠近b環(huán)時(shí),b環(huán)遠(yuǎn)離磁體.

批判性思維體現(xiàn):學(xué)生的預(yù)期是由于b環(huán)不閉合,當(dāng)磁體靠近時(shí),b環(huán)內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流,b環(huán)仍靜止不動(dòng),而實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象卻超出預(yù)期.這個(gè)鮮明的差異性刺激著學(xué)生做批判性的反思:這種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象應(yīng)該是在鋁環(huán)閉合的時(shí)候出現(xiàn)的,鋁環(huán)不閉合的情況下,居然也出現(xiàn)了這種現(xiàn)象,除非鋁環(huán)中出現(xiàn)了感應(yīng)電流?學(xué)生檢索出一種感應(yīng)電流叫渦流,它在金屬中產(chǎn)生．由于使用了強(qiáng)磁鐵,在鋁環(huán)中產(chǎn)生了渦流．

2.4 臻美事件

按照辯證唯物主義的美學(xué)觀點(diǎn),美的本質(zhì)是合乎規(guī)律性與合乎目的性的統(tǒng)一．物理學(xué)中蘊(yùn)含的美主要有“對(duì)稱(chēng)、簡(jiǎn)潔、和諧、多樣統(tǒng)一”．臻美的方法是指在研究物理問(wèn)題過(guò)程中,按照美學(xué)規(guī)律對(duì)尚不完美的東西進(jìn)行加工、修改以致重構(gòu)的思維方法．這一方法最大特點(diǎn)是把對(duì)美的追求放在思維的首位,通過(guò)對(duì)物理概念、物理規(guī)律、物理模型等審美處理,探索解決物理問(wèn)題的新方向．

(1) “對(duì)稱(chēng)美”喚醒批判性思維.

圖7

例9.如圖7所示,質(zhì)量為m,帶電荷量為+q的小球用一長(zhǎng)度為L(zhǎng)的絕緣細(xì)線懸于O點(diǎn),周?chē)幸凰较蛴业膭驈?qiáng)電場(chǎng)E,小球靜止在如圖位置(細(xì)線與豎直方向的夾角均為θ<45°),如果把小球拉回到豎直位置,再把小球無(wú)初速度釋放,問(wèn)小球擺離豎直位置的最大角度?

解析:學(xué)生根據(jù)平衡的知識(shí)和動(dòng)能定理,求出最大角度為2θ．

批判性思維體現(xiàn):學(xué)生發(fā)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱(chēng)美,利用單擺最大偏移位置的對(duì)稱(chēng)性,很快得到小球擺離豎直位置的最大角度為2θ．

(2) “簡(jiǎn)潔美”喚醒批判性思維.

例10.如圖8所示,有一輕繩系一個(gè)小球懸于O點(diǎn)．將球拉至A位置,繩水平繃緊．無(wú)初速釋放,問(wèn)小球下擺至B位置過(guò)程中,在什么位置重力有最大功率?(已知球的質(zhì)量為m,繩的長(zhǎng)度為L(zhǎng),不計(jì)空氣阻力)

圖8

圖9

解析:選取球下擺過(guò)程中的一般狀態(tài)C(如圖9),根據(jù)機(jī)械能守恒定律和功率公式得到

P2=2m2g3Lsinθcos2θ.

令f=sinθcos2θ，兩邊平方得

批判性思維體現(xiàn):學(xué)生發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的簡(jiǎn)潔美,小球下擺過(guò)程中速度一直變大,根據(jù)向心力公式,得知繩的拉力一直變大,拉力在豎直方向的分力Fy也在變大.結(jié)合小球在B位置豎直方向的速度為0這個(gè)特點(diǎn),分析出小球在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)先加速后減速的過(guò)程．而由于重力的功率P=mgvy,所以當(dāng)Fy=mg時(shí)vy最大,即P最大．列出相應(yīng)的表達(dá)式為

Fy=Fsinθ=mg.

(3) “守恒美”喚醒批判性思維.

例11.A,B兩個(gè)小球在光滑的水平面上沿同一直線,同一方向運(yùn)動(dòng),A球速度為5 m/s,B球速度為3 m/s,當(dāng)A球追上B球時(shí)發(fā)生完全彈性碰撞,則碰撞后A,B兩球速度的可能值

(A) 3 m/s,5 m/s. (B) 3 m/s,6 m/s.

(C) 2 m/s,6 m/s. (D) -2 m/s,1 m/s.

解析:由于兩個(gè)小球質(zhì)量未知,學(xué)生必須結(jié)合碰撞前后速度,動(dòng)量守恒表達(dá)式和能量守恒表達(dá)式來(lái)計(jì)算小球質(zhì)量,如果有解,說(shuō)明正確,無(wú)解說(shuō)明錯(cuò)誤．于是學(xué)生需要依次驗(yàn)算．

批判性思維體現(xiàn):學(xué)生緊抓完全彈性碰撞中的守恒美,發(fā)現(xiàn)完全彈性碰撞過(guò)程中,小球相對(duì)速度大小也不變,[6]根據(jù)小球碰撞前相對(duì)速度大小為2 m/s,很快選出(A)選項(xiàng)．

3 培養(yǎng)建議

指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中意義建構(gòu),形成良好系統(tǒng)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)．因?yàn)榱己玫恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)有利于記憶理解、檢索加工、提取應(yīng)用，為開(kāi)展有效思維活動(dòng)創(chuàng)造合適的條件．系統(tǒng)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)能夠?qū)ξ锢碇R(shí)、物理思想方法和基本技能進(jìn)行有機(jī)整合,提高批判思維的可靠性．

顯化批判思維培養(yǎng)優(yōu)于滲透培養(yǎng).教師應(yīng)該有意識(shí)地顯化批判性思維培養(yǎng)，要在了解學(xué)生的基礎(chǔ)上,積極創(chuàng)造機(jī)會(huì),設(shè)計(jì)一些針對(duì)性的問(wèn)題,植入批判性元素,強(qiáng)化批判性思維的應(yīng)用．無(wú)論學(xué)生批判得錯(cuò)與對(duì),教師都應(yīng)及時(shí)反饋對(duì)學(xué)生運(yùn)用批判性思維的肯定,呵護(hù)學(xué)生“愿批判”、“堅(jiān)持批判”的情感．教師也需要學(xué)習(xí)一些批判性思維的專(zhuān)門(mén)知識(shí),[1]依托專(zhuān)業(yè)理論,提高培養(yǎng)效果．

思維品質(zhì)包括深刻性、靈活性、批判性、敏捷性和創(chuàng)造性．批判性只是思維特性的一部分,批判性思維培養(yǎng)不能獨(dú)立于更不能排斥其他品質(zhì)的培養(yǎng),相反其他思維品質(zhì)很大程度上能促進(jìn)批判性思維的發(fā)生頻率和提高批判的準(zhǔn)確性．建議教師構(gòu)建“思維型”課堂,這種課堂強(qiáng)調(diào)以誘發(fā)思維動(dòng)機(jī)為特征的教學(xué)導(dǎo)入、以引發(fā)思維動(dòng)力為特征的教學(xué)過(guò)程、以思維監(jiān)控為特征的教學(xué)反思和以抽象概括為特征的應(yīng)用遷移．[7]“思維型”課堂的核心就是培養(yǎng)學(xué)生思維習(xí)慣,只有學(xué)生積極思維,批判性思維培養(yǎng)才有可能．