祁紅菊

《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》指出，我國(guó)的高考評(píng)價(jià)體系主要由“一核”“四層”“四翼”三部分內(nèi)容組成?！八膶印敝械摹瓣P(guān)鍵能力”包含知識(shí)獲取能力、實(shí)踐操作能力和思維認(rèn)知能力，而思維認(rèn)知能力主要包括形象思維能力、抽象思維能力、歸納概括能力、演繹推理能力、辯證思維能力和批判性思維能力等六個(gè)方面。清華大學(xué)錢穎一教授認(rèn)為，批判性思維是人的思維發(fā)展的高級(jí)階段。如果按照層次或深度來(lái)劃分，可將科學(xué)思維分為淺層思維和深層思維，批判性思維是深層思維中的高階形式，也是創(chuàng)新思維的重要特征之一。

批判性思維主要包含以下三個(gè)特征：一是批判質(zhì)疑，即“會(huì)在深入思考的前提下提出質(zhì)疑”，這是批判性思維的起點(diǎn)；二是論證判斷，即“會(huì)通過(guò)證據(jù)推理作出有說(shuō)服力的判斷”；三是實(shí)踐評(píng)價(jià)，即“會(huì)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中反饋和評(píng)價(jià)”。這里的“批判性”并不是否定意義上的“批判”，而是審辯和思辨式的、多具有建設(shè)性和創(chuàng)新性的評(píng)判。為此，在高中物理課堂教學(xué)中可依據(jù)“感知—質(zhì)疑—假設(shè)—推理—判斷”的模型來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖1所示。

圖1 批判性思維教學(xué)模型

本文以人教版高中物理選修3-5第17章第3 節(jié)“粒子的波動(dòng)性”為例，結(jié)合上述模型談?wù)勗诟咧形锢碚n堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生批判性思維能力的策略。

一、主要教學(xué)過(guò)程

1.情境感知，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。

活動(dòng)1：“光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)”被評(píng)為“十大最美麗的物理實(shí)驗(yàn)”之一，也被稱為是歷史上最“詭異”的物理實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)同學(xué)們觀看視頻“雙縫干涉實(shí)驗(yàn)：一個(gè)顛覆人類世界觀的物理實(shí)驗(yàn)”，然后小組討論，并提出自己的觀點(diǎn)、想法或疑問(wèn)。

【設(shè)計(jì)意圖】在此前的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)觀察過(guò)光的干涉現(xiàn)象，對(duì)光的粒子性也有一定的了解，該視頻不僅重溫了經(jīng)典的“光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)”，而且指出了一個(gè)一個(gè)光子經(jīng)過(guò)雙縫前、后的“詭異”之處。學(xué)生觀看以后，很受震撼，討論非常熱烈，提出了很多在高中物理階段無(wú)法解決的想法、觀點(diǎn)和問(wèn)題，教師順勢(shì)推薦《上帝擲骰子嗎？——量子物理史話》等課外科普書(shū)籍，建議有興趣的學(xué)生課后閱讀。創(chuàng)設(shè)與學(xué)習(xí)主題相關(guān)的真實(shí)情境，能夠促進(jìn)學(xué)生內(nèi)化知識(shí)，能夠以直觀的矛盾沖突激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和激情，從而有效地提升學(xué)生學(xué)習(xí)的心向和內(nèi)驅(qū)力。

2.重溫史實(shí)，培養(yǎng)學(xué)生反思質(zhì)疑能力。

活動(dòng)2：有記者曾問(wèn)物理學(xué)家布拉格：“光是波還是粒子？”布拉格幽默地回答道：“周一、三、五它是波，周二、四、六是粒子，周日物理學(xué)家休息?！蹦敲垂獾降资鞘裁?？請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)課前布置的任務(wù)，按時(shí)間的順序，遵循科學(xué)家的思維足跡，重溫人們對(duì)光本性認(rèn)識(shí)的發(fā)展歷史。

活動(dòng)3：請(qǐng)根據(jù)你在課前查閱的資料說(shuō)明，“光”這種“粒子”跟牛頓“粒子說(shuō)”中的“粒子”，“光”這種“波”跟惠更斯“波動(dòng)說(shuō)”中的“波”有什么不同？

活動(dòng)4：在現(xiàn)實(shí)生活中，我們很難想象一個(gè)物體既具有粒子性又具有波動(dòng)性，也很難將看似矛盾的粒子性和波動(dòng)性糅合在一個(gè)物體身上。請(qǐng)你根據(jù)所學(xué)過(guò)的知識(shí)，尋找將光的粒子性和波動(dòng)性完美結(jié)合在一起的“橋梁”。

【設(shè)計(jì)意圖】依據(jù)“學(xué)習(xí)即研究”的觀點(diǎn)，學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程就是研究的過(guò)程。通過(guò)物理學(xué)發(fā)展史，學(xué)生既要學(xué)習(xí)和掌握科學(xué)家在千萬(wàn)次嘗試中得到的正確的科學(xué)論斷，也要借鑒科學(xué)家從失敗中汲取經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的思維過(guò)程。在人們對(duì)光的認(rèn)識(shí)的發(fā)展歷程中，充滿了質(zhì)疑后提出新觀點(diǎn)、搜集證據(jù)推理論證、作出判斷得出新結(jié)論，然后在實(shí)踐中評(píng)判和反思的批判性思維過(guò)程。借助物理學(xué)史組織教學(xué)，既可以有效地培養(yǎng)學(xué)生不盲從文本、不迷信權(quán)威的質(zhì)疑和批判能力，還可以被科學(xué)家執(zhí)著的科學(xué)精神和毅力所感染，樹(shù)立正確的價(jià)值觀和世界觀。

3.引導(dǎo)探究，培養(yǎng)學(xué)生提出新主張的能力。

活動(dòng)5：在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)之前，很多科學(xué)家都認(rèn)為電與磁是沒(méi)有任何聯(lián)系的，庫(kù)侖就曾斷言：電與磁完全不同，它們不可能相互作用或轉(zhuǎn)化。同樣的道理，在20 世紀(jì)之前，人們也都不會(huì)想到，波和粒子之間會(huì)有聯(lián)系。根據(jù)此前所學(xué)內(nèi)容我們已經(jīng)知道，光這種波也是具有粒子性的。受此啟發(fā)，請(qǐng)同學(xué)們發(fā)揮想象、大膽猜想，能否提出新的問(wèn)題或觀點(diǎn)？小組討論，提出觀點(diǎn)，分享結(jié)論。

【設(shè)計(jì)意圖】在該部分教學(xué)中，教師先通過(guò)人們對(duì)電與磁關(guān)系認(rèn)識(shí)的發(fā)展過(guò)程啟發(fā)學(xué)生，讓學(xué)生將光的波動(dòng)性與粒子性之間的關(guān)系與之類比，然后引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮想象，類比分析，學(xué)生經(jīng)過(guò)討論以后，很容易就會(huì)提出新的觀點(diǎn)——電子等實(shí)物粒子也是具有波動(dòng)性的，教師此時(shí)一定要大聲告訴學(xué)生：偉大的物理學(xué)家德布羅意也是這樣思考并提出著名的物質(zhì)波理論的。培養(yǎng)學(xué)生批判性思維能力的目的之一，是以反思和質(zhì)疑為起點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生最終能提出新的觀點(diǎn)和主張。通過(guò)引導(dǎo)，設(shè)置探究，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維能力也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的重要手段。

4.搜集證據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生的推理求證能力。

活動(dòng)6：1924年，法國(guó)物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者德布羅意用類比的方法來(lái)分析問(wèn)題，他跟剛才同學(xué)們的思路相同，非常大膽地把光的“波粒二象性”推廣到電子、質(zhì)子、中子等實(shí)物粒子，并提出假設(shè)：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，這種波稱為“物質(zhì)波”。若已知某一實(shí)物粒子的動(dòng)量為p、能量為ε，請(qǐng)根據(jù)德布羅意的思路，推導(dǎo)出實(shí)物粒子物質(zhì)波的波長(zhǎng)和頻率的表達(dá)式。小組討論，提出觀點(diǎn)，分享結(jié)論。

活動(dòng)7：17 世紀(jì)以來(lái)，牛頓的“微粒說(shuō)”和惠更斯的“波動(dòng)說(shuō)”一直爭(zhēng)論不休，但誰(shuí)也說(shuō)服不了誰(shuí)，直到19 世紀(jì)初期托馬斯·楊完成了著名的“楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)”，光的微粒說(shuō)才暫時(shí)偃旗息鼓。請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，來(lái)證明德布羅意“實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性”假說(shuō)是否正確。小組討論，提出觀點(diǎn)，分享結(jié)論。

【設(shè)計(jì)意圖】提出新的觀點(diǎn)“實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性”以后，學(xué)生很自然地就想知道，這種物質(zhì)波的波長(zhǎng)和頻率由哪些因素決定。此時(shí)，教師不是將結(jié)論直接告知學(xué)生，而是引導(dǎo)學(xué)生將類比進(jìn)行到底：再將實(shí)物粒子的波動(dòng)性與光的波動(dòng)性相類比，讓學(xué)生通過(guò)自己的分析和研究推理出物質(zhì)波波長(zhǎng)和頻率的表達(dá)式。假說(shuō)是否成立，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，教師再次啟發(fā)學(xué)生，讓學(xué)生類比楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)。搜集證據(jù)，然后類比推理，最后實(shí)驗(yàn)求證，是非常重要的物理學(xué)科研究思路，在高中物理教學(xué)中應(yīng)用也非常廣泛。通過(guò)此種方法，可以快速理解新知識(shí)，掌握新規(guī)律。利用類比思想進(jìn)行分析和研究，然后通過(guò)推理得出結(jié)論，是批判性思維的能力要求之一。

5.實(shí)踐應(yīng)用，提升學(xué)生的評(píng)判反饋能力。

活動(dòng)8：除了電子以外，后來(lái)科學(xué)家還陸續(xù)通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了質(zhì)子、中子以及原子、分子等實(shí)物粒子的波動(dòng)性。由此可以得出結(jié)論：一切微觀實(shí)物粒子都具有波動(dòng)性。據(jù)此你能否可推理得出：一切宏觀物體也具有波粒二象性？如果能，請(qǐng)說(shuō)明理由。小組討論，提出觀點(diǎn)，分享結(jié)論。

活動(dòng)9：宏觀物體是具有波動(dòng)性的，但在宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，我們?yōu)槭裁从^察不到它們的波動(dòng)性呢？請(qǐng)你設(shè)計(jì)一道實(shí)際問(wèn)題，并通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算，說(shuō)明原因。

學(xué)生設(shè)計(jì)了不少情境并進(jìn)行了計(jì)算，典型案例如下：

活動(dòng)10：已知電子的質(zhì)量m=9.1×10-31kg、電荷量e=1.6×10-19C，則電子從靜止開(kāi)始經(jīng)過(guò)192V 電壓的加速后，其德布羅意波的波長(zhǎng)多大？

針對(duì)此例，教師要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)：在電磁波譜中，γ射線的波長(zhǎng)最短，最小達(dá)10-5nm 的數(shù)量級(jí)。上例中電子德布羅意波的波長(zhǎng)大小處于電磁波家族中的x射線波段，故該電子的波動(dòng)性較為明顯，可以被觀察到。但在學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)例中，子彈和乒乓球的德布羅意波波長(zhǎng)即便是跟γ射線相比，也小得太多。因此，對(duì)宏觀物體而言，其波動(dòng)性可以忽略，只考慮其粒子性即可。

【設(shè)計(jì)意圖】從電子等微觀粒子具有波動(dòng)性，推廣到一切宏觀物體都具有波動(dòng)性，還是有一定的思維障礙的，所以教師在此處設(shè)計(jì)了問(wèn)題，并讓小組討論。同時(shí)，電子等微觀實(shí)物粒子因摸不著看不見(jiàn)，距學(xué)生的生活實(shí)際比較遙遠(yuǎn)，但宏觀物體則不然。學(xué)生心里肯定會(huì)有這樣的疑問(wèn)：在現(xiàn)實(shí)生活中，一般的宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的物質(zhì)波波長(zhǎng)有多大？我們能直接觀察到嗎？所以教師讓學(xué)生根據(jù)日常生活實(shí)際，設(shè)計(jì)計(jì)算宏觀物體德布羅意波波長(zhǎng)大小的試題，并進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，然后再根據(jù)計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行分析、比較和評(píng)判。教師在課堂上教授的知識(shí)，只有跟工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或生活實(shí)際相結(jié)合，才能解答學(xué)生的疑惑，加深對(duì)概念或規(guī)律內(nèi)涵及外延的深刻理解。在應(yīng)用中評(píng)判所學(xué)知識(shí)，再?gòu)脑u(píng)判中得到反饋，這也是培養(yǎng)學(xué)生批判性思維能力的重要目的之一——學(xué)會(huì)正確應(yīng)用新知，并反思驗(yàn)證。

二、教學(xué)總結(jié)及反思

批判性思維是基于邏輯推理的合理的反思性思維，是一種從事思維活動(dòng)的傾向或技能，是一種用懷疑的態(tài)度去關(guān)注決定相信什么或做什么的心智活動(dòng)，是在查驗(yàn)問(wèn)題與證據(jù)基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)論進(jìn)行評(píng)價(jià)并提出初步解決方案的能力，故批判性思維是一種高階思維，其思維的起點(diǎn)在于質(zhì)疑與批判。因此，提升學(xué)生批判性思維能力的前提和首要任務(wù)，是要培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑和批判精神。那么，如何才能有效地培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑和批判精神呢？一是在介紹物理學(xué)史時(shí)，一定要將科學(xué)家在質(zhì)疑后嘗試、在失敗中奮起、在曲折中前進(jìn)的過(guò)程重現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生從他們成功的經(jīng)驗(yàn)中學(xué)到正確的質(zhì)疑和批判方式。二是有意識(shí)地去培養(yǎng)學(xué)生不迷信文本、質(zhì)疑文本的習(xí)慣。比如在學(xué)習(xí)“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”概念時(shí)，問(wèn)學(xué)生有沒(méi)有“非機(jī)械運(yùn)動(dòng)”；學(xué)習(xí)“靜電場(chǎng)”時(shí)，問(wèn)學(xué)生有沒(méi)有“非靜電場(chǎng)”；學(xué)習(xí)“機(jī)械波”時(shí)，問(wèn)學(xué)生有沒(méi)有“非機(jī)械波”；等等。三是通過(guò)“示錯(cuò)”的方式培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑習(xí)題的習(xí)慣，比如質(zhì)疑習(xí)題的題設(shè)條件是否充分、能否自洽、有無(wú)歧義、習(xí)題答案是否全面、是否準(zhǔn)確、結(jié)論是否合理等?？傊?，只有教師自身具有質(zhì)疑和批判精神，并能在教學(xué)中采取有效措施，才可以培養(yǎng)出符合時(shí)代要求的、具有良好科學(xué)素養(yǎng)和批判性思維的創(chuàng)新人才，從而服務(wù)于社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步。