吳愛兄

(北京市陳經(jīng)綸中學(xué) 北京 100020)

張春麗

(北京市朝陽區(qū)教育科學(xué)研究院 北京 100021)

周佩佩

(黃岡中學(xué)北京朝陽學(xué)校 北京 100018)

近幾年來各國學(xué)者從不同角度對審辯式思維引入教學(xué)進(jìn)行了深入研究，2021年筆者所在課題組將審辯式思維與論證教學(xué)相結(jié)合開展了“基于審辯式思維的物理論證教學(xué)實踐研究”．本文僅分享我們課題組在物理規(guī)律論證教學(xué)中實踐探索的一些初步成果．

1 基于審辯式思維的物理規(guī)律論證教學(xué)的意義

1.1 物理規(guī)律教學(xué)的重要性

中學(xué)物理是以一些基本要領(lǐng)和基本規(guī)律為主干構(gòu)成的知識體系，物理概念、物理規(guī)律和學(xué)科方法及其相互聯(lián)系構(gòu)成了整個物理的基本結(jié)構(gòu)[1]．其中概念是基石，規(guī)律是中心，方法是紐帶．建構(gòu)概念的目的是為了描述規(guī)律，掌握科學(xué)方法的目的是為了有效的探究得出規(guī)律，揭示物理量內(nèi)在的、必然的聯(lián)系．因此物理規(guī)律教學(xué)是高中物理教學(xué)的重要組成部分．

1.2 實施物理規(guī)律論證教學(xué)的必要性

教育部 2017 年頒布的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確將“科學(xué)探究”和“科學(xué)思維”作為物理核心素養(yǎng)的重要方面，這使得規(guī)律教學(xué)不單以學(xué)生掌握物理規(guī)律為目標(biāo)，還要通過規(guī)律教學(xué)使學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法，提高觀察與實驗?zāi)芰Α⑺季S能力以及運用規(guī)律分析和解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的積極情感．但當(dāng)前的物理規(guī)律教學(xué)往往流于形式，學(xué)生按照教師的事前預(yù)設(shè)開展探究活動，忽略了探究過程中最具有生發(fā)力的思維碰撞與審辯．這樣的探究流于淺表，既不利于學(xué)生從本質(zhì)上掌握物理規(guī)律，也不利于學(xué)生的素養(yǎng)發(fā)展．因此，在規(guī)律教學(xué)中恰當(dāng)引入論證教學(xué)是有必要的．

1.3 基于審辯式思維的論證教學(xué)與核心素養(yǎng)的關(guān)系

我們課題組借鑒文獻(xiàn)[2]的觀點將“審辯式思維”內(nèi)涵用4個要素來概括：“質(zhì)疑批判、分析論證、綜合生成、反思評估”．審辯式思維的論證教學(xué)始于質(zhì)疑，歸于反思，是一個循環(huán)往復(fù)動態(tài)發(fā)展的過程．啟動質(zhì)疑的源動力是對于問題情景、驅(qū)動任務(wù)的批判思考，推動思維發(fā)展的是對研究問題的深入分析論證，監(jiān)控論證過程引導(dǎo)思維不斷深化的是對整個論證過程的適時反思評估，最終目的是綜合生成對事物的科學(xué)認(rèn)識和解決問題的決策方法．這4個要素與物理學(xué)科核心素養(yǎng)的4個維度存在著很強的匹配關(guān)系，如圖1所示[3]．

圖1 審辯式思維與物理核心素養(yǎng)的關(guān)系圖

2 基于審辯式思維的物理規(guī)律論證教學(xué)研究探索

2.1 物理規(guī)律論證教學(xué)的要素

從實操層面看，科學(xué)論證的起點源于對問題情景提出的主張．普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)指出科學(xué)論證的過程離不開科學(xué)推理，科學(xué)推理是科學(xué)論證的必要條件；科學(xué)論證的結(jié)果包含建立科學(xué)解釋和對科學(xué)解釋的反駁與辯護(hù)[4]．結(jié)合物理規(guī)律教學(xué)特點，我們認(rèn)為基于審辯式思維的物理規(guī)律論證教學(xué)主要包含以下幾個要素：論題、觀點、實驗探究、理論推理、科學(xué)結(jié)論．具體闡述如下：

(1) 論題，即引發(fā)論證的問題．

(2) 觀點，即結(jié)合真實的問題情景提出主張．

(3) 實驗探究，即猜測、設(shè)計、解釋評估、批判反駁等實證活動．

(4) 理論推理，即由證據(jù)進(jìn)行邏輯推理、支持觀點的過程，包含證實和證偽兩個方面．

(5) 科學(xué)結(jié)論，即在事實或理論推理的基礎(chǔ)上得出規(guī)律．

2.2 基于審辯式思維的物理規(guī)律的論證教學(xué)模型

物理規(guī)律論證教學(xué)可以按照如圖2所示的模式進(jìn)行． 教師設(shè)置真實的問題情景，提出驅(qū)動任務(wù)，引發(fā)一個真實的論證問題．學(xué)生基于論證問題提出自己的觀點，收集資料尋找理論證據(jù)和實踐證據(jù)，通過科學(xué)推理、交流反思、批判質(zhì)疑做出科學(xué)結(jié)論，再通過對結(jié)論的質(zhì)疑提出新的觀點，在推理解釋的基礎(chǔ)上作出新的判斷和分析論證，在不斷的循環(huán)論證中深化對物理規(guī)律的本質(zhì)理解．教學(xué)活動的起點是“問題情景”，教學(xué)活動的深化點是 “審”——對問題的質(zhì)疑批判，教學(xué)活動的核心點是 “辯”——分析論證、綜合生成，貫穿始終的是逐步深入的“審”——反思評估，同時生成驅(qū)動下一輪審辯思維循環(huán)的 “新問題”，最終達(dá)到審辯式思維能力及素養(yǎng)水平的發(fā)展．

圖2 基于審辯式思維的物理規(guī)律論證教學(xué)模式

2.3 物理規(guī)律論證教學(xué)的功能

物理規(guī)律教學(xué)一般過程包括探究得出規(guī)律、理解規(guī)律、應(yīng)用規(guī)律3個環(huán)節(jié)．在探究得出規(guī)律環(huán)節(jié)開展論證教學(xué)，學(xué)生可以在經(jīng)歷探究規(guī)律的過程中培養(yǎng)科學(xué)思維方式、學(xué)會科學(xué)的研究方法；在理解規(guī)律的環(huán)節(jié)開展論證教學(xué)，學(xué)生可以在討論物理規(guī)律與相關(guān)概念、規(guī)律的聯(lián)系與區(qū)別，構(gòu)建知識體系；在應(yīng)用規(guī)律環(huán)節(jié)開展論證教學(xué)，學(xué)生可以通過解決實際問題學(xué)會運用規(guī)律分析問題、解決問題的策略性方法．基于審辯式思維的物理規(guī)律論證教學(xué)是幫助學(xué)生建構(gòu)物理體系、提高思辨能力、提升問題解決能力、發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑．

3 教學(xué)案例——“自感”

3.1 以往教學(xué)處理存在的問題

“自感”是人教版教材“電磁感應(yīng)及其應(yīng)用”一章第四節(jié)的內(nèi)容，本節(jié)課是一節(jié)規(guī)律遷移應(yīng)用課．課標(biāo)對本節(jié)的要求是：通過實驗了解自感現(xiàn)象，能夠解釋這些現(xiàn)象的原理，能舉例說明自感現(xiàn)象在生活中的應(yīng)用．在以往的教學(xué)中教師通常將重點落在現(xiàn)象的觀察和知識的應(yīng)用上，學(xué)生通過觀察實驗得出自感現(xiàn)象定義，闡述其成因，應(yīng)用所得結(jié)論來處理各種自感現(xiàn)象的練習(xí)．這樣的教學(xué)使得有些學(xué)生學(xué)完本節(jié)知識后雖然能夠說出教材中通電、斷電的自感現(xiàn)象，但是不能將其靈活地遷移到其他電路中分析問題．有些學(xué)生甚至認(rèn)為自感系數(shù)越大感應(yīng)電流就越大，電燈閃亮的條件主要取決于自感系數(shù)等錯誤認(rèn)識．

3.2 基于審辯式思維的教學(xué)設(shè)計思路

基于審辯式思維的物理規(guī)律論證教學(xué)倡導(dǎo)學(xué)生運用“審”和“辯”的思維方式獲得規(guī)律、理解規(guī)律、應(yīng)用規(guī)律．本節(jié)課嘗試創(chuàng)設(shè)層層遞進(jìn)問題情境讓學(xué)生每時每刻都在思考質(zhì)疑，在實驗探究中加入猜想推理、理論分析、交流質(zhì)疑、反思評估環(huán)節(jié)，在規(guī)律的應(yīng)用中加入辨析、解釋、闡述環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生通過分析論證綜合生成對知識的全方面認(rèn)識，以突破教學(xué)的重點和難點．

3.3 突破教學(xué)重難點的主要教學(xué)片段

3.3.1 深入理解自感現(xiàn)象的原理

審辯式思維的教學(xué)活動起點是“問題情景”，好的問題情景能夠激發(fā)學(xué)生自主探究的興趣，驅(qū)動學(xué)生自發(fā)的進(jìn)行“審”與“辯”的思考．本節(jié)課在論證自感現(xiàn)象的原理時，選擇了3個問題情景(圖3～圖5)作為驅(qū)動任務(wù)．3個驅(qū)動任務(wù)關(guān)系如圖6所示．

圖3 “千人震”實驗電路圖

圖4 通電自感電路

圖5 斷電自感電

圖6 3個驅(qū)動任務(wù)的關(guān)系

問題情景一：全班學(xué)生都手拉手拉在一起與自感線圈一起并聯(lián)接在一節(jié)電池兩端，電路圖如圖3所示.體驗當(dāng)開關(guān)斷開瞬間的感覺，并思考為什么會有這種感覺.

問題情景二：將線圈接入圖4所示電路，思考由于線圈的存在，開關(guān)閉合瞬間兩個電燈的亮度變化是否相同，并闡述理由.

問題情景三：將線圈接入圖5電路，思考在電源斷開瞬間，燈會馬上熄滅嗎？

(1)“審”——思考質(zhì)疑.問題情景一中的“千人震”實驗是一個非常有震撼的體驗實驗，參與體驗的多數(shù)學(xué)生會產(chǎn)生這樣的質(zhì)疑：為什么一節(jié)干電池會電到我？線圈在電路中起到了怎樣的作用？這就使學(xué)生自發(fā)地進(jìn)入了“審”的狀態(tài)，此時教師再引導(dǎo)學(xué)生思考開關(guān)斷開了，你還能體驗到“電”，這個電是怎樣產(chǎn)生的．學(xué)生自然而然地就會將實驗體驗與原有認(rèn)知建立起聯(lián)系．通過交流討論能夠提出這樣的觀點：當(dāng)開關(guān)斷開瞬間線圈內(nèi)的電流發(fā)生變化，使線圈內(nèi)的磁通量發(fā)生了變化，產(chǎn)生了感應(yīng)電流，我們被感應(yīng)電流“電”到了．這就形成了對自感現(xiàn)象的初步認(rèn)識，這個認(rèn)識很模糊，很多學(xué)生還存在著一些疑惑，例如在課堂中有的學(xué)生提出這樣的問題：“開關(guān)閉合瞬間電流也變化有沒有感應(yīng)電流，這時感應(yīng)電流會起到怎樣的作用．”

(2)“辯”——分析論證.問題情景二的提出就是要引導(dǎo)學(xué)生通過 “辯”來解決質(zhì)疑．因此提出問題后并沒有馬上進(jìn)行實驗演示，而是加入了猜想推理環(huán)節(jié)，讓學(xué)生利用原有知識進(jìn)行分析，猜想實驗現(xiàn)象，交流表達(dá)自己的觀點．這樣的設(shè)計一方面是為了培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識、表達(dá)能力．另一方面也是想通過學(xué)生的表現(xiàn)了解他們的認(rèn)知層次、思維障礙．課堂生成中我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生都認(rèn)為A燈會后亮，但是理由各不相同．主要有3種觀點：觀點1認(rèn)為由于線圈支路的電阻大，所以A燈會后亮．觀點2認(rèn)為線圈中的電流變化會讓線圈中的電阻也逐漸變大所以A燈會后亮．觀點3認(rèn)為線圈所在支路在電流變化時產(chǎn)生了感應(yīng)電流，感應(yīng)電流阻礙了原電流的變化．

(3)“辯”——反駁和證偽.顯然持有觀點1和2的學(xué)生并沒有理解自感現(xiàn)象，這時教師及時引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反駁和證偽．對于觀點1學(xué)生選擇了實驗反駁：調(diào)節(jié)滑動變阻器的旋鈕，改變其電阻使開關(guān)閉合后兩個燈同樣亮，說明此時兩條支路電阻相同，再閉合開關(guān)發(fā)現(xiàn)依舊是B燈先亮，A燈后亮．對于觀點2學(xué)生采用了理論反駁：線圈是用標(biāo)準(zhǔn)電阻絲繞成，電阻的大小僅與長度、材料、橫截面積有關(guān)，電阻是不會隨著電流的變化而變化．不說不清，不辯不明，正是通過這樣的證偽過程學(xué)生從本質(zhì)上理解了A燈后亮這種“延遲”效果并不是電阻對電流的阻礙，而是感應(yīng)電流對原電流變化的阻礙．

(4)“辯”——綜合生成.為了深化和鞏固這種認(rèn)識我們提出了問題情景三．有了前兩個環(huán)節(jié)“審”“辯”“析”的經(jīng)歷，面對這個問題學(xué)生可以自覺應(yīng)用電磁感應(yīng)原理分析問題，猜想實驗現(xiàn)象，在這里筆者將重點落在如何引導(dǎo)學(xué)生建立準(zhǔn)確的科學(xué)結(jié)論．提出了這樣的輔助問題，“開關(guān)斷開后誰充當(dāng)了電源為電路供電？”“此時的電流方向是怎樣的？”“你判斷的依據(jù)是什么？”這樣的問題能夠有效地幫助學(xué)生理清分析問題的思路，建立自感現(xiàn)象與電磁感應(yīng)現(xiàn)象的關(guān)系，形成系統(tǒng)知識體系．綜合生成對“自感”科學(xué)全面的認(rèn)識，進(jìn)而突破了教學(xué)的重點．

3.3.2 探究斷電自感燈泡的“閃亮”條件

傳統(tǒng)教學(xué)中斷電自感和通電自感是由兩個實驗儀器來演示的，這種設(shè)計很容易讓學(xué)生產(chǎn)生圖4只有通電時才有自感現(xiàn)象，圖5只有斷電時才有自感現(xiàn)象，只要是斷電自感電燈都會“閃”一下的錯誤認(rèn)識．本環(huán)節(jié)筆者以此為驅(qū)動問題通過兩個論題的討論突破教學(xué)難點．

問題情景一：在圖4的電路中斷開瞬間有沒有自感現(xiàn)象，在圖5的電路中閉合瞬間有沒有自感現(xiàn)象，為什么不用一個實驗儀器來演示？

問題情景二：何時可以觀察到電燈的閃亮現(xiàn)象？

這兩個問題情景的作用如圖7所示．問題情景一的作用驅(qū)動學(xué)生審辯式思考，問題二是在問題一的論證反思中生成新問題推動思維循環(huán)．通過這兩個問題的論證綜合生成對規(guī)律的正確認(rèn)識．

圖7 兩個問題情景作用

(1)“審”——提出觀點.問題情景一的提出讓學(xué)生自發(fā)地將通電自感和斷電自感放在一起進(jìn)行分析比較，結(jié)合前面的自感概念，學(xué)生能夠提出自己的觀點：兩個電路在開關(guān)斷開和閉合瞬間都會產(chǎn)生感應(yīng)電流．但是如何論證這個觀點，這個觀點與傳統(tǒng)實驗儀器的實驗現(xiàn)象存在矛盾，我們觀察不到圖4電路中斷電瞬間的電燈“閃亮”現(xiàn)象，也觀察不到圖5電路中通電瞬間電燈的“延遲”現(xiàn)象．

(2)“辯”——分析論證、實驗探究.在教學(xué)中筆者是這樣處理的：先讓學(xué)生“辯”，通過理論推理猜想電流的變化，定性畫出電流變化圖像，這個過程意圖是讓學(xué)生再一次通過分析推理，解釋說明加深對自感規(guī)律的理解，同時發(fā)現(xiàn)學(xué)生的認(rèn)識盲點．圖8為學(xué)生課堂上的交流展示圖，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生可以理解線圈的阻礙作用，但是并不清楚這種阻礙使電流怎樣變化，這時我們就有必要引入先進(jìn)的實驗儀器，正確測出電流變化．當(dāng)我們用傳感器代替圖4中的電燈進(jìn)行實驗探究，畫出電流的變化曲線(圖9)時，學(xué)生結(jié)合圖像和理論分析論證了自己的觀點．

圖8 學(xué)生課堂生成圖

圖9 傳感器畫出的電流變化圖

(3)“審”——深入思考.此時結(jié)合圖像9提出問題情景二“此時你是否可以看到燈的閃亮現(xiàn)象”，這時學(xué)生已逐漸形成一種“審辯”的思維習(xí)慣．能夠主動通過質(zhì)疑批判提出觀點：斷電后燈泡的閃亮是因為斷電瞬間產(chǎn)生的感應(yīng)電流比原來流過電燈電流大了．自發(fā)地進(jìn)行新的“辯”：設(shè)計探究實驗通過改變電阻箱的電阻來改變電流，進(jìn)行分析論證．實驗數(shù)據(jù)如圖10所示．

圖10 斷電時的電流變化圖像

(4)“辯”——綜合生成.結(jié)合理論分析與實驗探究學(xué)生綜合生成科學(xué)結(jié)論：線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流不突變，當(dāng)線圈的電阻小于電阻箱的電阻時，斷電時電阻所在支路的感應(yīng)電流會大于原電流，我們有可能觀察到燈炮的閃亮現(xiàn)象．當(dāng)線圈的電阻大于電阻箱的電阻時則觀察不到燈炮的閃亮現(xiàn)象．

這樣的設(shè)計意圖有兩個目的：一方面是讓學(xué)生在應(yīng)用規(guī)律分析問題的過程去理解規(guī)律，深化認(rèn)識，提高解決問題的能力，突破教學(xué)難點．另一方面也是在培養(yǎng)學(xué)生“審”“辯”的思維習(xí)慣，提升學(xué)生解析、分析、評價、推論、闡析和自我調(diào)控的“審辯式”思維技能，提高思辨能力．

3.3.3 探究自感電動勢的大小

前面的教學(xué)活動使學(xué)生一直處在質(zhì)疑、思考、分析、論證的氛圍中，逐漸養(yǎng)成了真正的、主動的、自覺的“審辯”，面對新的實驗數(shù)據(jù)，有的學(xué)生馬上提出了自己的質(zhì)疑：自感產(chǎn)生的感應(yīng)電流不突變，感應(yīng)電動勢突變嗎？自感電動勢如何測量？這也成為新的驅(qū)動問題，推動新一輪的論證思考．

驅(qū)動問題：利用所給儀器(可拆變壓器、數(shù)字電壓表、1節(jié)干電池、開關(guān)、導(dǎo)線)測量斷電自感的感應(yīng)電動勢大小，閱讀教材理解自感電動勢的概念.

(1)“審”——思考質(zhì)疑.結(jié)合前面的所學(xué)設(shè)計實驗電路圖，如圖11所示，猜想測量結(jié)果．

圖11 測量斷電自感的感應(yīng)電動勢電路圖

(2)“辯”——實驗探究.測量開關(guān)斷開瞬間線圈兩端電壓，可達(dá)到100 V(由于這是一個暫態(tài)過程，每次測量會有不同．)

(3)“辯”——交流討論、理論推理.電路斷開瞬間自感線圈充當(dāng)電路的電源給電路供電，依閉合電路歐姆定律可知E=I(R+r),斷電瞬間電流不變，但是此時電路與空氣相連電阻很大，所以自感電動勢很大．

3.4 課堂的總結(jié)提升

本節(jié)課最后又提出了這樣一個驅(qū)動任務(wù)：“思考梳理本單元所有的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，看看他們有哪些共性，其本質(zhì)是什么？”意圖引導(dǎo)學(xué)生通過本章內(nèi)容的縱向比較，分析論證形成系統(tǒng)的知識體系，應(yīng)用審辯的思想，多角度思考問題．從能量角度思考自感現(xiàn)象的本質(zhì)．圖12為課堂生成板書．

圖12 課堂總結(jié)提升板書

4 結(jié)束語

基于審辯式思維的物理規(guī)律論證教學(xué)，在不斷加深學(xué)生對物理規(guī)律深入理解的同時，也在不斷促進(jìn)學(xué)生像科學(xué)家一樣思考、思考、再思考，深度思考不斷被激發(fā)，思維的源動力不斷迸發(fā)！秉承這種樣態(tài)的物理教學(xué)，學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)怎能不有效發(fā)展呢？