肖建華

(江蘇省太倉(cāng)高級(jí)中學(xué)，江蘇 太倉(cāng) 215411)

1 緣起:“仁川宣言”引發(fā)的思考

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái),許多國(guó)家的教育已經(jīng)把目光轉(zhuǎn)向了人,轉(zhuǎn)向了提升人的批判性思維和創(chuàng)造性能力．縱觀世界各國(guó)應(yīng)對(duì)未來(lái)教育的綱領(lǐng)性文件,幾乎毫無(wú)例外地提到了“批判性思維”．2015年5月,聯(lián)合國(guó)教科文組織在韓國(guó)召開(kāi)的“世界教育論壇”,發(fā)表了《2030年教育:邁向全納、公平、有質(zhì)量的教育和全民終身學(xué)習(xí)》,即“仁川宣言”．這個(gè)宣言明確提出,未來(lái)的教育要確保全納、公平、有質(zhì)量的教育,增進(jìn)全民終身學(xué)習(xí)機(jī)會(huì);確保所有人打下扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ),發(fā)展創(chuàng)造性及批判性思維和協(xié)作能力,培養(yǎng)好奇心、勇氣及毅力．可見(jiàn),“批判性思維”作為人的重要素養(yǎng)之一已經(jīng)成為一種共識(shí)．那么,什么是批判性思維,在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)如何將批判性思維聚焦于高中物理學(xué)科素養(yǎng)?這是一個(gè)值得廣大教育工作者深思的問(wèn)題．

2 思索:以“知情、探析、求真”融于批判性思維的內(nèi)涵

2.1 批判性思維的涵義與特點(diǎn)

到目前為止,批判性思維的定義仍在不斷更新．美國(guó)學(xué)者摩爾和帕克對(duì)它的定義為:批判性思維指人對(duì)接受或拒絕任何事物、或?qū)δ撤N說(shuō)法存疑的謹(jǐn)慎的、深思熟慮的決定,以及接受或拒絕某事物時(shí)的自信程度．[1]其核心在于經(jīng)過(guò)獨(dú)立思考,對(duì)知識(shí)審慎的分析、評(píng)價(jià),從而得出自己的認(rèn)知,能夠自我反省;反對(duì)盲從、反對(duì)不加思考即對(duì)知識(shí)進(jìn)行囫圇吞棗,要具有質(zhì)疑精神．批判性思維的內(nèi)涵是個(gè)體運(yùn)用歸納推理、演繹推理的方法對(duì)問(wèn)題進(jìn)行效度化思考,是高級(jí)的思維素養(yǎng),是科學(xué)精神的集中體現(xiàn)．[2]需要個(gè)體對(duì)整體各部分進(jìn)行系統(tǒng)思維, 有效分析、評(píng)估、比較各種證據(jù)和觀點(diǎn),在審慎解析和分析的基礎(chǔ)上得出相關(guān)結(jié)論．

2.2 基于學(xué)科特點(diǎn)的批判性思維的培養(yǎng)策略

批判性思維,即批判質(zhì)疑,要求學(xué)生具有問(wèn)題意識(shí);能深度思考、綜合判斷;思維縝密、辯證分析;對(duì)于實(shí)際問(wèn)題做出選擇和決定．作為核心素養(yǎng)的關(guān)鍵詞之一,批判質(zhì)疑直指當(dāng)前教育改革的難點(diǎn)和痛點(diǎn)．

在科學(xué)性特點(diǎn)顯著的高中物理教學(xué)中,知情、探析、求真3個(gè)維度能較為有效地滲透批判性思維的培養(yǎng)．精確認(rèn)知物理學(xué)科的文化基礎(chǔ)知識(shí),謂之“知情”;以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)等為論據(jù)進(jìn)行探究分析、推理構(gòu)建,謂之“探析”;以需要解決的實(shí)際問(wèn)題為背景,進(jìn)行問(wèn)題本質(zhì)的探索求真,謂之“求真”．文獻(xiàn)查閱、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、數(shù)據(jù)分析、理論探究、概念構(gòu)建、專(zhuān)題討論等,是開(kāi)展教學(xué)實(shí)踐的主要手段．

3 探尋:以批判性思維探微學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐

批判性思維最大的特點(diǎn)就是質(zhì)疑與反思,把知識(shí)的表象和本質(zhì)區(qū)分開(kāi)來(lái)．批判性思維首先是一種認(rèn)知活動(dòng),運(yùn)用多種思維技巧和方法進(jìn)行質(zhì)疑、分析和評(píng)價(jià)的認(rèn)知活動(dòng),只有反思性的思維活動(dòng)才是批判性思維．反思性的思維就是要在質(zhì)疑的基礎(chǔ)上進(jìn)行,其認(rèn)知活動(dòng)過(guò)程如圖1所示.

圖1

因此,以批判性思維培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)的教學(xué)過(guò)程,就是要在充分進(jìn)行質(zhì)疑的基礎(chǔ)上提出問(wèn)題,進(jìn)而細(xì)致地對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析并最終解決問(wèn)題．

3.1 以批判性思維的養(yǎng)成培養(yǎng)知情的決策者

知情,即能正確理解物理現(xiàn)象的本質(zhì)及物理概念、規(guī)律的內(nèi)涵．物理學(xué)科中,通過(guò)對(duì)能引起認(rèn)知沖突的問(wèn)題的分析及深度解讀,在物理觀念的形成過(guò)程中,落實(shí)核心素養(yǎng)．

例1.在研究地球的公轉(zhuǎn)時(shí),地球能看作質(zhì)點(diǎn)嗎?

觀點(diǎn)1:不能看作質(zhì)點(diǎn)．因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)是指可以忽略大小體積形狀、只有質(zhì)量的物體,地球體積很大,不能忽略,因此不可以看作質(zhì)點(diǎn)．

觀點(diǎn)2:可以看作質(zhì)點(diǎn)．因?yàn)樵谘芯康厍蚬D(zhuǎn)時(shí),雖然地球很大,但其體積形狀對(duì)研究問(wèn)題的影響可以忽略不計(jì),因此可以看作質(zhì)點(diǎn)．

教學(xué)反思:在研究某些實(shí)際問(wèn)題時(shí),為了使實(shí)際問(wèn)題簡(jiǎn)化,我們往往會(huì)抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,盡可能把復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化.這是物理學(xué)上經(jīng)常用到的一種研究問(wèn)題的方法——科學(xué)抽象．質(zhì)點(diǎn),是高中生接觸到的第一個(gè)理想化的物理模型．模型建立的過(guò)程,滲透著科學(xué)思想方法的形成．我們發(fā)現(xiàn),在研究某些運(yùn)動(dòng)問(wèn)題時(shí),我們往往可以忽略物體的體積和形狀,而把物體簡(jiǎn)化為一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn),我們把這樣的點(diǎn)叫做質(zhì)點(diǎn)．質(zhì)點(diǎn)就是抓住主要矛盾、忽略次要矛盾的理想化模型．因此,物體能否看成質(zhì)點(diǎn),關(guān)鍵要看所研究問(wèn)題的性質(zhì),當(dāng)物體的大小和形狀對(duì)所研究問(wèn)題的影響可以忽略不計(jì)時(shí),可視物體為質(zhì)點(diǎn)．注意: (1) 不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為很小的物體就可以看作質(zhì)點(diǎn),很大的物體就不能看作質(zhì)點(diǎn)．如上例中研究地球繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn),地球就可以看成質(zhì)點(diǎn)．(2) 同一個(gè)物體在有些情況下可以看作質(zhì)點(diǎn),而在另一些情況下又不能看作質(zhì)點(diǎn)．如:一列火車(chē)從北京開(kāi)往上海、在研究運(yùn)動(dòng)時(shí)間或運(yùn)行速度時(shí),就可以把它看作質(zhì)點(diǎn);若計(jì)算它通過(guò)某座大橋所需時(shí)間時(shí),則必須考慮火車(chē)的長(zhǎng)度,就不可把它看作質(zhì)點(diǎn);若要研究車(chē)輪的轉(zhuǎn)速,也不能把火車(chē)看作質(zhì)點(diǎn)．因此對(duì)質(zhì)點(diǎn)這一概念的批判性認(rèn)知上,更傾向于具體問(wèn)題具體分析．

教學(xué)反思:加速度是貫穿整個(gè)高中物理教學(xué)的最基本和最重要的概念,也是教學(xué)的難點(diǎn)．由于加速度是描述速度這一矢量變化快慢的物理量,具有一定的抽象性,何況在學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)中沒(méi)有與加速度相關(guān)的知識(shí)．因此,在教學(xué)中可以通過(guò)實(shí)例組織學(xué)生思考討論幾個(gè)問(wèn)題: ①“速度大”、“速度變化大”和“速度變化得快”所描述的運(yùn)動(dòng)是不一樣的; ② 做變速運(yùn)動(dòng)的物體有的速度變化快,有的速度變化慢; ③ 研究物體速度變化的快慢是有意義的;④ 需要引入一個(gè)物理量來(lái)描述速度變化的快慢．這樣,學(xué)生對(duì)為什么要研究這個(gè)問(wèn)題從而引入比值法來(lái)定義加速度(包括問(wèn)題是怎樣提出來(lái)的);怎樣進(jìn)行研究(包括有哪些主要的物理現(xiàn)象、事實(shí),運(yùn)用了什么手段和方法等);通過(guò)研究得到怎樣的結(jié)論(包括加速度是怎樣定義的,數(shù)學(xué)表達(dá)式怎樣);加速度的物理意義是什么(包括反映了怎樣的本質(zhì)屬性,適用的條件和范圍是什么);加速度這個(gè)物理量有什么重要的應(yīng)用等,都有了清晰的認(rèn)識(shí)．像這樣在建立物理量的時(shí)候,交代物理思想和方法,搞清概念表達(dá)的屬性,從量度公式中理解它們的物理過(guò)程與物理符號(hào)的真實(shí)內(nèi)容,不因數(shù)學(xué)符號(hào)的形式化而忽視物理量的豐富內(nèi)容,為以后運(yùn)用比值法定義物理量打下了良好的基礎(chǔ)．

3.2 以批判性思維的運(yùn)作,培養(yǎng)探究與分析的思考者

探析即通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究或理論分析得出相關(guān)結(jié)論,并能解決問(wèn)題．在物理學(xué)科教學(xué)過(guò)程中,以實(shí)驗(yàn)為載體,自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,質(zhì)疑反思,輔助以論證推理和理論分析,以此解決問(wèn)題．從而在“自主發(fā)展”維度方面論證推理、實(shí)驗(yàn)探究,培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)．

例3.“電源內(nèi)阻”的教學(xué)時(shí),先用1節(jié)干電池給小燈泡供電,小燈泡發(fā)光了．再串聯(lián)1節(jié)舊的干電池(電源電動(dòng)勢(shì)大約1.2 V,內(nèi)阻比較大)給小燈泡供電,猜想小燈泡的亮暗變化情況．

學(xué)生們幾乎是異口同聲:“會(huì)變亮”．真的會(huì)變亮嗎?事實(shí)是變暗了!怎么回事?

教學(xué)反思:電源內(nèi)阻是一個(gè)非常抽象的概念,學(xué)生理解起來(lái)比較困難,因?yàn)閷W(xué)生缺少經(jīng)驗(yàn)和體驗(yàn),而且初中階段對(duì)“電源電壓是恒定的”已經(jīng)深入人心了．為了消除學(xué)生對(duì)“電源電壓保持恒定”這個(gè)錯(cuò)誤觀念的認(rèn)識(shí),筆者設(shè)計(jì)了上例中的實(shí)驗(yàn)．面對(duì)出乎意料的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,學(xué)生已經(jīng)完全不能用已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)解釋,就會(huì)對(duì)“電源電壓保持恒定”產(chǎn)生懷疑和反思,同時(shí)暴露出原有認(rèn)知的缺陷和不足,急需對(duì)原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和完善,這樣就極大激發(fā)了學(xué)生“追根溯源”的內(nèi)驅(qū)力,有效培養(yǎng)了學(xué)生質(zhì)疑反思的批判性思維能力．此情此景下,再引導(dǎo)學(xué)生深入分析燈泡變暗的原因,對(duì)電源內(nèi)阻的理解就變得容易多了．

例4.在“研究影響平行板電容器電容大小的因素”的實(shí)驗(yàn)中,靜電計(jì)測(cè)的是極板間的電勢(shì)差還是極板所帶的電荷量?

很多學(xué)生都認(rèn)為靜電計(jì)測(cè)的是極板所帶的電荷量．理由是:① 驗(yàn)電器測(cè)的就是電荷量,靜電計(jì)和驗(yàn)電器結(jié)構(gòu)幾乎相同;② 極板間的電勢(shì)差即電壓應(yīng)該由電壓表測(cè)量．

教學(xué)反思:為了解決學(xué)生中的一些似是而非的觀念,就必須引導(dǎo)學(xué)生弄清楚幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題．① 靜電計(jì)是由驗(yàn)電器改裝而來(lái)的,本身其實(shí)就是一個(gè)電容器,金屬球(含金屬桿、指針)相當(dāng)于電容器的一個(gè)電極,金屬外殼也相當(dāng)于一個(gè)電極,它們之間是絕緣的．其電容的大小由金屬殼的幾何尺寸的大小和金屬桿及指針的長(zhǎng)短、位置所決定．指針的張角變化對(duì)靜電計(jì)的電容的影響很小,故在指針轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中可近似認(rèn)為靜電計(jì)的電容值不變．② 本實(shí)驗(yàn)中,將平行板電容器與靜電計(jì)并接,平行板電容器的電容遠(yuǎn)大于靜電計(jì)的電容,從平行板電容器上遷移到靜電計(jì)上的電荷量極小,可以近似認(rèn)為平行板電容器電量不變．③ 電壓表工作必須有電流通過(guò),而靜電計(jì)指針的張角取決于其電荷量q,據(jù)q=CU,可以認(rèn)為靜電計(jì)電容不隨張角而改變,那么,其電荷量與電勢(shì)差成正比,又由于靜電平衡時(shí)靜電計(jì)兩極板上的電勢(shì)差與平行板電容器相等,因此靜電計(jì)指針的張角取決于平行板電容器兩極板上的電勢(shì)差．當(dāng)靜電計(jì)指針張角變大時(shí),說(shuō)明平行板電容器的電勢(shì)差變大,反之則變小．這樣就實(shí)現(xiàn)了用靜電計(jì)定性測(cè)量電勢(shì)差的功能．

3.3 以批判性思維的實(shí)踐,培養(yǎng)求真的探索者

物理的“求真”,是指追求與探求真實(shí)的、與物理客觀事實(shí)相符的思維與活動(dòng),它是科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分．物理作為與社會(huì)生產(chǎn)生活聯(lián)系最為緊密的學(xué)科之一,在教學(xué)中用科學(xué)的方法激發(fā)學(xué)生的求真意識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的求真精神,普及基本的科學(xué)素養(yǎng),培養(yǎng)敢于求真、勇于創(chuàng)新的探索能力,這份責(zé)任義不容辭．

例5.要認(rèn)識(shí)原子核內(nèi)部的情況,必須把核“打開(kāi)”進(jìn)行“觀察”．然而,原子核被強(qiáng)大的核力約束,只有用極高能量的粒子作為“炮彈”去轟擊,才能把它“打開(kāi)”．那么怎樣才能獲得高能粒子?

觀點(diǎn)1:利用電場(chǎng)加速,設(shè)計(jì)如圖2所示．

自我質(zhì)疑:要獲得高能粒子,就必須盡量提高加速電壓,但實(shí)際能達(dá)到的電壓值總是有限的,用單級(jí)電場(chǎng)加速粒子,獲得的能量不夠大,只能達(dá)到幾十萬(wàn)eV至幾MeV．如何突破電壓限制,使帶電粒子獲得更大的能量?

圖2 一級(jí)加速電場(chǎng)

觀點(diǎn)2:多級(jí)電場(chǎng)加速,如圖3所示,這樣每個(gè)電場(chǎng)的電壓不必很高,就可使粒子獲得足夠大的能量．

自我質(zhì)疑:按圖3所示的方案,真能實(shí)現(xiàn)多級(jí)加速嗎?

觀點(diǎn)3:這個(gè)方案不可能獲得高能量的帶電粒子.從圖3可以看出,在相鄰兩級(jí)加速電場(chǎng)的中間,還夾著一個(gè)反向電場(chǎng),當(dāng)帶電粒子通過(guò)它們時(shí),將會(huì)受到阻礙作用．如何消除減速電場(chǎng)的影響?

觀點(diǎn)4:可以采用靜電屏蔽．用金屬圓筒代替原來(lái)的極板．這樣,既可以在金屬圓筒的間隙處形成加速電場(chǎng),又使得圓筒內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)為0,從而消除了減速電場(chǎng)的不利影響．如圖4所示．

圖4 多級(jí)加速電場(chǎng)(毛胚2)

觀點(diǎn)5:為了簡(jiǎn)化裝置,我們可用一個(gè)公用電源來(lái)提供各級(jí)的加速電壓,如圖5所示．

圖5 完善后的多級(jí)加速電場(chǎng)

自我質(zhì)疑:如果我們要加速一帶正電的粒子,若電源的極性保持恒定(始終為A正B負(fù)),你認(rèn)為這個(gè)粒子能夠“一路順風(fēng)”,不斷加速嗎?

觀點(diǎn)6:不能．為了實(shí)現(xiàn)帶電粒子的多級(jí)加速,應(yīng)該采用交變電源,使粒子進(jìn)入每一級(jí)都能繼續(xù)加速．并且電源極性的變化還必須與粒子的運(yùn)動(dòng)配合默契,步調(diào)一致,即要滿(mǎn)足同步條件．這就是直線加速器的設(shè)計(jì)方案及原理．

自我質(zhì)疑:直線加速器固然有其優(yōu)點(diǎn),但它的設(shè)備一字兒排開(kāi),往往顯得拖沓冗長(zhǎng)．能否尋找一種既可使帶電粒子實(shí)現(xiàn)多級(jí)加速,又不必增加設(shè)備長(zhǎng)度的方法?

觀點(diǎn)7:利用帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),可使它重返電場(chǎng),再次加速．

于是,回旋加速器的設(shè)計(jì)就在學(xué)生的自我質(zhì)疑、自我反思、自主探索中完成了．

教學(xué)反思:疑問(wèn)是思維的源頭,問(wèn)題是探索的中心．教學(xué)中,把教材內(nèi)容有機(jī)地劃分成若干個(gè)探究階段,讓學(xué)生自我發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、嘗試性地提出解決問(wèn)題的方案,自我評(píng)價(jià),自我質(zhì)疑,自我改進(jìn)．在整個(gè)過(guò)程中,思路由學(xué)生講,優(yōu)劣由學(xué)生辨,解決問(wèn)題方案由學(xué)生提,既有學(xué)生的積極參與、拾級(jí)攀登,又有教師的點(diǎn)撥引導(dǎo)、及時(shí)調(diào)控.通過(guò)師生雙邊的信息交流,不斷地將教學(xué)活動(dòng)引向深入,使學(xué)生在獲取新知的同時(shí),還親身領(lǐng)悟到科學(xué)研究的思想方法,進(jìn)一步培養(yǎng)了他們的科學(xué)素養(yǎng)．

4 結(jié)束語(yǔ)

學(xué)科素養(yǎng)在學(xué)科教學(xué)中的實(shí)踐是一個(gè)逐步發(fā)展逐步成熟的過(guò)程,需要多層次、多維度地探索才能落實(shí)．在物理學(xué)科教學(xué)中,課前多論證教學(xué)設(shè)計(jì),增強(qiáng)理性思維;課堂上多傾聽(tīng)學(xué)生的觀點(diǎn),獲得值得質(zhì)疑反思的問(wèn)題案例;課后多反思自己的教學(xué)過(guò)程,提升能力．特別需要關(guān)注創(chuàng)設(shè)能引發(fā)深度思考的課堂問(wèn)題情境,以“知情”的狀態(tài)、“求真”的態(tài)度、“探析”的方法,最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)目標(biāo),以及教師教育教學(xué)水平和質(zhì)量的全面提高．