高中物理審辯式思維的培養策略研究

(浙江省岱山中學，浙江 舟山 316200)

“審辯式思維”一詞最早由美國學者格拉澤爾于1941年提出,“在一個人的經驗范圍內,有意愿對問題和事物進行全方位的考慮,這種態度就是審辯式思維．”一般而言,審辯式思維具有“認知”與“氣質”兩個維度．在認知維度層面,包括解析、分析、評價、推論、闡析和自我調控6項核心認知技能;在氣質維度層面,包含對所研究的問題進行科學而理性的認識(求真辨誤)過程中用嚴謹而客觀、公正而開放的態度．而就內涵特點而言,審辯式思維不僅僅停留于批判,更是一個審問、慎思、明辨、決斷的過程結晶,是目前中國教育中較為缺乏又亟待推進的重要思維品質．

《普通高中物理課程標準》(2017版)中的高中物理學科核心素養主要由“物理觀念與應用”、“科學思維與創新”、“科學探究與思維”、“科學態度與責任”等4個方面的要素構成．這四大要素與審辯式思維加以對比,可發現二者在內涵上高度吻合．而基于核心素養培養的物理學科教育,愈加注重學生在發現問題與處理問題方面的思維與能力的培養,其方式方法也主要集中在科學推理、模型建構、反思質疑、探究討論方面．因此,培養高中學生的審辯式思維是踐行高中物理課程標準的有效途徑．針對審辯式思維的內涵特點,其培養策略應從“認知”與“氣質”兩維度進行探討,培養應建立在“開放性、探究性”的課堂基礎上．

1 創設真實問題情境并制造認知沖突,引導學生恰當使用證據,從多個視角審視檢驗結論

學生的學習不是由教師向學生的知識傳遞,而是學生自己主動建構知識的過程．這種建構不可能由他人代替,合作學習者之間不同觀點的對立、碰撞、會引發學習者的認知沖突．高中生思維比較敏感,其活躍度指數也很高,教師要給出科學的引導,從不同角度不同維度開展教學,并給出一定的思維方向提示,這對快速激活學生的審辯思維有重要的促進作用．

案例1.有人描述了這樣一個情境:“早年,一名飛行員駕著飛機在空中水平勻速飛行,飛機座艙的上部是開放的,空中經常出現地面射出的流彈,有一次,飛行員感覺臉上有一只蟲子在浮動,抓過來一看,竟是一顆步槍子彈!” 從物理原理上看,你認為這種情境可能發生嗎?請說出你的結論,并根據子彈和飛行員的相對運動關系論述你的結論．

觀點1:不可能發生．上述情境最有可能發生的條件是子彈和飛行員的水平速度相等,在水平方向上子彈和飛行員不會產生相對運動．但即便如此,在豎直方向上,子彈相對飛行員還在做豎直上拋運動．設子彈飛行到最高點時恰好接觸飛行員的臉,此后子彈相對飛行員做自由落體運動,設子彈觸臉下落10 cm被飛行員抓住,根據自由落體運動的位移公式,解得t=0.14 s,要在這么短的時間內完成動作,幾乎超出了人的反應時間的極限,這在飛行員駕駛飛機時是不可能做到的．

觀點2:可能發生．水平方向: 若子彈和飛行員的水平速度相等,在水平方向上子彈和飛行員不會產生相對運動．豎直方向: 子彈相對飛行員在做豎直上拋運動．設子彈在臉上浮動時還在繼續向上運動,其上升30 cm后到達最高點再下落30 cm到臉部,這段時間飛行員都有可能抓住子彈,可以計算子彈上升和下落30 cm所經歷的時間一共是0.5 s,飛行員完全可以在這0.5 s 時間內做出反應,抓住子彈．

觀點3:不可能發生．當子彈飛行的水平速度跟飛機速度相等時似乎可以實現題中情境,但實際上是不可能的．因為子彈水平速度若跟飛機速度相等,則子彈相對飛機做豎直上拋運動,也就是說,坐在飛機上的人觀察子彈的運動方向是豎直向上的,子彈要到達飛行員臉部,在路徑上需要穿越飛機的座艙,這是不可能的．

以上3種不同的觀點形成碰撞,體現了結論的開放性,不僅可體現審辯性思維中的核心認知能力,更能展示對所研究的問題持開放態度的思維氣質．

2 開設獨立的物理選修課程,引導學生關注原理與應用，還原歷史，展現科學家思維質疑過程

新一輪課程改革強調廣大教師是課改的主人,是課程的參與者、建構者和促進者,這就要求教師要有強烈的物理課程資源意識去努力開發,積極利用．對此,我們可以結合生活情境與自身便利條件,開發如《生活中的物理問題》、《體育運動中的力學原理》、《力學史話》、《郵票中的物理學史》、《海洋物理》、《物理建模》、《趣味物理實驗》、《思維的智慧與啟發》、《揭秘物理學家思維》等課程．通過學科核心內容的開發拓展來顯示物理原理與結論的邏輯推理過程,揭示歷史上物理學的重大發現都是由高層次的質疑行為所引發的,這樣可培養學生的思維能力與思維品質,有效促進學生物理學科素養的提高．

3 充分利用失敗實驗資源,培養學生實事求是的科學探究精神

物理學是以實驗為基礎的一門學科,實驗教學中往往由于主客觀的因素,造成實驗的失敗,達不到預期的效果．在新課程的背景下,失敗的實驗往往也是一種非常難得的生成性資源,這種資源若能加以科學地開發與利用,其效果往往與成功的實驗相同,甚至是成功的實驗所達不到的．針對實驗中出現的一些不同現象,應通過合理的反思與質疑,運用邏輯推理與論證、理性分析與解釋的方法,引導學生分析問題,找到實驗成功所需條件,使之在失敗中重新揚起風帆．

圖1

案例2.在分組研究靜電屏蔽規律實驗時,絕大多數組(圖1)能發現金屬筒內絲箔未張開,從而得出金屬筒內部不帶電的結論．但個別組發現內部絲箔也張開了,實驗沒有成功．

這時教師應關注學生心中的質疑,最好能把此現象拋到全體學生面前,鼓勵學生交流發言,分析可能原因．事實上,教師在利用法拉第圓筒演示此原理時也往往會出現實驗失敗現象,但失敗不可怕,最重要的是面對失敗共同分析,體現實事求是的科學探究精神．

4 利用圖片和史實進行教學設計，揭示物理學家邏輯推理思維過程

教科書上的結論和定律,多是科學家思維活動的結晶,是靜態知識,它掩蓋了知識形成與發展的生動過程,使學習者難以體驗探索和發現的喜悅．尤其是物理學家們那獨特的邏輯推理與論證思路、精巧的理性分析與解釋的方法以及對所研究的問題進行科學而理性的認識過程中用嚴謹而客觀、公正而開放的態度在教材中被過濾了．重新體驗科學家研究問題的方法和思維過程,是培養審辯式思維教育的極好題材．

案例3.圖片背景(圖2):歐姆花費了10年心血發現的“歐姆定律”,是其數學推理與實驗驗證的結晶,物理思維的精髓在其推理過程中一覽無余、堪稱經典．當時的實驗條件極差,沒有現成測量電流的儀器,他想了種種辦法,經歷了多少次失敗,才制成了相當精密的測量電流的電流扭秤．

導體序號及長度12 in24 in36 in410 in扭轉角的百分度32634300342773423814導體序號及長度518 in634 in766 in8130 in扭轉角的百分度190341341483144812

圖2

為更好地培養學生的審辯式思維,我們在此片段教學中可以這樣設計.

(2) 按照他的思維思路,進行猜想.

(3) 現場實驗，讀取數據，數據處理(利用數字實驗裝置)驗證(圖3).

通過上述幾個環節,不僅能讓學生領悟到科學家嚴謹而充滿智慧的認知思維能力,同時也能培養學生對所研究的問題不迷權威、進行科學而理性、公正態度的思維氣質．

綜上所述,在高中物理教學中審辯式思維培養的實踐操作是多樣的．另須注意的是,思維訓練應該注意“語文”、“數學”、“邏輯學”和“哲學”等相應學科的支撐與滲透,這是由于包括物理學科在內的學科教學活動的具體實施中師生的語言表述對教學成效的影響極為重要，包括物理學科在內的自然科學問題的定量分析中數學的手段運用對問題解決的成敗極為關鍵;另一方面還由于在物理問題的解決過程中,盡管相應的問題結論通常只涉及物理學科,但獲得結論的方法以及獲得方法的途徑等則將必然分別涉及邏輯學與哲學．