淺談物理教學中發展學生審辯式思維的策略

葉美蓮

(浙江省三門中學，浙江 三門 317100)

1 物理教學要發展學生的審辯式思維

審辯式思維一詞最早由美國學者格拉澤爾(Edward Glaser)于1941年提出：“審辯式思維是合乎邏輯的有關質疑和推理的方法，以及運用這些方法的技能.” 美國哲學學會運用德爾菲方法(Delphi Method)進行研究，得到審辯式思維是有目的的、不斷自我調整的判斷，這種判斷表現為解釋、分析、評估、推論以及做出的解釋和自我調整.北京語言大學教育測量研究所原所長謝小慶教授認為審辯式思維是最重要的國民素質，其特點表現為： (1) 依據事實，證據講話； (2) 合乎邏輯，論證觀點； (3) 善提問題，不懈質疑； (4) 自身反省，包容異見.

圖1 21世紀核心素養5C模型

2018年3月28日，北京師范大學中國教育創新研究院舉行發布會，首次對外發布《21世紀核心素養5C模型研究報告(中文版)》“21世紀核心素養5C模型”如圖1所示，包括文化理解與傳承(Culture Competency)、審辯思維(Critical Thinking)、創新(Creativity)、溝通(Communication)、合作(Collaboration).五大素養相互關聯，文化理解與傳承是核心；創新離不開審辯思維，溝通是合作的基礎；良好的審辯能力能夠提升溝通與合作的效率，有效的溝通與合作有助于實現更高質量的創新.

1.1 物理課堂需要審辯式思維

物理課堂應該是思維的課堂.在傳統的物理教學中，學生很少提問，也很少質疑，思維被禁錮，更多的是人云亦云、盲從附和，強調被動地接受，缺乏質疑精神與批判意識，以至于學習成為機械訓練，無法轉化為能力與素養，創造力大打折扣.物理的學習應該是學生不斷地分析、綜合、辨析、推理、論證的過程，用科學的頭腦來“析萬物之理”和“探天地之奧”.正所謂“鴛鴦繡取憑君看，更使金針度與人”，知識重要，教師在教學中注重學生審辯式思維的發展更重要.

1.2 審辯式思維能落實物理核心素養

物理核心素養中的科學思維，包含的四大要素中有科學建模、科學推理、科學論證和質疑創新.實驗探究是提出物理問題，形成猜想和假設，獲取和處理信息，基于證據得出結論并做出解釋，以及對實驗探究過程和結果進行交流、評估、反思.科學態度與責任是在認識科學本質，理解“科學·技術·社會·環境”(STSE)的關系基礎上逐漸形成的對科學和技術應有的正確態度以及責任感.這3個方面對應的要素與審辯式思維的特征高度吻合，要求學生不盲目跟從他人觀點，延遲判斷，從多視角分析探討多種可能，基于當下論據進行推理論證，對過程加以判斷后得出結論，同時面對困難具有堅韌性，勇于為自己的選擇承擔后果與責任.這正是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力.所以，在物理教學中發展學生的審辯式思維，是培養學生的核心素養的一種途徑.

2 發展學生審辯式思維的策略

審辯式思維是創造的源泉，是創新的源頭.那么，怎樣在物理課堂中幫助學生發展審辯式思維呢？

2.1 關注全體，尊重學生包容異見

很多公開課的順利，建立在教師與優秀學生的對話，忽略其他學生想法的基礎上.久而久之學生對課堂失去了興趣和信心，更不要說科學思維的發展和提升了.當然隨著新課改的推進，小組活動的課堂相對多起來了，雖然說有更多的學生參與到課堂，但是交流、展示的機會仍然非常少，大部分學生都成為“游離者”和“旁觀者”.要發展學生的審辯式思維，其前提條件是必須要讓全體的學生真正參與課堂中來，聆聽不同緯度的聲音，能夠對不同的觀點進行評價和包容，真正做到不留一個死角.

圖2 電路結構

案例1.在問題解決中，教師向學生們展示了如下習題.如圖2所示，電阻R1=20 Ω，電動機線圈的阻值R2=10 Ω.當開關斷開時，電流表的示數是I0=0.5 A，當開關閉合后，電動機轉動起來，電路兩端的電壓不變，電流表的示數I和電路消耗的電功率P應是

(A)I=1.5 A. (B)I<1.5 A.

(C)P=15 W. (D)P>15 W.

筆者對自己所任教的高二2班37位學生的答案進行統計，其中有10個學生選擇(D).

面對接近25%的錯誤率，教師不能只說出正確的做法，更要去傾聽那么多學生的錯誤根本或者答案正確但思考的過程卻有根本問題的心聲.同學1：我知道非純電阻元件除了熱功率還有機械功率輸出，故電功率肯定要比熱功率更多，所以選(D)；同學2：對于非純電阻元件，我總是把它等效替代于一個電阻更大的純電阻，算出來答案也是對的；同學3：為什么電動機兩端的電壓沒有全部加在線圈上，難道內部還有其他元件分走一部分電壓嗎？當然，由于時間關系不可能讓所有的學生把自己的真實想法都表達出來，教師可以利用“互聯網+教育”的時代信息通信技術以及互聯網平臺，設置問卷調查、考試、提問等互動環節，讓平臺會自動處理各類數據，并以清晰、明快的方式提供給教師，讓教師及時了解學生的情況.這樣的課堂不再是教師與優秀學生的對話課堂，而是全體學生思維過程得到參與的課堂，這是發展審辯式思維的前提條件.

2.2 鼓勵提問，指導學生不懈質疑

圖3 遮光條和氣勢導軌

(A) 換用寬度更窄的遮光條.

(B) 提高測量遮光條寬度的精確度.

(C) 使滑片的釋放點更靠近光電門.

(D) 增大氣墊導軌與水平面的夾角.

教師：從平均速度與瞬時速度的原理上，我們認為(A)選項是正確的，由于是單項選擇題，故其他選項就不要去看了.

陳肖宇：我認為(D)選項是正確的.因為夾角增大時，加速度增大，根據題意，應該是釋放點到光電門的距離相同，那么遮光條到光電門處的速度會增加，而Δx不變，故Δt會變小，而Δt變小，會使平均速度更加接近瞬時速度.故認為(D)選項是正確的.

老師：你們認為陳肖宇的說法有道理嗎？

部分學生：感覺有道理.

鄭乾鋒：老師，我感覺有一定道理，但是不能就認為(D)選項一定正確.我們可以把平均速度與通過光電門的瞬時速度表示出來，再去求它們的偏差看看誤差值到底取決于什么？

其他同學：同意.

全班同學鼓掌！

教師總結：不要認為老師說的或者參考答案一定是正確的，你們要善于思考，勇于質疑，科學就是在不斷質疑中進步的.當然，我們的質疑是建立在講事實，擺道理，讓別人心服口服的基礎上，同時也要對自己不懈追問，不懈質疑，才能越來越有創造力.

2.3 依據事實，引導學生多角度科學論證

華南師范大學鄭穎老師結合SOLO分類理論的五級結構水平與審辯式思維的科學論證能力進行有機聯系與組合，如表1所示.

學生面對一個問題時，往往更傾向于生活經驗和已有的認識快速分析，往往不會基于事實證據加以科學論證，缺乏事實證據 ，更多的是主觀臆想，很少進行邏輯推理或者推理過程中缺乏嚴密.范洪義老師說過：“一顆百年松樹，從它的東邊看像一條游龍蜿蜒，從南邊看像一只孔雀.”為了提高學生的科學論證能力，教師需要引導學生從多角度審視物理現象，切不可光憑自己的生活經驗去臆想結論.

表1 SOLO分類理論與審辯式思維的科學論證互為對應

圖4 電梯和磚塊

案例3.在一高架結構中，有電梯上下.設當電梯已經勻速運行時，有一塊磚頭突然從電梯井頂部落下，砸在電梯上.問電梯是在上升的情況下受打擊大還是在下降的情形下打擊大？

(A) 對上升電梯打擊大.

(B) 對下降電梯打擊大.

(C) 不一定.

(D) 一樣大.

對三門中學2021屆高二2班的37位選考物理的學生和不選考的10位學生共47位學生基于過程進行學力測試.(最后上交只有28份，有2份是不選考物理的同學提供的)

選(A):1人，理由：根據生活直觀感受可得，肯定是對上升的電梯打擊力大，生活中說“迎頭一棒”；

選(B)：5人，理由：反慣性思維，考試時通過猜測出卷人的心理意圖反套路選出最有可能是答案的選項；

選(C)：3人，理由：感覺與s、v都有關系，其中包同學的理由是：利用牛頓的經典力學體系，以電梯為參考系，磚頭可視為速度為v的豎直下拋和豎直上拋運動，在理想的情況下，無空氣阻力，應選(D)，如有空氣阻力，應選(A)，因為右邊阻力做功更多；如果開始距離s足夠大，且無空氣阻力，利用狹義相對論觀點，與下降電梯相撞時磚頭速度大，質量更大，沖擊力更強，故選(B)；所以我的觀點是(C)，都有可能.

選(D)：19人.19人中10人是求出在砸到電梯時兩次的相對速度，發現是相等的，在求解相對速度中，有的選擇以地面為參考系，有的選擇以電梯為參考系，有的用v-t圖像去求解.

由四類學生的回答，我們可以發現學生的科學論證的層次是不同的.其中10位學生已經達到了水平4，達到了SOLO分類的關聯結構水平.同時，包同學的答案更是說明他達到了水平5抽象擴展結構水平，全面考慮了題干中的所有因素，不憑感覺去思考問題，并運用了豐富的物理內容進行論證，有充分、正確的證據支撐對應的觀點，且使其多種觀點形成碰撞，體現了結論的開放性.這就是審辯式思維的體現，表現出對所研究問題的一種思維氣質.

2.4 呈現史實，幫助學生像物理學家那樣思考

物理學史告訴我們，很多重大的發現是由科學家們通過高層次的質疑行為引發思考，加上邏輯推理、實驗驗證的結果：如伽利略關于“落體運動”和“運動和力的關系”的研究，能對綿延2000多年的亞里士多德的結論進行質疑，采取邏輯推理和實驗驗證的方法提出自己的觀點；又如在“行星的運動”中，哥白尼能對“地心說”提出質疑，提出“日心說”的觀點，開普勒從一開始相信“行星繞太陽運動的軌跡是圓周運動”到對火星軌跡70余次嘗試的所得結果與第谷的觀測數據至少有8′的差距，在相信自己的計算和第谷的數據基礎上，從而對原有的觀點進行質疑，從而提出了橢圓軌道模型；再如整個原子物理，就是在不斷質疑不斷修正的過程中建立起正確的模型，從認為原子是最小的微粒，認為原子不可分到電子是組成原子的其中一部分，原子的結構從“棗糕式”到“核式”的提出，再到盧瑟福發現質子和查德威克發現中子證實了原子核還是可以再分的. 這些科學家們在研究問題的過程中就很好地運用了審辯式思維的功能.

當然，教師在物理教學中也要不斷地向學生呈現質疑、推理的過程，包括歸納推理和演繹推理，以便讓學生觀察仿效，同時更應強調推理結論的重要，推理的過程更為重要.

案例4.審辯式思維下的“曲線運動速度的方向”的教學.

(1) 演示實驗并引導學生觀察現象，說出結論：旋轉砂輪上的火星、旋轉雨傘上的水滴，在光滑桌面上用細繩拉住小球旋轉，突然松開繩子，都沿圓周切線飛出.(基于學生對圓周切線的理解)

(2) 提出問題：那么一般曲線運動的物體，其速度方向有何特點？請同學們結合自己的生活經驗提出猜想？

(3) 學生猜想：曲線的切線方向.

(4) 理論解釋曲線的切線方向：如圖5所示，AB為割線，當B點無限靠近A點時，割線就變成了一般曲線的切線.

(5) 實驗驗證一般曲線的速度方向就是切線方向：軟管內的鋼球從軟管的不同位置離開的速度方向與畫出的曲線切線方向一致.

圖5 曲線的割線和切線

(6) 理論證明：在圖5中，沿圓弧運動的物體在某段時間的平均速度等于割線(矢量)與時間之比，時間趨近于0時，平均速度可以代替A點的瞬時速度，同時割線方向變成切線方向，得以證明在A點的瞬時速度的方向就為A點的切線方向.

3 結論

總之，物理課堂中能做到關注全體，尊重學生包容異見；鼓勵提問，指導學生不懈質疑；依據事實，引導學生多角度科學論證；呈現史實，幫助學生像物理學家那樣思考，對于發展學生的審辯式思維有一定的作用.當然，發展學生的審辯式思維需要一段循序漸進的過程，所謂任重而道遠.教師可以在以上策略的基礎上可以分階段落實到位.階段1：教師示范，學生觀察并效仿；階段2：學生質疑追問，教師收集證據、進行論證；階段3： 學生追問搜證、論證觀點，教師傾聽鼓勵.相信一段時間下去，學生就會形成憑證據講話；合乎邏輯地論證觀點；善于提出問題，不懈質疑；實現自身反省，包容異見責任意識，從而提升審辯式思維能力.