初中物理科學探究中培養(yǎng)學生批判性思維的教學實踐——以蘇科版8年級“浮力”教學為例

葉成林

（儀征市南京師范大學第二附屬初級中學，江蘇 揚州 211900）

批判性思維是創(chuàng)造性思維的基礎.要培養(yǎng)有自主研究和創(chuàng)新能力的領軍人才，使我國從制造業(yè)大國向創(chuàng)新型強國轉型，除了批判性思維教育，別的教育不能代替.［1］在初中物理教學過程中，加強對學生的批判性思維教育，這是時代的需求.

1 初中物理科學探究中培養(yǎng)學生批判性思維教學流程

1.1 批判性思維內涵

心理學把思維定義為人對客觀現實的間接接受和概括的反映過程.它是在感知經驗基礎上，人腦進行分析綜合、抽象概括，并進行判斷和推理的一種高級認知過程.

批判性思維是思維的一個極其重要的能力和品質.董毓博士研究認為批判性思維是德育和智育的結合.德育部分是包括謙虛、謹慎、客觀、具體、公正、反省、開放等指標的批判理性和品德；智育部分是一組辨別、分析、判斷和發(fā)展的高階思維技能.［2］

目前，美國各州在基礎教育階段正在推行“共同核心標準”，其實質就是加強學生批判性思維和基本技能的培養(yǎng).分析能力、根據事實的推理能力和論證能力、研究跨學科題材的能力等目前是美國基礎教育的主旋律，即美國基礎教育一直以實證和研究學習為基調，對學生進行批判性思維教育.［2］以此培養(yǎng)學生的科學研究能力和創(chuàng)造能力.

初中物理許多物理概念的提出與物理規(guī)律的探究、發(fā)現歷程，無不蘊含著科學家的智慧和創(chuàng)造精神.在科學家們探索物理知識的過程中蘊含著大量的科學思想方法和批判性思維精神與技能，他們是對初中學生進行批判性思維教育的源頭活水.在我國《義務教育物理課程標準（2011年版）》中，將科學探究作為兩大課程內容之一，強調科學探究既是學生的學習目標，又是重要的教學方式.倡導在初中物理教學中讓學生經歷與科學工作者進行的相似的探究過程，主動獲取物理知識，領悟科學方法，發(fā)展科學思維能力，尤其批判性思維能力，體驗科學探究樂趣，養(yǎng)成實事求是的科學態(tài)度和勇于創(chuàng)新的科學精神，以此培養(yǎng)初中學生的物理核心素養(yǎng).［3］

1.2 初中物理科學探究中培養(yǎng)學生批判性思維教學流程

在初中物理教學中，培養(yǎng)學生批判性思維，物理知識是載體，科學探究是手段.西方學者認為，批判性思維應看成問題的解決過程.在物理教學中，教師應以科學探究問題為引領，以科學論證活動為重要載體，顯化初中生物理認知過程中內在的科學思維活動，緊緊圍繞科學探究各步驟，有針對性地對學生進行批判思維訓練，培養(yǎng)學生理性精神，發(fā)展學生批判性思維能力.具體的教學流程如圖所示.

圖1 初中物理科學探究中培養(yǎng)學生批判性思維教學流程

2 初中物理科學探究中培養(yǎng)學生批判性思維的教學實踐

本文以“浮力”課堂教學片段為例，圍繞課本上2個科學探究問題，組織學生進行科學論證活動，在此過程中對學生進行批判性思維訓練，以期發(fā)展學生批判性思維能力.

2.1 探究活動1——下沉的物體是否受到浮力？

科學問題：我們知道，空中上升的氣球、浮在海面上的輪船、水中上浮的乒乓球受到向上的浮力，請同學們猜想下沉的物體是否也受到浮力？

猜想假設：你這樣猜想的事實依據是什么？（學生根據從井中提水的生活經驗指出下沉的物體也受到浮力）其他同學有沒有不同的觀點？如何用實驗證明你的猜想？

實證研究：學生用彈簧測力計分別測出在空氣中和水中對銅塊的拉力，發(fā)現在水中彈簧測力計的示數變小，可推理得出在水中下沉的銅塊受到了浮力，浮力大小等于彈簧測力計示數的減小值.

分析評估：請學生們評價剛才的實驗過程，你認為實驗證據充足嗎？實驗推理科學有效嗎？有沒有不同的意見？（學生指出應使用不同的固體放到不同的液體中進行探究，收集更多的實驗證據.在此基礎上進行科學推理，這樣的實驗結論才具有普遍性.）

再次實證研究：學生用彈簧測力計吊著不同的固體（石塊、銅塊、鋁塊）放到不同液體（水、濃鹽水、酒精）中，當物體勻速下沉時，收集實驗證據，推理歸納出實驗結論.

再次分析評估：剛才學生們都是探究物體在液體中下沉是否受到浮力，這樣的實驗結論就一定具有普遍性？說出你的觀點（部分學生指出，應收集在空氣中或其他氣體中下沉的物體是否也受到浮力的證據）.你認為在氣體中下沉物體是否也受到浮力？說出你的事實依據（高空中下降的氣球，因為受到空氣向上的浮力作用，氣球通常不會加速下落.）

科學結論：綜合上述觀點，在液體或氣體中下沉的物體都受到向上的浮力.

設計意圖：（1）課本僅通過一次水中實驗探究活動，讓學生總結得出下沉物體受到向上的浮力.顯而易見，這樣的探究活動違背科學探究真諦，也易讓學生產生錯覺，覺得科學探究過程非常簡單、科學結論得出也非常容易.（2）本設計重點是圍繞批判性思維培養(yǎng)要素，設置層層遞進的問題，對學生進行批判性思維訓練，通過多次的科學論證活動，讓最終的科學結論更具有普遍性.（3）通過定性與定量有機結合的科學論證過程，顯化學生內在的科學思維活動，以培養(yǎng)學生良好的批判性思維能力和品質.

2.2 探究活動2——影響浮力大小的因素有哪些？

科學問題：通過剛才的實驗探究可知，在液體或氣體中的物體都受到向上的浮力作用.那么，在液體中的物體所受浮力大小與哪些因素有關呢？請?zhí)岢瞿愕牟孪?，并說出你的事實依據.

猜想假設：根據生活經驗，學生得出浮力大小可能與物體浸入液體的深度有關（事實依據是人走向深水過程中感覺腳所受壓力越來越小），可能與液體的密度有關（事實依據是人在死海中可浮在水面上，在普通水中易沉入水底），可能與物體體積有關（事實依據是可折疊皮劃艇充足氣后可浮在水面上），可能與物體密度有關（事實依據是同體積的木塊和銅塊放入水中，木塊能漂在水面上說明所受浮力大）.

批判質疑：上述猜想及對應的事實依據都正確嗎？請同學們質疑討論，可以借取手邊實驗器材操作或生活中事實經驗進行批判反駁.

生1：我認為浮力大小與物體浸入液體深度有關的猜想是錯誤的.我使用彈簧測力計吊著銅塊全部浸入水中后，銅塊在水中的深度改變，彈簧測力計示數不變，說明浮力大小與深度無關.

生2：那為什么彈簧測力計吊著銅塊全部浸入水中前，銅塊浸入水中深度改變，彈簧測力計示數也隨著改變，不就是說明浮力大小與物體浸入液體中的深度有關嗎？

生1：浸入前，深度改變實質是物體浸入液體中的體積改變，因而浮力改變；當物體全部浸入液體中后，深度改變，但物體浸入液體中的體積不變，因而浮力不變.因此，可認為物體在液體中所浮力與物體浸入液體中的體積有關，與深度無關.人走向深水過程中，由于人浸入水中的體積變大，人所受浮力變大，因而腳所受支持力變小.

生3：在上面同學研究分析基礎上，我認為浮力大小與物體體積有關的猜想也是錯誤的.

物體的體積再大，但浸入液體中的體積不大，所受液體的浮力也不會大.可折疊皮劃艇充足氣后可浮在水面上，是由于物體體積變大后，實質是使物體浸在液體中的體積變大，因而物體所受浮力變大.

生4：我認為物體在液體中所受浮力大小與物體密度無關.我使用彈簧測力計吊著體積相同的銅塊和鋁塊全部浸入水中，發(fā)現彈簧測力計示數減小值相同，即浮力相同，說明浮力大小與物體密度無關.體積相同的木塊與銅塊放入水中，木塊浮在水面上，浸入水中的體積小，所受的浮力應該小，木塊之所以浮在水面上，是可能因為木塊密度小于水的密度.

科學問題：綜合學生們的研究與分析，物體在液體中所受的浮力大小只與液體密度與物體浸入液體中的體積（排開液體的體積）有關.那么，浮力大小與液體密度和排開液體的體積究竟有什么關系？請?zhí)岢瞿愕牟孪?，并利用手邊器材（彈簧測力計、石塊、銅塊、鋁塊、水、濃鹽水、酒精等）設計實驗，采用科學的物理方法，收集證據，定性研究，驗證你的猜想.

學生小組合作，采用控制變量法，通過實驗操作，收集實驗證據，開展實證研究，并根據收集的實驗數據推理歸納得出實驗結論：物體排開液體的體積越大、液體的密度越大，物體所受浮力越大.

科學問題：物體在液體中所受浮力與物體排開液體的體積、液體的密度有關，那么請學生們猜想物體在氣體所受浮力與哪些因素有關？如果實驗條件允許，你如何設計實驗進行探究？

設計意圖：（1）問題，處于人類認知和生活的樞紐位置.科學探究問題，是啟動科學研究的起點，也是科學研究成敗的關鍵.［4］由于初中生認知方面存在缺陷，圍繞影響浮力大小因素會產生許多假設，而此時恰好是對學生進行批判性思維教育的良好契機.（2）對于科學探究問題，基于事實依據，教師引導學生從問題的客觀構成、因果機制等方面，對問題對象進行剖析，了解問題對象的可能構成要素及其相互作用，通過同伴互助及理性批判，評價圍繞探究問題所提出的問題要素猜想是否違反科學規(guī)律、科學認知，在此基礎上完善問題觀點，明晰科學研究的方向與思路.（3）通過學生間的合理論辯，促進學生反思，幫助學生排除錯誤認知，讓學生正確理解影響浮力大小的相關要素，同時培養(yǎng)學生良好的批判性思維品德和小組合作關系.

一節(jié)物理課的課堂教學時間是有限的.對于每一個科學探究活動，教師不可能圍繞批判性思維培養(yǎng)的所有要素，系統(tǒng)地對學生進行批判性思維教育.教師應針對每個科學探究活動特點，有針對性、有側重地對學生進行不同方面的批判性思維訓練.本節(jié)課第一個科學探究活動重在實證研究與分析評估，以培養(yǎng)學生收集證據、評估證據、分析推理、建構假說等批判性思維能力及謹慎公正的批判性思維品德；第二個科學探究活動重在科學問題及猜想假設環(huán)節(jié)，教師引導學生基于事實證據，通過不斷批判質疑、合理論辯，加強對問題對象的客觀構成、因果機制進行分析，不斷校正學生的猜想假設，催生“好”的科學問題提出，為后面的科學論證活動指明方向、提供思路.

對學生批判性思維培養(yǎng)是一個長期過程，初中物理教師應站在民族復興的高度看待對學生的批判性思維教育.在平時的物理教學中，應結合科學探究活動，圍繞批判性思維培養(yǎng)要素，不斷踐行，以期提高學生的批判性思維能力與品質，為學生的終身發(fā)展奠定基礎.