基于批判性思維發展的創新能力培養途徑

田成良 劉富振 張莉芳

摘 要：新時代對人才的培養提出新的要求，倡導面向基礎教育領域傳播科學的思想方法、培養學生質疑創新的科學態度，提升學生的核心素養，著力推動科技創新.探索創新能力培養的途徑，引領教育創新的發展，是當今教師面臨的重大課題.本文立足物理教學實踐，對學生創新能力的培養做出新的嘗試.

關鍵詞：批判性思維;創新能力;實施路徑

中圖分類號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）22-0008-04

基金項目：北京市教育科學“十三五”規劃一般課題“過程教學導向下的思維發展型課堂建構”（項目編號：CDDB2020207）.

作者簡介：田成良（1974-），男，山東泗水人，本科，中學高級教師，北京市特級教師，碩士生導師，研究方向：物理過程教學、物理科學方法教育、課堂教學藝術等;

劉富振（1976-），男，山東泗水人，本科，中學一級教師，研究方向，中學物理教學與研究;

張莉芳（1973-），女，山東東營人，本科，中學高級教師，研究方向：初中物理課堂教學、物理科學方法的研究與實踐.

1 對創新的理解

簡單地說，人們通過科學思維及科學技術手段，對原來的事物（實體的或非實體的），進行局部的或全部的改革，從而形成新的事物，這就是創新.創新就是想出新方法，建立新理論，做出新成績.創新能力不是一種單一能力（比如智商、情商），它由一些思維能力綜合而來，主要包括系統性思維能力、創造性思維能力和實踐能力.

我們可以將創新分為三個層面：一是特殊創新，這種創新是前無古人的層面，新穎的、獨特的、有突破性的，即首創性的事物謂之新，這種“新”只有極少數人可以企及;二是群體性創新，就是在特定群體中鮮見，同樣具有“新意”.對人類社會不是新的，對社會特定的群體是新穎的、獨特的，有突破性;三是自我創新，是指對人類社會或即使對某一特定的微觀環境講不是新的，但對個人來講，相對于自己的過去是新穎的、有突破性的.筆者今天重點強調第三個層面的自我創新，不是遙不可及的重大創新，而是每個人都可以通過努力而實現的創新.

當然，談及創新，我們要考慮其價值，毫無價值甚至有害之“新”，社會非但不倡導反而禁止.一般情況下，人們看重創新的社會價值和經濟價值以及發展價值，得其一者即可，三者兼及尤佳.教育的創新，重在發展價值.

2 創新的價值

創新已經成為全社會的共識，十九大報告中將“加快建設創新型國家”納入“建設現代化經濟體系”的組成部分，并強調“創新是建設現代化經濟體系的戰略支撐”. 創新是引領發展的第一動力，是建設現代化經濟體系的戰略支撐.《國家中長期教育改革和發展綱要》明確指出要探索貫穿各級各類教育的創新人才的培養;課程標準也明確指出要培養學生的創新意識和實踐能力.有的學者認為“創新能力是核心素養的核心，是核心素養寶塔尖上的明珠”.褚宏啟教授提出，21世紀的創新人才要具備三種能力，即聰明腦袋（思維能力）、溫暖的心（合作交流）和靈巧的手（創新能力），由此可以看到培養創新能力的重要性和緊迫性.

人類發展中的創新成果往往是進行批判性思維的結果，培養學生的創新能力有助于發展學生的批判性思維.批判性思維的核心任務就是構造和論證，論證的基本要素包含理由、推理和結論.批判性思維是獲得新知識、發現真理的必經之路.

皮亞杰認為，教育的首要目標在于造就能夠創新、創造、發明、發現的人，而不是簡單重復前人已經做過的事情.新課改倡導深度學習，以深度學習促進素養發展，深度學習就是知識遷移的過程，有助于提高學習者解決問題并做出決策的能力.這一切都告訴我們：學習就是為了創新.

3 創新能力培養的途徑

對于如何創新這個問題，張憲魁教授曾經給出建議，創新不是創造，創造是原來沒有，需要從零開始;而創新是在原來的基礎上進行改進和完善，要懂得學習和借鑒，創新的過程大約經歷“學習、模仿、創新”三個階段，具體過程如圖1所示.

創新思維始于問題的提出，終于問題的解決.學生首先通過觀察發現原來的問題，列舉其中的不足，由此尋找改進的方法和策略，問題的改進策略要經得起實踐的檢驗，才具有使用價值，最后在不斷反思和改進中得以完善.在明確創新的路徑后，我們面臨的問題是，如何培養學生的創新能力.下面結合教學實踐，進行詳細闡述.

3.1 創設問題情境

創新往往來源于現實的需求或基于實際的問題.因此教師在課堂中創設情境問題非常重要，目的是讓學生發現問題，找到創新的需求.我們可以通過實驗、視頻、圖片和文字資料創設情境，教師呈現實驗現象，讓學生發現問題.設計高質量的驅動型、層次性問題促進學生自主學習，驅動型問題應具有挑戰性、開放性和一定的難度，學生需要融合多學科的知識、技能、方法才能解決，從而更有效地培養他們的問題意識.

例如學生在學習“杠桿”時，教師利用自制大杠桿（如圖2所示），讓學生在其兩邊不同位置上，掛不同質量的書包，使杠桿平衡.從而引入探究的主題——杠桿平衡條件與哪些因素有關？然后，利用實驗室器材開展實驗設計，包含實驗步驟和表格等，由此培養學生的創新能力.

特別是創設悖論的問題情境，能夠引發學生的認知沖突，激發學生的探究欲望.所謂悖論，就是一種邏輯矛盾，是指從某一前提出發推出的兩個在邏輯上自相矛盾的命題，從不同角度、利用不同方法思考時，能體現出創造性思維活動，而引發質疑.悖論的發現意味著一個重大科學問題的提出.為了消除悖論，必須以批判的態度認識原有理論的局限性，以創新的思維方式提出新的假設，建立新的理論.

3.2 給與觀察機會

觀察是發現問題的前提，是質疑創新的起點，也是培養創新能力的基礎.重視培養學生的觀察能力，引導學生學會獲取知識，還要發展自身的思維能力，才能樹立創新意識與探究意識.另外，觀察要與思考相結合，只觀察不思考，不能總結出規律，必須在反復觀察大量現象的基礎上，方可總結規律，否則易導致以偏概全的錯誤發生.但是，在課堂中很多教師沒有為學生提供觀察和思考的機會，如在學習“電流的磁場”時，教師通常讓學生通過實驗探究，分析通電螺線管的磁場（見表1），實驗剛結束，即得出右手螺旋定則，讓學生熟記該定則.

在上述事例中，學生通過實驗可以發現“繞向不同，電池極性位置相同，電流方向相同”.但是，教師急于得出結論，沒有給學生觀察和思考的機會，直接給出“右手螺旋定則”.這樣的結論不是從實驗中得出的，而是從教材中記憶，并不利于學生創新能力的發展.

為了糾正以上問題，教師要先問自己兩個問題：一是不用右手螺旋定則能否判斷電流產生的磁場方向？二是若在不知道右手螺旋定則的情況下，教師能否總結出這樣的規律.基于上面兩個問題的追問，教師要給學生一定觀察思考的機會，學生才能分析歸納出結論，例如，通過上述表格中的圖片分析，學生可得：如果像甲、乙兩圖左側繞法相同，N極就在電池的正極一側;如果像丙、丁兩圖繞法相同，N極就在電池負極一側.雖然此時的結論還不完善，不是右手螺旋定則，教師也應給予認可和鼓勵.最后，從科學的簡潔性的角度，能否將上述兩條結論歸納為一條？此刻再引導學生伸出右手……，最終總結出右手螺旋定則.

3.3 加強實驗探究

教師要讓學生面對真實問題，通過科學探究獲得證據，然后去解釋和分析問題，并找到問題的答案.鼓勵學生勇于表達觀點，提出不同的解決問題的方案，以此培養學生的理性思維以及批判質疑、勇于探究的精神品格.在物理實驗教學中，教師要緊緊抓住培養學生創新能力這個中心，通過優化設計，將演示實驗、學生實驗等轉化為探究性實驗.創新能力的培養應基于學生的主動性思考，需要鍛煉學生的自主探究意識，主動思考問題、解決問題，才能夠最大限度地激發學生的創造性思維.

例如在學習“換向器”時，教師一般按照圖3所示的步驟進行教學，演示沒有換向器的電機不能持續轉動，并解釋原因，然后講解換向器的結構、工作過程和原理.上述演示實驗，其目的只是讓學生理解知識，學生的探究能力沒有得到鍛煉.我們可以對教學流程進行優化，前面的演示過程不變，教師在解釋線圈不能轉動的原因后，讓學生猜想如何改變電流的方向，通過人工換向，到自動換向，最終發明換向器，讓電動機持續轉動.后面的教學思路，變演示實驗為探究實驗，既體現創造能力的培養，也激發學生學習的興趣.

3.4 養成質疑態度

沒有質疑，便無法提出新的問題，創設質疑情境，主要目的在于讓學生們更好地發現新問題，以便創新地解決問題.教師在設計問題情境時，應該緊緊圍繞探究主題，學生在層層遞進的探究過程中，不僅對知識有充分的掌握和理解，還能養成質疑的習慣和態度，使創新能力得以發展.思維的創造性，主要表現為思維的獨特性、新穎性和發散性.創設開放求異的思維環境，鼓勵學生多角度思考和獨特性思考，有利于學生擺脫思維定勢，獨辟蹊徑地解決問題.

例如在學習“大氣壓”時，教師演示覆杯實驗證明大氣壓的存在（如圖4所示），但是學生有時會產生質疑：紙片是被水粘住了，不是大氣壓的原因.此時教師要抓住這個質疑的機會，讓學生開展實驗探究，解決疑惑.教師引導學生在杯子的頂部開個小孔，用膠帶粘住，紙片不脫落，當把膠帶拿開，露出小孔時，紙片瞬間脫落，由此可以排除紙片被水粘住的猜想.另外，也可以引導學生設計另外一個實驗，將“瓶吞雞蛋”實驗裝置放在真空罩內，用抽氣機向外抽氣時，可以看到瓶內的雞蛋自己向外運動，然后引導學生進行分析.這樣通過質疑，引發實驗探究，通過創新性的實驗設計，促進學生創新能力的發展.

除了由課上的思維碰撞引發質疑外，教師也可以利用生活現象或生活問題，培養學生的質疑習慣.例如利用一些媒體的虛假廣告，對學生進行質疑創新的培養.

例如，電視上有某空調的廣告，稱“好空調”，一天只需一度電，最低耗電僅相當于一只45W的燈泡.考慮到空調實際使用情況及估計因素，你認為其廣告詞體現的內容（選填“基本一致”或“完全不一致”），因此根據其中信息可以計算出一度電可以讓空調運行小時.（結果保留整數）

通過對上述問題的質疑，開展激勵的研討，并結合電功率的相關知識進行計算，驗證自己的猜想.不僅鞏固物理知識，還體現學以致用的思想，培養質疑的習慣.

3.5 注重實踐拓展

教師在立足教學實際的前提下，適當拓展教學內容，深化對學生探究能力的培養.可以運用多種途徑或手段將課堂實驗內容予以有效拓展，如將實驗操作的難度進一步增加，或是設計新實驗、對比實驗等，無論選擇怎樣的拓展途徑或實驗方式，根本目的依然是讓學生學會獨立思考，開展自主合作下的探究學習，激活學習潛能與創新意識，形成各不相同的探究思路.教師應在給予適當指導的基礎上，鼓勵學生自己動手開展探究實驗，探索不一樣的解決路徑，更深刻地理解與感悟.

例如，學生在學習“電動機”時，教師可以將課內實驗與課外實驗相結合，除了處理課本中常規的電動機模型外，還應注重課外探究實驗的開展，讓學生自制不同的電動機（如圖5所示），腦洞大開，創作形狀各異的電動機.讓學生在制作、展示、改進的過程中，提高操作技能和創新能力，體會磁場對電流的相互作用.

再如，學習“聲現象”時，進行課外拓展實驗（如圖6所示），讓學生自制樂器，并布置以下任務.

任務一：自制簡易的管樂器，如橫笛、豎笛、梳琴、葫蘆絲等.

任務二：自制簡易的弦樂器，如吉他、提琴、琵琶、鋼琴、古箏等.

任務三：自制簡易的打擊樂器，如鼓、镲、沙錘、串鈴、水瓶琴等.

學生通過自制樂器，可以探究各種樂器的結構和原理，如管樂器、弦樂器等它們的發聲原理是什么？音調、響度如何控制？用什么材料制作的樂器發出的聲音更優美？通過自制樂器的過程，音樂感知力、音樂鑒賞力、音樂表現力和創造力得到提升.

3.6 善于激勵評價

要想將培養創新能力落實到日常教學活動中，教師需運用多元化的評價方式鼓勵學生的創新思維.激勵性的教學評價，對學生的學習興趣與進取心能產生積極的影響.中學生普遍需要教師的認可與肯定，教師應注重開展激勵性評價，為學生的學習提供動力，建立平等的師生關系，讓學生敢于在課堂上發表自身見解，敢于駁斥教師觀點.

教師的激勵性評價是學生獲得自信心的重要因素.自信心是創新能力培養的重要前提條件，學生只有具備信心，才能夠相信自己有解決問題的能力，進而展開對新事物的不斷探索.只有具備堅韌的毅力和足夠的信心，才能夠在探索問題的道路上克服困難，不斷前行.

例如，在學習“磁場對通電導體的作用”時，學生在課堂上觀察到磁場對金屬導體有力的作用.威海三中的李淑陽同學，認為食鹽水也是導體，磁場對液體導體是否有作用？教師對他的猜想給予鼓勵并指導他開展課外探究實驗（如圖7所示），經過多次實驗改進后，最終發現通電的食鹽水在磁場中的旋轉現象.通過這次實驗，這位同學不僅解決了學習的新問題，還樹立自信心，激發學習探索的興趣，培養創新能力.

例如，讓學生在自制樂器時，教師可以設計以下評價問題：

（1）是否能展示自制樂器的過程？

（2）是否能清楚地介紹科學探究的思路和方法？是否具有評估實驗的意識？

（3）是否能用自制樂器演奏樂曲？

（4）視頻的錄制、剪輯等是否美觀大方？

在課堂上評價時教師引導學生相互評價、適時點撥，不僅能幫助學生解決問題，還能讓學生找到自信心和歸屬感，為后期創新能力的培養奠定基礎.

3.7 布置實踐作業

除了課堂教學外，還可以通過布置課外實踐作業，培養學生的創新能力.課外拓展作業強調體驗過程， 需開展搜集資料、交流、制作課件、合作實驗、小組匯報等活動.各環節都應當向學生強調活動的目的性， 讓學生真正體驗和經歷實踐活動的過程，才能體現實踐活動的意義.如學生在學習“重心”時，除了完成課后常規作業外，還布置課外實踐作業（如圖8所示），讓學生設計探究性制作作業，利用生活物品，開發跟重心有關的小實驗，并在班級內進行展示.

再如，學生在學習“電壓與電源”時（如圖9所示），讓學生“制作水果電池”的實踐作業， 從水果種類的選擇，金屬電極片的制作，到電壓獲得直觀證明，以及如何獲得較大的電壓，從實踐活動發起到最終展示，從課內到課外，從初步成功到繼續改良，前后持續近兩周， 學生充分參與， 體驗實驗及實踐的全過程.

4 結束語

創新能力即包含批判思維和創新思維，是教育的最高目標，除了上述策略外，教師還應積極探索創新能力培養的途徑，立足教學實踐，在完成課上的科學探究和課外實踐的基礎上，有意識地開展項目式學習、STEM教育、跨學科學習等綜合性的學習任務，提升學生問題解決的水平，讓學習中的問題與生活中真實問題進行銜接，才能真正促進學生創新能力走向深處.

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（收稿日期：2021-06-28）