從“批判性思維”視角窺探“創新能力”培養

李棠璽 孫鵬偉

(西安交通大學附屬中學 陜西 西安 710043)

1 問題的提出

1.1 物理學科中的“創新能力”

自1991年高考大綱的頒布，作為體現人才選拔主旨要素的“關鍵能力”考查，物理學科為“理解能力、推理能力、分析綜合能力、應用數學解決物理問題能力和實驗能力”(以下簡稱“原5種能力”)[1]，并且一直持續到 2019 年的考試大綱.隨著《中國高考評價體系》(以下簡稱“評價體系”)的發布，教育部考試中心(以下簡稱“考試中心”)就物理學科高考的“關鍵能力”提出了新的建構，即基于評價體系的物理學科“關鍵能力”為“理解能力、推理論證能力、模型建構能力、實驗探究能力和創新能力”[2].

1.2 批判性思維能力

在“評價體系”中就“關鍵能力”的考查建構了“三大關鍵能力群”，在其中“思維認知能力群”的6種關鍵思維能力中提出了“批判性思維能力”[3].據此，“考試中心”在對2020年高考物理試題課標卷的評析中，就試題在關鍵能力方面考查的論述中，提出了“試題注重對批判性思維能力的考查”的觀點[4]，而在此之前，命題專家均圍繞“原5種能力”論述，從未提到“批判性思維能力”，那么，命題專家又緣何在對當年試題的評析中提出這一論點呢？“創新能力”與“批判性思維能力”之間有何關系呢？

2 問題的窺探

2.1 批判性思維的核心指向“創新能力”

近代史上，很多學者都對批判性思維的具體內涵做了定義.其中，最被廣泛接受的是國際批判性思維權威、美國批判性思維國家理事會主席理查德·保羅在他的《批判性思維工具》一書中定義:“所謂批判性思維，是針對相信什么或做什么的決定，而進行的理性的反省思維.”批判性思維的核心和精髓就是從“提問”開始，一個不善于提問的人不會是優秀的批判性思考者，真正能推動思維發展的是“問題”，所提出問題的質量決定著你思維的質量.他甚至比較絕對地說道，那些學科(例如物理學或生物學)的奠基人，如果不善于提出問題，那么這學科就不可能發展起來[5].基于“評價體系”指向的“創新能力”，張春麗在《對“基于高考評價體系的五種關鍵能力”含義界定的嘗試》一文中提出：“創新能力”是指在已有經驗的基礎上，通過自主學習和獨立思考，發現新問題、獲取新知識、創造新方法、解決新問題的能力[6].據此，從發現或提出有價值 “問題”的視角窺探，批判性思維的核心是指向創新能力，因此，考查考生是否具有“提出有價值問題”的能力，也一直是高考命題專家的守望，例如，2018年高考全國卷Ⅱ理綜第15題、第20題：

【例1】高空墜物極易對行人造成傷害.若一個50 g的雞蛋從一居民樓的25層墜下，與地面的撞擊時間約為 2 ms，則該雞蛋對地面產生的沖擊力約為( )

A．10 N B．102N C．103N D．104N

評析：具有批判性思維能力(或創新能力)的考生，若根據已有的經驗提出這樣的問題,10 N的沖擊力能造成傷害嗎？10 000 N的沖擊力對人造成的是傷害還是傷亡？ 自然排除了選項A,D.

【例2】2017 年，人類第一次直接探測到來自雙中子星合并的引力波.根據科學家們復原的過程，在兩顆中子星合并前約100 s 時，它們相距約400 km，繞二者連線上的某點每秒轉動12 圈，將兩顆中子星都看作是質量均勻分布的球體，由這些數據、萬有引力常量并利用牛頓力學知識，可估算出這一時刻兩顆中子星( )

A．質量之積 B．質量之和

C．速率之和 D．各自的自轉角速度

2.2 批判性思維的核心原則指向“創新能力”的要求

批判性思維的核心原則是質疑和求證，即在面對問題時不會輕易接受既有結論，通過獨立思考和邏輯思辨，評估問題的深度、廣度以及邏輯性，從而得出有創造性的見解.而物理學科的“創新能力”要求在面對問題時，能對已有結論提出合理質疑，在面對新穎或復雜的物理情境時，能發現新問題，能創造性地構建新的物理模型，應用新思路、新方法解決問題.因此，批判性思維的核心原則與“創新能力”的要求是一脈相承.基于此，命題專家提出的“試題注重對批判性思維能力”的考查，其指向就是對“創新能力”的考查.例如，2020年高考全國卷Ⅰ理綜第21題：

【例3】如圖1，U形光滑金屬框abcd置于水平絕緣平臺上，ab和cd邊平行，和bc邊垂直.ab和cd足夠長，整個金屬框電阻可忽略，一根具有一定電阻的導體棒MN置于金屬框上，用水平恒力F向右拉動金屬框，運動過程中，裝置始終處于豎直向下的勻強磁場中，MN與金屬框保持良好接觸，且與bc邊保持平行.經過一段時間后( )

圖1 例3題圖

A．金屬框的速度大小趨于恒定值

B．金屬框的加速度大小趨于恒定值

C．導體棒所受安培力的大小趨于恒定值

D．導體棒到金屬框bc邊的距離趨于恒定值

評析：對該試題的分析，可以有多種途徑、多種方法和多元思維，但若從批判性思維的視角分析判斷，有以下幾方面.

第一，評估問題.金屬框帶動導體棒先后切割磁感線，使回路中產生了變化的感應電流，兩者都受到變化的安培力，都向右做非勻變速運動，其中金屬框做加速度逐漸減小的加速運動，導體棒做加速度逐漸增大的加速運動.

第二，提出問題.根據對問題情境的評估，提出“兩者運動的加速度能否趨于相等”？的問題.

第三，求證問題.根據電磁感應規律及牛頓第二定律可得:

對于金屬框

對于導體棒

第四，發現新問題.金屬框和導體棒的加速度大小都和(v框-v棒)成線性關系，即(v框-v棒)可以確定金屬框和導體棒的加速度大小變化趨勢，但不能確定金屬框速度大小及導體棒到金屬框bc邊距離大小變化的趨勢.

第六，構建新模型.在同一個坐標系中建立金屬框和導體棒運動的速度-時間圖像，如圖2所示，則由圖像的物理意義可得選項D錯誤.

圖2 速度-時間圖像

3 問題的落實

3.1 讓教材成為引發質疑與創新的第一藍本

人教版高中物理新教材依據《普通高中物理課程標準(2017年版)》(以下簡稱“新課標”)所提出的“引導學生自主學習，提倡教學方式多樣化”的課程理念，編寫內容的突出特點表現為(與舊教材相比較)：首先，在每節開始都設置了一個“問題”欄目，通過創設一個“問題情境”，旨在引發學生對所要學習內容的主動思考和培養學生提出問題的意識及能力，進而培養學生能夠提出“有質量問題”的能力[7]；其次，新教材全書絕大部分內容是以探究的思路展開并將科學探究的“三重意義”貫穿始終，以至全書的語言風格都是為引導學生探究、質疑而確定的.旨在引導學生在主動探究、建構知識的基礎上形成物理觀念，為學生提供質疑與探究的機會[8].尤其教材中涉及的實驗內容、演示實驗、學生實驗等都不把現象甚至結論和盤托出，而是用啟發性的語言引導學生自己觀察、發現與思考，自己提出問題并尋找問題的答案.例如，新教材必修第二冊第五章第3節“實驗：探究平拋運動的特點”一節內容，與舊教材比較：首先，新教材增加了“運動的合成與分解”一節內容并置于該節之前，在學生明確了研究曲線運動的物理思想和方法的基礎上，使學生能夠自我開展探究；第二，本節置于“拋體運動的規律”之前，不僅給予學生以“真實的自我”對平拋運動的探究中提出各種“猜想”的空間，而且也能夠促使學生帶著“好奇”的興致針對結論進行“主動的反復探究”；第三，先給出科學探究理念層面上的兩個“實驗方案”，給予學生在“動手探究”前先“動腦探究”的思路和方法上指導；第四，所給出的兩個實驗“參考案例”，其目的一是激發學生“參與探究”的興致以培養科學探究情趣和“創新探究”的激情，二是觸發學生“實驗探究”的創新，培養質疑創新能力；第五，節后“習題”又設置了讓學生利用身邊的器材并采用控制變量法的兩個“探究實驗”.至此，教材顯性呈現平拋運動特點的探究實驗案例共5個，且每一個都沒有給出完整的實驗方案或過程，即每一個都給予學生可質疑的空間和可求證的方法，同時這種“反復探究”的背后給予學生的就是質疑和求證的“一種精神”.

3.2 讓課堂成為引發質疑與創新的真實場域

從認知學習領域目標的“金字塔”能力目標視角來看，批判性思維就是“識記、理解、運用、分析、評價和創造”連續6個層級中的高階思維——分析、評價和創造.因此，要使課堂成為引發質疑與創新的真實場域，首先，從教學目標的確定上，要注重引發質疑、注重從高階思維層面來確立科學的教學目標.新課標頒布后，明確將“注重體現物理學科本質，培養學生物理核心素養”作為課程目標，其中核心素養中“科學思維”所包含的“模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新”要素幾乎都屬于高階思維層面，所以“為高階思維而教”，不僅是確保物理學科核心素養落地的關鍵，而且也是確保使課堂能夠引發質疑與創新真實場域的前提.其次，要注重設計基于互動式、啟發式、探究式、體驗式等多樣化課堂教學形式，使學生通過“共同的互動、相互的啟發、真實的探究、親歷的體驗”的學習過程，培養學生發現新問題、獲取新知識、創造新方法、解決新問題的能力，潛移默化地培養學生獨立思考與質疑精神，提升學生質疑與創新的品質.

總之，創新是當代社會的主旋律，培養學生的創新能力從培養學生的批判性思維能力開始，切實將培養批判性思維能力落實于學習的全過程.