基于“學習即研究”培養批判性思維的途徑與策略

董文杰 呂朝陽

(1.江蘇省前黃高級中學國際分校,江蘇 常州 213161; 2.江蘇省前黃高級中學,江蘇 常州 213161)

1 “批判性思維”與“學習即研究”

1.1 批判性思維

批判性思維是一種理性評判的思維過程,它既是一種理性的思考方式,也是一種思維技能,帶有鮮明的個性特質,質疑和評判是其典型特征.批判性思維能力,一般包括求真質疑能力、分析推理能力、實踐論證能力和反思評判能力,其行為特征是大膽質疑和謹慎求證.

1.2 學習即研究

為實現從“知識本位”的“被動學習”向“素養本位”的“能動學習”的轉變,劉霽華教授提出了“學習即研究”的觀點:學習者也是研究者,學習的過程應是研究的過程,其主旨是要求教師在課堂教學中,要用研究的過程來設計、組織和優化學習的過程.

我們把探求事物的真相、性質、規律等叫作研究,跟探究一詞相比,研究的概念更為寬泛,即便是不適合用來探究的學科知識,也可以進行研究,也可以用研究的方式來組織教學,因此,相對于探究式教學理念,該觀點的應用范圍更加廣泛,更具有普適性.

1.3 “批判性思維”與“學習即研究”

培養創新思維,培育具有創新精神和創新能力的人才,始終是學科教學的終極目標之一.但要明確的是,批判性思維是創新思維發生發展的充分及必要前提,缺乏大膽質疑和理性批判,創新思維則成為無源之水,無本之木.

顯然,只有變革以知識灌輸為主的教學定式,將學習的過程重構為研究的過程,才能有效地改變學生的思維方式,讓學生學會像科學研究者一樣,在質疑、猜想、論證、評判和完善的探索中去發現和創造,從而實現從批判性思維到創新思維的質變.據此看來,學習即研究觀點與批判性思維能力的培養是極為契合的.

本文將以課堂設問為主要手段,從概念教學、規律教學和模型教學3個維度,例談在高中物理教學中培養學生批判性思維能力的具體措施.

2 例談基于“學習即研究”培養批判性思維的策略

培養批判性思維的關鍵在于教師,即教師首先要具有批判精神及批判性的思維意識.教材本身就存在很多可用于培養學生批判性思維的課程資源,教師要在深入理解物理概念、物理規律的內涵、深層挖掘習題育人價值的基礎上,通過設置印證類、拓展類和澄清類等由淺入深的一系列問題,以問題鏈的形式來培養學生的質疑意識和批判性思維能力.

2.1 物理概念教學與批判性思維能力的培養

案例1.在對概念名詞本身的質疑中培養批判性思維,以 “機械運動”概念的教學為例.

在高中物理教學中,學生接觸到的第一個物理概念就是“機械運動”,在人教版教材中,對機械運動的概念是這樣定義的:“物體的空間位置隨時間的變化,是自然界最簡單、最基本的運動形態,叫機械運動.”在實際教學中,教師往往再作出如下闡述:“機械運動,也可以定義為一個物體相對于另一個物體所發生的位置的改變.機械運動簡稱為運動”就結束了.殊不知,這樣的教學方式恰恰失去了一次培養學生質疑意識和批判性思維的絕佳機會.此時,具有批評性思維意識的教師會這樣設問.

設問1:請仔細審視“機械運動”這個概念,在“運動”之前加上“機械”,你有什么疑問或疑惑嗎?

設問2:機械運動中的“機械”兩字你認為有什么含義?

設問3:有沒有“非機械運動”?你知道還有哪些“非機械運動”嗎?

經歷了初中階段的學習,學生對“運動”一詞是非常熟悉的,但對“機械”這個名詞比較陌生.機械運動一詞是通過英文“mechanical motion”翻譯而來,而“mechanical”在英文中有“機械的、力學的”等多重含義,據此有人認為應翻譯為“力學運動”.同時,鑒于學生在初中已經學習過“熱運動”的概念,第3個設問的目的是培養學生思維的發散性和靈活性,引導學生說出還有熱運動、電磁運動、化學運動、生物運動甚至是思維運動等的答案來.

學習即研究觀點認為,學習的目的包含研究本身,不唯結論、不拘形式,因此對“機械”含義的理解、對“運動”種類的劃分是否準確并不重要,重要的是,這樣的設問會在學生心中埋下一顆質疑和批判的種子.

案例2.在對相似概念的聯想對比中培養批判性思維,以 “內能”概念的教學為例.

人教版教材中內能是這樣定義的:“物體中所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和,叫作物體的內能.”此處可以這樣設問.

設問1:內能的定義是否讓你聯想到以前所學的其他形式的能也有類似的定義方式?

設問2:僅從定義出發,你能發現這兩者的不同嗎?

設問3:你認為,內能和機械能還有哪些不同點?它們之間有沒有什么聯系?

在教學中發現,在對學生提出第2個問題時,幾乎所有的學生都回答說,機械能和內能這兩者定義的形式幾乎相同,即“機械能也是總和,只不過是動能、重力勢能和彈性勢能的總和”.在跟其他物理同行交流時,筆者驚訝地發現,有相當一部分物理教師對機械能概念的認識跟學生相同,即都認為機械能是動能、重力勢能和彈性勢能的總和.

查閱人教版高中物理教材可知:“重力勢能、彈性勢能與動能都是機械運動中的能量形式,統稱為機械能.”教材中緊接著還有這樣的一段文字:“通過重力或彈力做功,機械能可以從一種形式轉化為另一種形式.”這說明了動能、重力勢能和彈性勢能都是機械能,只不過分別是機械能的3種不同的形式而已,因此,機械能并不是動能、重力勢能和彈性勢能的總和.

提出第3個問題旨在幫學生厘清微觀的內能和宏觀的機械能有著本質區別,能量大小判斷的依據也完全不同.以分子動能(平均動能)和動能為例,前者由溫度決定,后者由物體質量和速度大小決定.教師通過創設問題情境引導學生在質疑中自主歸納這些區別.

在高中物理教材中,類似的可用于質疑批判或類比聯想的概念還有很多,例如線速度與角速度、電場與磁場、電場強度與磁感應強度、機械波與電磁波、感生電場與靜電場等等.教師通過對這些概念名詞本身的解讀,以及相似概念的聯想類比,不僅可以加深對物理概念的理解、避免出現因“想當然”而出現的錯誤,提升學生由此及彼、橫向聯系的聯想力,還可以培養思維的發散性和縝密性,培育學生的質疑意識和批判精神.

2.2 物理規律教學與批判性思維能力的培養

案例3.在對物理規律的深入解讀中培養批判性思維,以“動能定理”規律的教學為例.

在高中物理中,動能定理是一個橫跨了力學、電學、熱學和原子物理學,應用極為廣泛的重要物理規律.在動能定理的復習鞏固課中,教師一般都會這樣設問.

設問1:動能定理是如何得出的?

設問2:你能用自己的語言來描述動能定理的內容嗎?

設問3:動能定理的表達式有哪幾種?

設問4:你知道利用動能定理解決實際問題時有哪些優勢嗎?

這樣的教學方式看起來很細致、很清晰,但在解決實際問題時,發現學生仍然存在很多問題,仍然會出現很多意想不到的錯誤.究其原因,是對動能定理挖掘的深度不夠、設問沒能觸及到學生易錯的本質原因.此時,應繼續設問.

設問5:請仔細審視動能定理的表達式W合外=ΔEk,相對于其他的功能關系式,你有什么疑問嗎?

設問6:動能定理的表達式中直接涉及的能量只有動能,怎么沒有重力勢能、彈性勢能或內能等其他形式的能呢?

設問7:動能定理沒有考慮內力所做的功,你認為這說明了什么?

設問8:能對多個物體構成的系統使用動能定理嗎?如果能,你認為必須滿足什么條件?

初學動能定理,學生最大的困惑在于無法理解為什么之前重力勢能變化和重力做功關系的特點是某個力做功對應著某種能量的變化,而動能變化卻等于各個力做功的總和.設問5、6重在解決這個難點.以重力做功和重力勢能變化關系為例,重力做功是釋放重力勢能的過程,因此重力做的功等于重力勢能的減少量.而動能定理由牛頓運動定律推導得出,各種形式的機械能都能轉化為動能,這種轉化是通過各種力做功達成的,所以動能的增量等于各個力做功的總和.學生易錯點之一,是將動能定理跟能量守恒定律混淆,通過對設問6的釋疑就可以解決這個問題.學生易錯點之二,是搞不清動能定理所對應的研究對象是單個物體還是多個物體構成的系統(即質點系).動能定理的表達式中只有外力的功,而沒有內力的功,這說明了動能定理所對應的研究對象是單個物體,而不是質點系,但在實際問題中,往往又會把多個物體組成的系統為研究對象列出動能定理的表達式,這讓學生十分困惑.

與“質點系動能定理——所有外力對質點系所做的功和內力對質點系做功之和等于質點系動能的增量”相比較可以發現,如果以質點系為研究對象,則只有當內力對質點系做功為0時,高中階段動能定理的表達式才可以成立.由于高中物理不涉及質點系動能定理,即不考慮系統內力所做的功,故教師可以設置具體的問題情境,在問題解決中讓學生體悟到對多物體系統使用動能定理所需滿足的條件.我們認為,只有這樣,對動能定理的理解才是深刻的,而不是浮于表面的.

案例4.在對相似規律的異同區分中培養批判性思維,以“動量定理”規律的教學為例.

在人教版教材中,將“物體在一個過程中所受力的沖量等于它在這個過程始末的動量變化量”的這種關系叫作動量定理,并且特別指出:這里說的“力的沖量”指的是合力的沖量,或者是各個力的沖量的矢量和,因此動量定理往往也被表述為“物體受到的合外力的沖量等于物體動量的變化”,表達式為I總=Δp.此處可以這樣設問.

設問1:從動量定理表達式的形式上,你能聯想到以前學過的什么物理規律?

設問2:結合動量定理和動能定理,你能總結出力的不同作用效果嗎?

設問3:這兩個規律所涉及的研究對象都可以是單個物體,也都可以是多物體組成的系統嗎?

設問4:這兩個表達式所對應的運算方式有什么不同?

設問5:利用這兩個表達式所求出的力的平均值,你知道有什么不同嗎?

動量定理與動能定理形式上雖然相似,但有本質的區別.動量定理是矢量表達式,反映了力對時間的積累效果,研究對象可以是單個物體也可以是質點系;動能定理是標量表達式,反映了力對空間的積累效果,研究對象一般是單個物體.當遇到變力作用時,這兩個表達式都可以求出力的平均值,但用動量定理求出的是力對時間的平均值,而用動能定理求出的是力對位移的平均值.

學習即研究觀點指出,我們要重構教學過程、重塑教學行為,以實現將“知識本位”的“被動學習”向“素養本位”的“能動學習”的重大轉變.在高中物理教材中,需要進行深入解讀或相似區分的物理規律還有動量守恒定律與機械能守恒定律、能量守恒定理與電荷守恒定律、庫侖定律與萬有引力定律等,通過精心設問,就可以將學習的過程轉變為研究的過程,在研究的過程中,既可以加深對物理規律的透徹理解,也可以培養學生思維的深刻性,提高學生的批判性思維能力.

3 物理模型教學與批判性思維能力的培養

習題教學是物理教學中的重要部分,也是提升學生解決問題能力的重要方式和手段.習題教學的本質是模型建構的教學.在實際教學中我們發現,物理模型建構的教學往往變成了物理模型套用的教學.這樣的教學方法只能培養學生機械模仿的能力,與批判性思維和創新思維培養的要求南轅北轍.

案例5.在對模型建構的合理性分析中培養批判性思維,以2020年全國Ⅰ卷第3題為例.

如圖1,一學生表演蕩秋千.已知秋千的兩根繩長均為10 m,該學生和秋千踏板的總質量約為50 kg.繩的質量忽略不計.當該學生蕩到秋千支架的正下方時,速度大小為8 m/s,此時每根繩子平均承受的拉力約為

圖1 蕩秋千

(A) 200 N. (B) 400 N.

(C) 600 N. (D) 800 N.

質疑:設該學生身高h=1.6 m,體重m1=45 kg,踏板質量m2=5 kg,在繩長l=10 m的情況下,“直覺”中物理模型的構建合理嗎?

評估:再次審視題干發現,題干中10 m的繩長與人身高相比,在數值上要大得比較多;從“拉力約為”這4個字中發現本題是一道估算題;題干所給出的質量是人和踏板的總質量.綜合以上信息可知,最初“直覺”中所構建的物理模型是合理的,即可以將人和踏板的整體看作質點,其運動可看作是單擺運動模型.

雖然在費了一番周折后又回到了原點,但在單擺模型建構合理與否的研究中,帶領學生經歷了從直覺到質疑、從論證到評估的批判性思維過程,從“會套用物理模型”到“會合理地選擇物理模型”,實現了從“知識”到“素養”的質變.

案例6.在對理想、非理想模型的準確判斷中培養批判性思維,以2022年湖南卷第5題為例.

2022年北京冬奧會跳臺滑雪空中技巧比賽場地邊,有一根系有飄帶的風力指示桿,教練員根據飄帶的形態提示運動員現場風力的情況.若飄帶可視為粗細一致的勻質長繩,所處范圍內風速水平向右、大小恒定且不隨高度改變.當飄帶穩定時,飄帶實際形態最接近的是

直覺:看到這道題后,腦中閃現出飄帶在風中飄舞的畫面,從生活經驗出發,第一直覺是應該排除選項(A),正確答案應該在(B)(C)(D)中選出.

質疑:質疑1,題干中的飄帶是高中物理常見的不計粗細和質量的理想繩子嗎?由于將飄帶視為粗細一致的勻質長繩,要考慮其粗細及質量,顯然不是理想繩模型,而是一個新穎的、非理想化的物理模型.質疑2,那能否將這條勻質長繩看作是另一種理想模型——質點呢?因需要判斷長繩在風中的形狀,顯然也不能被看作質點.

圖2

評估:本題以冬奧會跳臺滑雪空中技巧比賽場地邊風力指示桿上系著的飄帶為問題背景,情境新穎,且跟體育運動相結合,讓人耳目一新.但由于飄帶在風力作用下的運動比較復雜,故將飄帶視為粗細一致的勻質長繩的命題設置比較勉強.即便如此,由于本題的飄帶既不能看作是常見的輕繩模型,也不能被看作質點模型,需要利用隔離法,合理選擇研究對象,才能解決問題,可以考查學生的高階思維能力.

高中物理模型教學最易落入淺層化和表面化,要么就事論事、就題論題;要么忽視或沒能充分挖掘和利用習題的育人功能,沒能凸顯出其培養批判性思維的價值.此外,新高考背景下的高中物理命題,有從理想化模型向非理想模型、從常規模型向非常規模型轉化的趨勢,這類試題因與生產生活實際聯系緊密,能有效地考查學生的分析綜合能力和推理論證能力,對學生的批判性思維和創新思維能力也有很好的檢測和評價作用,需要引起一線教師足夠的重視.

4 結語

學習即研究觀點指出,指向“素養發展”的學習是培養學生面對真實情境發現問題和解決問題的能力和品質,特別是創造性思維和批判性思維能力和品質的過程,因此指向素養發展的學習也是發展理性批判的創造性學習.但培養批判性思維的前提,是教師自身要具有批判性思維的意識,要掌握培養學生批判性思維能力的基本途徑或策略.我們認為,教材本身就有比較豐富的、可用以培養學生批判性思維的課程資源,作為一線教師,要扎實鉆研教材文本,深入理解物理概念和物理規律的內涵,深層挖掘模型教學的價值和功能,增強自我研究意識和研究能力,不斷提升課堂教學品質,為學生批判性思維和創新思維能力的培養提供強大助力.