指向批判性思維能力培養的高中物理教學策略

摘 要：在高中物理教學進程中，培育學生的批判性思維能力有著舉足輕重的地位，尤其在粒子波動性這一論題上.文章通過引導學生研討光的波粒二象性，激活他們的思維與好奇心，分析有關光的干涉、衍射以及光電效應等現象的教學策略，以電子顯微鏡作為范例進行實例分析，呈現出粒子波動性在實際運用中的具體表現.本研究的價值在于，憑借理論學習與實際操作相互融合的途徑，不但能夠幫助學生深化對物理知識的領會，而且能夠塑造他們在直面繁雜科學問題時的批判性思維能力，為將來的科學研究筑牢根基.

關鍵詞：高中物理；批判性思維；波粒二象性

中圖分類號：G632"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：1008-0333（2024）36-0081-03

收稿日期：2024-09-25

作者簡介：翟耀東（1977.2—），男，江蘇省興化人，本科，中學一級教師，從事高中物理教學研究.

在如今信息化與全球化時代背景下，批判性思維能力已然成為學生所必備的關鍵素養之一.高中物理教學不但要傳授基礎知識，還應當培育學生獨立思考及科學分析的能力.粒子的波動性作為現代物理的核心觀念，對傳統思維模式構成了挑戰，適合探討批判性思維的培養［1］.

1 批判性思維能力的內涵與重要性

1.1 批判性思維的定義

批判性思維是一種積極主動且具有反思特質的思維流程，旨在針對信息展開分析、評定以及判別.這種思維模式著重于獨立思考，期望個體不只是接納外界所傳遞的信息，還應對其合理性與真實性予以質疑.批判性思維具有積極思考、自主解析的屬性，激勵學生從多個視角去探究問題，構建出屬于個人的觀點.例如，在學習牛頓運動定律時，學生應當自覺去思考摩擦力存在與否，還有對于物體運動狀態所產生的影響，不能只是一味地接受教材中給出的定義和結論.

1.2 高中物理教學中培養批判性思維的必要性

在高中物理教學中，培養學生批判性思維的重要性不言而喻.物理學作為一門基礎自然科學，其核心要點在于對自然現象的領會與解釋，這就要求學生擁有較強的邏輯思維能力以及分析能力.批判性思維有利于學生針對物理概念和規律展開深度分析，提高學習成效.例如，在學習光的折射定律時，學生能夠借助批判性思維去分析不同介質中光的傳播速度和折射角的關系，進而理解光的折射現象.另外，批判性思維的培育，還能夠強化學生的科學精神與人文素養.

2 粒子的波動性概述

2.1 粒子的波動性基本概念

粒子的波動性在量子力學中屬于關鍵概念，意味著微觀粒子在特定狀況下呈現出類似波動的特質.這一現象最初由路易·維克多·德布羅意提出，他主張任何粒子均具備波動性，其波長跟粒子的動量存在關聯.這一理論打破了經典物理學針對粒子的常規認知，把粒子和波動性加以整合展現出了微觀世界的復雜特性.在德布羅意理論之中，粒子的波動性借助德布羅意波長予以解釋，表達式為 λ=h/p，這里的λ代表波長，h是普朗克常量，p為粒子的動量.粒子的波動性在眾多方面有所體現，例如，光的雙重性質屬于粒子波動性的關鍵呈現，光在部分實驗中呈現出波動性（如干涉和衍射現象），然而在另外一些實驗中則彰顯出粒子性（如光電效應）.這表明波動性和粒子性并非相互抵觸，而是在不同的實驗條件下呈現出不同的性質.與之相似，電子以及其他微觀粒子同樣表現出波動性和粒子性的雙重特點，透過量子力學的視角，波動性和粒子性不但能夠統一進行描述，而且能夠憑借普朗克常量等物理量構建起二者之間的內在關聯.

在量子物理領域，粒子的波動性不但和物理特性（如動量、能量）存在緊密關聯，還跟粒子的微觀尺度緊密聯系.相對較小的粒子（如電子），其波動性更為顯著，呈現出明顯的干涉、衍射等波動情況，而相對較大的粒子（如宏觀物體），由于自身較大的質量以及較小的波長，波動性效果變得難以察覺.借助對粒子波動性的探究，科研人員能夠更深刻地領會微觀世界中的不確定性與復雜性，從而促進量子力學以及現代物理學的進步.粒子的波動性與經典物理中的粒子理念差異巨大，突出了微觀粒子在某些情形下既是粒子，又具備波動性，這給物理學的發展引入了全新的視角，也為物理學的教育和教學帶來了充裕的素材［2］.

2.2 粒子的波動性在現代物理中的應用

粒子的波動性在現代物理學中具備廣泛的應用場景，特別是在科學探究以及技術開拓領域.電子顯微鏡即為粒子波動性得以應用的一個案例，鑒于電子的德布羅意波長遠遠小于可見光的波長，電子顯微鏡具有很高的分辨能力，讓科學家能夠觀測到原子層級的結構.此類技術在材料科學、生物醫學等諸多領域被廣泛采用，為探究新型材料和生物分子提供了關鍵手段.

另外，慢中子衍射技術同樣彰顯出粒子波動性的應用價值，當慢中子束投射至晶體之上時，由于慢中子的波長跟晶體的原子間距近乎相等，就會產生衍射現象，進而獲取晶體的結構信息.這一技術在材料科學中具有重要意義，特別是在針對高溫超導材料、磁性材料以及生物大分子等領域的研究方面.與此同時，粒子的波動性還為我們領會和研發量子計算與量子通信等新興技術提供了理論依據.在這些技術當中，量子位的波動性以及疊加態特性是其核心原理，使量子計算機在處理某些問題時比傳統計算機效率更高.

3 高中物理教學中批判性思維的培養策略

3.1 理論學習中的批判性思維培養

在高中物理理論學習進程中，教師通過引導學生探究光的波粒二象性，激活他們的好奇心理以及思維能力.在此過程中，教師起初需要講清楚光既是波動又是粒子的基礎理念，借助介紹光的干涉、衍射以及光電效應等現象，幫助學生領會光的這種雙重特性.教師可設定一些開放性問題，如光的波粒二象性是怎樣在實驗當中得以證明的？促使學生展開思考并進行討論［3］.

以電子顯微鏡的原理作為示例，運用現代科技能夠呈現粒子波動性在實際中的表現.在實驗室當中，教師可以組織學生開展一個簡易的模擬實驗，讓他們知道電子顯微鏡是怎樣借助電子的波動性來獲取高分辨率圖像的.教師通過PPT來呈現電子顯微鏡的工作原理，著重強調電子束的波長遠比可見光短，因而能夠給予更高的分辨率.隨后，教師引領學生構想一個實驗情境，假定學生在實驗室里觀察一塊納米材料的結構，他們首先需要把電子加速，令其動量增大進而降低德布羅意波長.接著，電子束會被集中投射至樣品的表面，此時學生能夠觀測到散射電子的出現，進一步分析這些散射電子所承載的信息是怎樣體現樣品微觀構造的.借助這樣的方式，學生不僅能夠明白電子顯微鏡的工作原理，而且還能夠親自動手操作，提升自身的批判性思維能力.在展開討論環節中，教師拋出問題：為何選用電子而非光子來展開觀察？以此推動學生深入思考粒子波動性在各種不同實驗條件下的呈現情況.3.2 實驗教學中的批判性思維培養

在高中物理實驗教學當中，教師通過激勵學生去設計具有創新性的實驗，能夠引領他們從多個角度去思考問題.通過改變粒子的種類、能量以及實驗的條件，學生能夠觀測到波動性呈現出的差別.另外，教師應當鼓勵學生運用當代科技手段，如傳感器技術以及數據分析軟件，以此來增強實驗的精度與可靠性.在這個過程中，學生能夠設計多變量的實驗，探究溫度、壓力等要素對粒子波動性的影響［4］.

例如，在一回形針對電子衍射現象的實驗中，教師能夠組織學生以小組形式進行實驗設計.學生會確定實驗目標，觀測不同能量電子束的衍射圖樣.每個小組能夠運用具有不同能量設定的電子束，把衍射圖案的變化予以記錄.在實驗進程中，學生需要仔細將每個實驗條件記錄下來，涵蓋電子束的能量、實驗環境的溫度與壓力等.實驗結束后，學生會獲取一連串的衍射圖案，在對實驗結果展開分析時，教師引領他們去對比實際圖案和理論預測存在的差別，推動學生思考可能導致偏差的原因，如電子束能量的不平穩、設備精度的欠缺等.借助深入的分析，學生不但提升了實驗數據的理解水平，而且在探尋問題解決辦法的過程當中錘煉了批判性思維.

3.3 課堂討論與合作學習中的批判性思維培養

課堂討論與小組合作學習是培育學生批判性思維的重要方式，通過引導學生對粒子的波動性加以探討，教師能夠有效激發學生的質疑精神.教師可以給出一些引人深思且富有爭議性的問題，例如“粒子的波動性是否意味著粒子不再具有確定性？”“波粒二象性是否適用于所有的微觀粒子？”此類問題會促使學生在討論中表達各不相同的觀點，推動深入的思考和論辯，進而提升他們的批判性思維.在這樣的討論中，學生不僅要思考自身的立場，還要用心傾聽以及分析其他同學的看法.通過辯論，學生們能夠更加深入地探究粒子的波動性和確定性之間的關聯，明確兩者的相互作用與影響.

關于電子衍射實驗究竟有沒有切實地證明粒子具有波動性的問題，教師不妨把班級劃分成若干小組，讓每組從不同維度去探究這一實驗.起初，學生們需要查閱跟電子衍射實驗有關的文獻資料，吃透實驗的基本原理與設計思路.接著，各個小組分析實驗的開展流程、設備的選用、實驗參數的設定以及數據收集的辦法.小組討論時，學生或許會持有不一樣的觀點，比如，有的學生或許覺得電子衍射實驗毫無疑問地證實了波動性，然而另一些學生也許會對實驗里變量控制不充分、設備精度欠佳等問題提出疑問，覺得這些會對實驗結果的可信度帶來影響.在對實驗結果展開分析時，學生會聯系實驗條件和理論預測，研究實驗數據跟理論模型存在的差別，并由此給出改進建議.在小組研究結束后，各個小組分享自身的研究成果與見解.借助這種合作學習的形式，學生們不但學會了怎樣開展科學實驗，而且提升了自身的溝通能力與團隊合作精神.在針對電子衍射實驗的研究過程中，學生們彼此交流實驗結果，探討各種不同的分析方式，甚至模擬實驗過程來驗證自己的假設.

4 結束語

文章圍繞粒子波動性這一主題，深入研討了批判性思維的培育策略.經過對光的波粒二象性、歷史背景以及電子顯微鏡的實際運用加以分析，指出理論學習和實驗探究相融合對于提升學生思維能力的關鍵意義.培育學生的批判性思維，能夠幫助他們領會物理知識，促使他們在科學研究中能夠始終秉持質疑與創新的精神.

參考文獻：

［1］

祁紅菊.指向批判性思維能力培養的高中物理教學策略：以“粒子的波動性”為例［J］.江蘇教育，2021（45）：4.

［2］ 陳迪.高中物理教學中培養批判性思維的思考［J］.快樂閱讀（下旬刊），2012（10）：1.

［3］ 滕紹頂.高中物理教學中對學生批判性思維培養的思考［J］.試題與研究：教學論壇，2020（31）：69.

［4］ 胡娟.探討高中物理教學中如何培養學生的批判性思維［J］.高中數理化，2023（S01）：123-124.

［責任編輯：李 璟］