埋設思辨過程主線有效開展批判性思維教學*

【摘 要】“楞次定律”是高中物理教學的難點。教師可以運用“素養導向的批判性思維教學模型”改進教學設計，以實驗情境演進創設教學明線，以學生思辨過程埋設教學暗線，培養學生的批判性思維。

【關鍵詞】高中物理；批判性思維；核心素養；楞次定律；“四主”教學模式

【中圖分類號】G633.7 【文獻標志碼】A 【文章編號】1005-6009（2024）43-0019-04

【作者簡介】曹會，江蘇省蘇州市教育科學研究院（江蘇蘇州，215004）教研員，正高級教師，江蘇省物理特級教師，“蘇教名家”培養工程培養對象，教育部“雙名工程”培養對象。

一、問題的提出

所謂“批判性思維”是指發現某種事物、現象和主張的問題所在，同時根據自身的思考，提出主張。1990年，保爾在他的《批判性思維指南》中歸納了批判性思維教學的三個原理：第一，通過各門學科的教學培育批判性思維；第二，重視對話性思維；第三，引出包含了情意側面的批判性思維方略。

傳統物理教學過于重視知識傳授與習題訓練，忽視學科教學過程中批判性思維品質的培育，這種教學方式無法使學生在學科學習中形成正確價值觀念、必備品格和關鍵能力，更不利于創新人才的培養。

如何在物理課堂教學中培育學生的批判性思維能力，發展物理核心素養？筆者結合課堂教學的多年實踐和研究，借鑒汪明老師構建的“素養導向的批判性思維教學模型”［1］（如圖1），實踐以“核心素養為主旨，學生為主體，教師為主導，情境演進為主線”為核心框架的“四主”教學范式［2］，針對人教版高中物理選擇性必修二“楞次定律”一課，進行了課堂實踐和專題研討。

二、案例呈現及評估

1.“來拒去留”實驗——感知、質疑——引發興趣、聚焦問題

師：磁鐵可以吸引鐵，磁鐵可以吸引鋁嗎？

演示實驗1：磁鐵遠離閉合鋁環時鋁環被吸引過來，靠近閉合鋁環時鋁環被推開（如圖2）。

【環節評估】真實的趣味實驗促使學生直觀感知電磁感應中“來拒去留”的現象，與其“磁鐵不會吸引鋁”的原有認知發生沖突。通過對比實驗的直觀現象，綜合已有的運動和相互作用觀念，學生聯想到感應電流這一重要角色，教師因勢明確本節課的關鍵問題。

人類的問題解決行動的起源是好奇心、疑問、困惑、迷惘、不知所措的事態和體驗。［3］創設真實問題情境，激發學生學習興趣，聯系已有經驗，發現認知沖突，創設良好的批判性思維的課堂氣氛，營造良好的教育環境，為培養學生批判性思維能力和精神奠基。

2.“插拔實驗”——猜想、假設——尋求解釋、建立方案

師：為了便于觀察電流方向，我們把閉合鋁環換為螺線管，并接入電流計，老師實驗，同學們注意觀察和思考，感應電流的方向可能和哪些因素有關。

演示實驗2：N極插入拔出，S極插入拔出，電流計指針偏轉方向交替變化（如圖3）。

【環節評估】進一步優化實驗模型，用線圈代替鋁環，通過電流計顯化感應電流方向。學生關于感應電流方向的影響因素的生活直接經驗較為貧乏，而且涉及的因素較多，教學中增設實驗觀察環節，給科學猜想提供經驗事實，同時為學生分組實驗的操作提供示范是非常有必要的。

猜想與假設是對所研究的問題根據已知事實和科學知識的一種猜測性陳述，對問題中事物的因果性、規律性的假定性解釋，是科學探究進程中的重要環節，也是批判性思維的重要組成部分。

3.“分組實驗”——歸納、推理——合作探究、發現規律

分組實驗1：通過試觸法判斷電流流向與指針偏轉方向之間的關系，通過實驗判斷出“左進左偏，右進右偏”的規律（如圖4）。

分組實驗2：利用圖3所示實驗裝置，弄清線圈繞向后（可采用繞向清晰的自制線圈），學生分組完成表格所示四個實驗并記錄數據（見表1）。

師：根據表1數據，結合我們的猜想，能總結出感應電流的方向與磁通量的變化、磁體磁場方向之間的關系嗎？是否存在潛在的規律？

生（納悶良久）：好像看不出什么規律。

師：看樣子這個規律隱藏得較深，僅由表1數據很難發現。我們知道電流和磁體之間的相互作用是通過各自產生的磁場發生的，我們是不是可以把感應電流產生的磁場也請出來，在表1中進一步列出感應電流磁場方向這個物理量，再找找看。

生：線圈內磁通量增加時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相反；線圈內磁通量減少時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相同。

師：大家很了不起，1834年俄國物理學家楞次通過大量的實驗事實總結出了這個規律，后人把其表述為，感應電流具有這樣的方向，即感應電流產生的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化。

【環節評估】通過控制變量法分設四組分組實驗，通過表格梳理實驗現象進行比較歸納，這往往是規律教學中規律獲得的重要方式。然而楞次定律的抽象性和概括性很強，學生很難獨立對其進行歸納和總結，需要教師引導學生請出“中介量”——感應電流的磁場方向，從而降低思維難度，培養創造性思維能力。教師順勢整合利用物理學史教學資源，促使學生樹立正確的科學態度與責任，養成全面的物理核心素養。

定律是對客觀事實的一種表達形式，是通過大量具體的客觀事實歸納而成的結論。教師可以讓學生通過分組實驗的形式進行合作探究，探究中注意時間要充足、對話要充分、師生角色扮演要恰如其分。這一過程中學生的動手能力能得到極大的鍛煉，發散思維能得到充分的發揮，創造性思維也會得到適時的挖潛，也為批判性思維中作出主張提供實證依據。

4.“解讀應用”——內化、判斷——提煉升華、形成圖示

師：為了進一步理解楞次定律的具體內涵，請各位同學思考后回答以下幾個問題，誰阻礙？阻礙誰？如何阻礙？阻礙就是阻止嗎？

生：“感應電流的磁場”阻礙“引起感應電流的磁通量的變化”；當磁通量增加時反向，磁通量減少時同向（簡稱“增反減同”）；阻礙只是延緩原磁場的磁通量的變化，不是阻止。

師：根據大家的理解，我們可以把這里的因果關系進行梳理（見圖5）。

師：請你利用楞次定律判斷“來拒去留”實驗中感應電流的方向，并解釋形成“來拒去留”的原因。

生：磁鐵S極靠近時，原磁場方向垂直環面向外，磁通量增加，根據“增反減同”原理，會產生垂直環面向里的磁場，再根據右手螺旋定則判斷，會產生順時針方向的感應電流，因原磁場與感應磁場方向相反所以互相排斥。同理可判斷，磁鐵S極遠離時，會產生逆時針方向的感應電流，因原磁場與感應磁場方向相同所以互相吸引。

師：判斷和解釋得很好，我們可以把邏輯分析的過程進行梳理（見圖6）。

圖6 楞次定律判斷感應電流方向流程圖

【環節評估】楞次定律的表述極其簡潔，經歷了高度概括和抽象的過程。要使新的規律在短時間內內化到學生已有認知結構中去，可以采取問題鏈的方式驅動學生思維反芻，使其在反思過程中理清規律的內在邏輯關系。回歸課堂引入實驗，學生運用規律解釋起始疑問，在教學設計上形成首尾呼應，同時實現了規律的簡單應用，并進一步總結出楞次定律解決實際問題的一般路徑。

探究教學已不再簡單地強調學生的探究體驗，而是更加注重學生認知結構和圖示的建立，注重審思自身的批判性思維過程。

5.“落磁實驗”——遷移、判斷——拓展提升、挖掘本質

師：我給大家再做一個實驗，把鋁環換為鋁管和塑料管，把條形磁鐵換為兩塊磁性較強的釹磁鐵，請觀察兩塊磁鐵下落的快慢，用今天學過的規律進行解釋。

演示實驗：磁鐵在鋁管中下落時間明顯較長。

生：磁鐵在鋁管中下落，鋁管中產生感應電流，將鋁管看作由若干個鋁環組成，產生了“來拒去留”現象，豎直方向始終受到向上的電磁阻力，因此下落得較慢，而塑料管不會發生電磁感應現象，豎直方向可以看作自由落體運動，下落得較快。

師：能否從能量守恒的角度對此實驗現象進行解釋呢？

生：磁鐵在鋁管中下落時，克服電磁阻力做功，速度較慢，鋁管中的感應電流的電能最終變為內能，磁鐵的一部分機械能先轉化為電能最終轉化為鋁管的內能，總的能量守恒。

師：是的，楞次定律本質上是能量守恒定律的具體體現，通過磁鐵和導體之間的相互作用力做功實現了能量轉化，因此“楞次定律”中的阻礙過程，實質上就是能量轉化的過程。

【環節評估】金屬管是線圈的異化模型，利用楞次定律處理如此較為復雜的真實問題情境，有利于學生遷移能力和創造性思維能力的培養。針對電磁感應中“阻礙”模型的思考，角度從動力學轉換為能量守恒，有利于挖掘楞次定律現象中蘊藏的科學本質，建構學生的能量觀。

通過遷移應用，學生在新情境中運用新知，從而鞏固和深度理解知識，變換問題視角悟出新知，實現認知不斷進階。遷移應用和問題解決均要求學生在新的問題情境中運用所學知識界定問題、分析問題、提出假設、行動反思，而這恰恰蘊含著批判性思維的基本過程。［4］

素養導向下批判性思維教學模型的運用，有利于學生核心素養的發展，有利于創新型人才的培養。這種教學模型的運用，要以論題為中心、以思辨為主線、以對話和討論為主要教學方式，變課堂為“反思場”，促使學生各自思考交互作用、調節與修正，從而促進批判性思維認知技能的培養。這種教學模型強調真切情境的體驗，真摯情感的投入，真實問題的解決，真正探究的實踐，從而培養學生積極的批判性思維情感特質。

【參考文獻】

［1］汪明.物理核心素養導向下的批判性思維教學模型構建［J］.江蘇教育，2022（45）：7-11.

［2］曹會，郁建石.指向核心素養的“四主”教學模式的構建與實踐研究［J］.中學物理教學參考，2019，48（21）：1-4.

［3］鐘啟泉.批判性思維：概念界定與教學方略［J］.全球教育展望，2020，49（1）：3-16.

［4］汪明.融入批判性思維的深度學習范式建構［J］.江蘇教育研究，2019（16）：7-11.