在物理概念构建中提升批判性思维意识＊

蒋 鸣

（南京航空航天大学附属高级中学，江苏 南京 210007）

1 引言

“高中物理旨在进一步提高学生的科学素养”.［1］科学素养的核心是科学精神，质疑和批判则是科学精神的精髓，主要表现为批判性思维.批判性思维是创造型思维的必备条件.当代西方教育将批判性思维能力作为个人成长与教育的核心目标，认为只有具备创造型思维的强者，才能推动人类文明的进程.

“当下高中教学在相当大程度上偏离了合理的教学价值与目的，将教学演绎成教师简单的灌输、知识的反复强化、能力的不断被操练.这种学习以分数为目的，以训练、测试为手段，漠视教学本身的价值存在”.［2］这种“功利性学习”导致多数学生缺乏问题意识、质疑习惯和批判精神，对思维品质的优化发展形成障碍.

物理学的重大发现大多是建立在批判性思维基础上的，物理思维具有高度的批判性.“学源于思、思源于疑”，质疑是物理概念构建过程中最基本的思维模式，也是批判性思维最重要的成份.因此，在物理概念教学中，有意识地培养学生的质疑意识和习惯，是促进学生批判性思维发展的重要途径之一.

2 前概念对新概念构建的干扰

建构主义理论认为，“学习是建构心理表征的过程，学习者并不是把知识从外界搬到记忆中，而是以原有的经验为基础，通过与外界的相互作用来建构新的理解”.《列子·汤问篇》中“两小儿辨日”的故事，很好地诠释了上述理论.在接受感觉印象时人脑绝非一块“白板”，学习物理概念之前，学生已从生活中积累了不少与该概念相关的感性认识，并由此形成了一幅被前科学概念、自身经验及情感所主导的物理图景，有一些观念、概念可能是片面甚至错误的，会对正确构建新概念形成干扰.

构建物理概念过程中的主要思维障碍有：感性认识不足、思维方法不当、思维定势影响、相关概念干扰.［3］相关概念干扰是指前概念（又称前科学概念或前科学理论）对新概念的构建形成干扰，如果缺乏对前概念的反思与质疑，就不能完全排除其干扰，导致学生对新概念的理解偏差或困难.例如，受前概念“力”的干扰，学生会认为“惯性是一种力的作用”；还有相似前概念也会对新概念的理解产生障碍，如“路程与位移”、“速度与加速度”等.排除这种干扰的途径是对前认知进行反思与质疑.批判性思维是一种反思性思维，在排除前概念干扰、认识物理本质时有不可替代的作用.

3 在物理概念构建中培养学生批判性思维的基本策略

能否排除前概念对构建新概念的干扰，直接决定学习效果.教师应发挥“助学者”的作用，在帮助学生建立新感性认识过程中，还必须引导学生积极参与对前认知的反思与质疑过程.如果不督促学生参与思维活动，教师的表述再清晰，对学生来说，生活经验与科学概念、感性材料与理性认识仍处于分离状态，无法对新概念形成完整的正确认识.即使将物理概念的定义背得滚瓜烂熟，也不能完全理解概念的本质.对一些相似前概念的内涵和外延，也只有在深入辨析后才能正确理解.在物理概念教学中，应以培养学生的质疑习惯、树立批判意识为重要目标，促进学生批判性思维的发展.

3.1 质疑生活中的感性经验

学生会在生活实践中积累许多与物理有关的感性经验，对一些事物的物理属性形成一定的认识，但是，有些经验可能是片面或错误的.例如，“只有浮在水面的物体才受到浮力，沉入水中的物体不受浮力”；“重的物体应该比轻的物体下落得快”；“摩擦力一定是阻碍物体运动的”；“物体只有受力才会运动”等.

案例1.构建“惯性”概念.

问题：研究“惯性”时，学生会认为“惯性是一种力”，还会认为“物体的速度越大惯性就越大”，不能正确理解“惯性是物体本身的一种属性”.

分析：缺乏对前概念“力”的质疑，没有排除“力”在构建“惯性”概念时的干扰.不能理解“动者恒动（刹车后还滑动）、静者恒静（重型机械有很重的底座）”的意义.

解决：（1）实验与讨论.实验提供感性材料，讨论“运动物体在不受任何外力作用时，运动状态是否改变”？（2）排除前概念干扰.体验“没有力就不能改变运动状态”，质疑“物体只有受力才会运动”.（3）形成新认识.对大量客观认识进行概括，初步形成对运动的新认识：“力不是形成运动的原因”、“运动是物体的本质属性”.（4）构建新概念.先理解“惯性”是为了描述“运动是物体的本质属性”而引入的新概念，进一步理解“惯性不仅与力无关、也与运动状态无关”.

3.2 反思相似前概念

在物理学体系中，各种概念之间既有相互联系又有区别，学生时常不能区别一些相似的前概念，对新概念构建形成干扰，如“速度与加速度”、“干涉与衍射”、“热量与内能”等.究其原因是缺乏对前概念的反思，而直接在新情境中运用.这是一种思维定势，习惯用旧思维去面对新问题，缺少积极主动质疑习惯和批判意识.

分析：学生刚建立“速度”的概念，尚缺乏深入理解与广泛运用.研究“加速度”时，学生认为问题的核心是“变化快慢”且又是“与运动有关”，就很容易不假思索地试图用“速度”去解释“加速度”问题.这是学生对相似前概念缺乏反思的典型表现.

解决：（1）回顾与反思.思考“速度的概念描述什么问题”；“如何用数学方法表达事物变化的快慢”.（2）体验与讨论.用真实的感性材料使学生体会“速度的变化也有快慢”，讨论“如何描述速度变化的快慢”.（3）排除相似前概念干扰.分析“速度与加速度”的同异，理解两者的共同属性是“描述事物变化的快慢”，并无直接联系，使学生认识到“加速度不能描述运动的快慢”.（4）深度思考.“加速度与速度变化的关系”.可用下列观点辨析加深对“加速度”的理解.

（A）加速度增大，速度一定增大.

（B）速度变化量Δv越大，加速度就越大.

（C）物体有加速度，速度就增加.

（D）物体速度很大，加速度可能为0.

3.3 辨析物理概念的内涵和外延

案例3.对“重力”的再认识.

问题：限于教学要求，教材只给出一个比较模糊的概念：“重力是由于地球的吸引而产生的力”.这种概念呈现方式使不少学生心存疑虑：“重力到底是什么力”、“为什么要强调重力不是地球的吸引力”？

分析：考虑到中学生的认知水平和对中学物理知识基础性的要求，人教版教材对“重力”的表述采用了一种简约的语言，在学习“万有引力”时也没有对“重力”作出清楚的表述，这是造成疑惑的客观因素.大多数学生缺乏对“重力”内涵的深入思考，这是造成疑惑的主观因素.学生对“重力”的认识始终比较模糊，这恰好是培养学生批判性思维的良好契机，教师可以结合“万有引力”的学习，通过辨析“重力”的内涵和外延，引导学生重新认识“重力”.

图1

解决：（1）问题引导.“什么是重力”、“何时可以认为物体的重力等于地球对物体的引力”？用问题引导促使学生有进一步探究重力的愿望.（2）深度探究.万有引力与重力的关系如图1所示，设地球半径为R，质量为m的物体放在A处，F为物体所受地球的吸引力，方向指向地心O，F1为物体随地球自转做圆周运动的向心力，F2就是物体的重力mg.可见，重力为地球引力的分力，不能说重力就是引力”.进一步探究重力和万有引力间大小关系，可以解释不考虑地球自转或粗略估算时，可以认为物体的重力等于地球对物体的引力.（3）概念辨析.用下列问题辨析，引导学生重新认识“重力”.

（A）重力就是地球的万有引力.

（B）重力是由于地球的吸引而使物体受到的力.

（C）重力就是地球的万有引力的一个分力.

（D）重力是随地球一起转动的物体所受的指向地心的引力.

1 教育部.物理课程标准［S］.北京：人民教育出版社，2003：1.

2 陈杰.高中教学：求生在“人民满意”与突围应试之间［J］.上海教育科研，2013（6）：61.

3 田世昆，胡卫平.物理思维论［M］.南宁：广西教育出版社，1996：202－206.

4 梁树森.物理学习论［M］.南宁：广西教育出版社，1996：145.