在理论力学中培养批判性思维能力的改革实践

宋少云

(武汉轻工大学 机械工程学院，武汉 430023)

在理论力学中培养批判性思维能力的改革实践

宋少云

(武汉轻工大学 机械工程学院，武汉 430023)

阐述在理论力学中进行批判性思维教学的方法。主要阐明了三种教学方法：使用四步法改造教案以强化批判性思维过程；设置疑难情境以揭示隐含假设；通过小组合作以阐明合理结论的形成过程。通过使用上述三种方法，既激发了学生学习理论力学的积极性，又提高了他们的批判性思维能力。

理论力学；教学改革；批判性思维

1 引言

批判性思维是面对相信什么或者做什么而做合理决定的思维能力[1]。这种思维能力首先在美国等一些西方国家得到广泛关注。1998年，在巴黎召开的世界高等教育大会上，联合国教科文组织将批判性思维确立为未来高等教育的核心目标之一[2]。如今，在英、德、法、加、澳等四十多个国家，都已经将批判性思维纳入教学目标，并把批判性思维作为每个大学生的必修课。

在我国，批判性思维研究起步较晚，批判性思维教育才刚刚开始。自上世纪90年代开始，逻辑教师们就在试图用批判性思维的内容来改革公认脱离实际的逻辑课程。许多教师也在英语[3]、语文[4]、会计学[5]、医学[6]、物理[7]等学科的大学教育中使用了批判性思维方式教学，并取得了一些成果。但是在力学领域，却很少见到相关的研究与报道。

笔者在近些年的教学中，先后承担了《理论力学》和《批判性思维》两门课的课堂教学工作。笔者发现，将批判性思维引入到理论力学教学中，具有很好的效果，它既提高了学生学习理论力学的积极性，又锻炼了学生的批判性思维能力。本文将阐述笔者在近几年这种融合教育中所采用的方法，以与各位同仁探讨。

2 基于批判性思维过程改造理论力学教案

要将批判性思维贯穿于理论力学教学始终，最基本的方法是将其渗透到每一个教学任务中，以及每一个教学环节中。具体来说，就是对于每一章，每一节，均遵循“提出问题-经过推理-得到结论-说明结论的意义”这样的四个基本过程。

“问题是什么？”这是批判性思维的起点。例如，在平面任意力系的平衡中，我们所提出的问题就是“一个处于平面任意力系平衡的物体，当已知主动力时，要求某些约束力是多少？”这就是该章中所提出的基本问题。

“结论是什么？”这是批判性思维所围绕的核心。每一门学科都是由若干重要结论构成的。对于上述问题，其结论就是“平面一般力系平衡的充要条件是这些力满足三个独立的平衡方程”。

“理由是什么？”这是批判性思维的最主要任务。它要解决的任务是，结论是如何得到的？对于前面的问题，根据理由推出结论的过程如下：首先在面内任选一个点，然后使用力的平移定理，将单个力平移到该点，并附加力偶，最终在该点形成汇交力系和力偶系，而汇交力系被一个力所取代，力偶系被一个力偶所取代。而平衡就是该力为零，该力偶的力偶矩为零，从而推出了三个独立的平衡方程。显然，该过程涉及到一系列先后相继的严密的演绎推理，而严密的逻辑推理正是理论力学的核心特征。通过这种严格的推理，让学生明白理论力学中任何一个结论的得出都是建立在一系列公理、定理的基础之上的，从而让他们对得到的结论产生强烈的自信心。当学生发现，老师所得到的每一个结论都有强有力的理由支撑时，他们会自然形成一种严密的思维习惯，不说无根据的话，不做无根据的事情，而这正是批判性思维的核心：为结论提供理由，不轻易相信没有理由的任何结论。

“结论有什么意义？”它说明了得到的结论在实践中到底有什么用处。对于理论力学而言，这就是使用结论做例题，做习题的过程。显然，这一点在理论力学中具有至关重要的地位，使用结论解决实际问题，会占据课堂教学的绝大部分时间。

基于上述四个基本问题对理论力学教材进行改造，从而形成教案，并按照此教案进行授课，这种反复的训练会对学生造成潜移默化的影响，而学会解决问题的一般方法。

3 设置疑难情境以揭示隐含假设

所谓隐含假设，是思考者认为是正确的而没有直接说明的结论。通常，一个结论如果出错，并不是因为作者所给出的明显的理由有问题，而是那些隐藏的假设出错。在批判性思维中，要把思维引向深入，需要层层揭示隐含假设，这是培养学生进行深入思考的重要方法。

举一个例子。当讲解加速度合成定理时，教师最初并不做严格的推导，只是简单的说，根据速度合成定理求导数就可以得到加速度合成定理，然后用一系列例题来阐明该定理的使用。但是在讲解这些例题时，教师开始故意只使用牵连运动是平移的例子。在列举几个例子后，教师假装很随意地引入图1所示的机构。并提出“已知O1A杆匀速转动，要求O2A杆的角加速度是多少？”并要求学生用加速度合成定理解决。

图1 摆动导杆机构

学生会自然使用牵连运动为平移时的加速度合成定理进行求解。在经过复杂的逻辑推演后，他们会得到各种解答(但是基本不会得到加速度为零的答案)，此时教师提示，实际上该问题的答案一眼就可以看出来，无须大家做的那么麻烦。其方法如下：由于O1O2A是等腰三角形，从而∠BO1A=2∠O1O2A,这样，O2A的角速度始终是O1A的角速度的二分之一。由于O1A是匀速转动，所以O2A也是匀速转动，从而O2A的角加速度是零。

当老师进行这种简单的推理后，学生们立即炸开了锅，他们糊涂了，不知道问题到底发生在哪里。即便经过最激烈的争论和最苛刻的挑错，他们也不会意识到，实际上他们相信了一个错误的前提：牵连运动为平移时的加速度合成定理具有普适性。这个定理对他们来说，自然是正确的，是不需要怀疑的。当学生都走入穷途末路时，老师郑重提出，他们所坚信的加速度合成定理是错误的！然后再详细说明其原因。这会对学生造成深刻的印象，让他们从此对自己坚信的理论也开始持有怀疑态度，而这正是具有批判性思维者的重要特征。

4 通过小组协作以阐明合理结论的形成

批判性思维有一个要点，就是，重要结论的得出大多需要综合多个人的观点，而非仅仅依靠一个人有限的视角得到结论。考察图2所示的例子，当轮O2上施加一个力偶后，要计算轮O1的角加速度。

图2 物系动力学问题

对于这样一个动力学问题，为了强调多人协作以得到结论这个基本观点，在上课时可以采用小组协作的方式。教师可以让一个小组(4—5名学生)一起到黑板前面演排，其中一名学生绘制所有构件的受力图；一名学生对该问题进行分析，列出所有的未知力和未知加速度；一名学生列出所有的动力学方程；一名学生列出所有的加速度关系方程；一名学生对这些解答进行检查。当这组学生回到座位后，教师接着请下面的其他同学对黑板上的解答进行检查，只要检查出其解法有问题，就给该学生加分。通过这种方式，集合很多学生的努力，最后才能得到问题的正确解答。经过几次这样的训练，会让学生意识到，对于复杂的问题，要得到正确的结论，不是凭借一个人的力量可以做到的，需要集成许多人的努力。而这正是批判性思维所要求的思考方式。

5 结语

通过各种途径提高学生的批判性思维能力，这已经成为国内外教育界的共识。笔者在理论力学教学中将批判性思维方法渗透在课堂教学的每一个环节之中，不仅加强了课堂教学效果，也在潜移默化中提高了学生的批判性思维能力。该方法可以在类似的理工科课堂教学中进行推广。

[1] 谷振诣，刘壮虎.批判性思维教程[M].北京：北京大学出版社，2013.

[2] 赵中建.21世纪世界高等教育的展望及其行动框架—98世界高等教育大会概述[J].教育发展研究，1998(12)：1-8.

[3] 林敏霞.高校英语阅读教学中的批判性思维培养研究[J].高职英语教学，2015(20)：31-33.

[4] 叶云.国际教育背景下语文课堂教学批判性思维的培养[J].现代教育科学，2013(10)：48,118.

[5] 杜鸣.大学会计专业教学中批判性思维教学法的运用[J].陕西教育(高教)，2014(12)：42，48.

[6] 于德娥，杨建军.预防医学教改对学生批判性思维培养的探讨[J].教育教学论坛，2015(43)：119-110.

[7] 包景东.在大学物理教学中引入批判性思维[J].大学物理，2015，34(7)：1-5.

Reform practice of critical thinking ability training in teaching of theoretical mechanics

SongShaoyun

(School of mechanical Engineering,Wuhan Polytechnic University, Wuhan, 430023)

Critical thinking education method in theoretical mechanics is discussed.Three education methods are discussed:four-steps method is adopted to prepare lesson plans to strengthen critical thinking process,problematic situation is introduced to reveal implicit assumption,and collaborative learning is used to clarify the forming process of reasonable conclusion.With these methods adopted, the enthusiasm of learning theoretical mechanics of students is activated,and the critical thinking ability of them is enhanced.

theoretical mechanics, teaching reform, critical thinking.

2017-01-10.

宋少云，男，教授，博士，E-mail：songshaoyun@whpu.edu.cn .

2095-7386(2017)01-0107-03

10.3969/j.issn.2095-7386.2017.01.023

G 642

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