高中物理审辩式思维的培养策略研究

(浙江省岱山中学，浙江 舟山 316200)

“审辩式思维”一词最早由美国学者格拉泽尔于1941年提出,“在一个人的经验范围内,有意愿对问题和事物进行全方位的考虑,这种态度就是审辩式思维．”一般而言,审辩式思维具有“认知”与“气质”两个维度．在认知维度层面,包括解析、分析、评价、推论、阐析和自我调控6项核心认知技能;在气质维度层面,包含对所研究的问题进行科学而理性的认识(求真辨误)过程中用严谨而客观、公正而开放的态度．而就内涵特点而言,审辩式思维不仅仅停留于批判,更是一个审问、慎思、明辨、决断的过程结晶,是目前中国教育中较为缺乏又亟待推进的重要思维品质．

《普通高中物理课程标准》(2017版)中的高中物理学科核心素养主要由“物理观念与应用”、“科学思维与创新”、“科学探究与思维”、“科学态度与责任”等4个方面的要素构成．这四大要素与审辩式思维加以对比,可发现二者在内涵上高度吻合．而基于核心素养培养的物理学科教育,愈加注重学生在发现问题与处理问题方面的思维与能力的培养,其方式方法也主要集中在科学推理、模型建构、反思质疑、探究讨论方面．因此,培养高中学生的审辩式思维是践行高中物理课程标准的有效途径．针对审辩式思维的内涵特点,其培养策略应从“认知”与“气质”两维度进行探讨,培养应建立在“开放性、探究性”的课堂基础上．

1 创设真实问题情境并制造认知冲突,引导学生恰当使用证据,从多个视角审视检验结论

学生的学习不是由教师向学生的知识传递,而是学生自己主动建构知识的过程．这种建构不可能由他人代替,合作学习者之间不同观点的对立、碰撞、会引发学习者的认知冲突．高中生思维比较敏感,其活跃度指数也很高,教师要给出科学的引导,从不同角度不同维度开展教学,并给出一定的思维方向提示,这对快速激活学生的审辩思维有重要的促进作用．

案例1.有人描述了这样一个情境:“早年,一名飞行员驾着飞机在空中水平匀速飞行,飞机座舱的上部是开放的,空中经常出现地面射出的流弹,有一次,飞行员感觉脸上有一只虫子在浮动,抓过来一看,竟是一颗步枪子弹!” 从物理原理上看,你认为这种情境可能发生吗?请说出你的结论,并根据子弹和飞行员的相对运动关系论述你的结论．

观点1:不可能发生．上述情境最有可能发生的条件是子弹和飞行员的水平速度相等,在水平方向上子弹和飞行员不会产生相对运动．但即便如此,在竖直方向上,子弹相对飞行员还在做竖直上抛运动．设子弹飞行到最高点时恰好接触飞行员的脸,此后子弹相对飞行员做自由落体运动,设子弹触脸下落10 cm被飞行员抓住,根据自由落体运动的位移公式,解得t=0.14 s,要在这么短的时间内完成动作,几乎超出了人的反应时间的极限,这在飞行员驾驶飞机时是不可能做到的．

观点2:可能发生．水平方向: 若子弹和飞行员的水平速度相等,在水平方向上子弹和飞行员不会产生相对运动．竖直方向: 子弹相对飞行员在做竖直上抛运动．设子弹在脸上浮动时还在继续向上运动,其上升30 cm后到达最高点再下落30 cm到脸部,这段时间飞行员都有可能抓住子弹,可以计算子弹上升和下落30 cm所经历的时间一共是0.5 s,飞行员完全可以在这0.5 s 时间内做出反应,抓住子弹．

观点3:不可能发生．当子弹飞行的水平速度跟飞机速度相等时似乎可以实现题中情境,但实际上是不可能的．因为子弹水平速度若跟飞机速度相等,则子弹相对飞机做竖直上抛运动,也就是说,坐在飞机上的人观察子弹的运动方向是竖直向上的,子弹要到达飞行员脸部,在路径上需要穿越飞机的座舱,这是不可能的．

以上3种不同的观点形成碰撞,体现了结论的开放性,不仅可体现审辩性思维中的核心认知能力,更能展示对所研究的问题持开放态度的思维气质．

2 开设独立的物理选修课程,引导学生关注原理与应用，还原历史，展现科学家思维质疑过程

新一轮课程改革强调广大教师是课改的主人,是课程的参与者、建构者和促进者,这就要求教师要有强烈的物理课程资源意识去努力开发,积极利用．对此,我们可以结合生活情境与自身便利条件,开发如《生活中的物理问题》、《体育运动中的力学原理》、《力学史话》、《邮票中的物理学史》、《海洋物理》、《物理建模》、《趣味物理实验》、《思维的智慧与启发》、《揭秘物理学家思维》等课程．通过学科核心内容的开发拓展来显示物理原理与结论的逻辑推理过程,揭示历史上物理学的重大发现都是由高层次的质疑行为所引发的,这样可培养学生的思维能力与思维品质,有效促进学生物理学科素养的提高．

3 充分利用失败实验资源,培养学生实事求是的科学探究精神

物理学是以实验为基础的一门学科,实验教学中往往由于主客观的因素,造成实验的失败,达不到预期的效果．在新课程的背景下,失败的实验往往也是一种非常难得的生成性资源,这种资源若能加以科学地开发与利用,其效果往往与成功的实验相同,甚至是成功的实验所达不到的．针对实验中出现的一些不同现象,应通过合理的反思与质疑,运用逻辑推理与论证、理性分析与解释的方法,引导学生分析问题,找到实验成功所需条件,使之在失败中重新扬起风帆．

图1

案例2.在分组研究静电屏蔽规律实验时,绝大多数组(图1)能发现金属筒内丝箔未张开,从而得出金属筒内部不带电的结论．但个别组发现内部丝箔也张开了,实验没有成功．

这时教师应关注学生心中的质疑,最好能把此现象抛到全体学生面前,鼓励学生交流发言,分析可能原因．事实上,教师在利用法拉第圆筒演示此原理时也往往会出现实验失败现象,但失败不可怕,最重要的是面对失败共同分析,体现实事求是的科学探究精神．

4 利用图片和史实进行教学设计，揭示物理学家逻辑推理思维过程

教科书上的结论和定律,多是科学家思维活动的结晶,是静态知识,它掩盖了知识形成与发展的生动过程,使学习者难以体验探索和发现的喜悦．尤其是物理学家们那独特的逻辑推理与论证思路、精巧的理性分析与解释的方法以及对所研究的问题进行科学而理性的认识过程中用严谨而客观、公正而开放的态度在教材中被过滤了．重新体验科学家研究问题的方法和思维过程,是培养审辩式思维教育的极好题材．

案例3.图片背景(图2):欧姆花费了10年心血发现的“欧姆定律”,是其数学推理与实验验证的结晶,物理思维的精髓在其推理过程中一览无余、堪称经典．当时的实验条件极差,没有现成测量电流的仪器,他想了种种办法,经历了多少次失败,才制成了相当精密的测量电流的电流扭秤．

导体序号及长度12 in24 in36 in410 in扭转角的百分度32634300342773423814导体序号及长度518 in634 in766 in8130 in扭转角的百分度190341341483144812

图2

为更好地培养学生的审辩式思维,我们在此片段教学中可以这样设计.

(2) 按照他的思维思路,进行猜想.

(3) 现场实验，读取数据，数据处理(利用数字实验装置)验证(图3).

通过上述几个环节,不仅能让学生领悟到科学家严谨而充满智慧的认知思维能力,同时也能培养学生对所研究的问题不迷权威、进行科学而理性、公正态度的思维气质．

综上所述,在高中物理教学中审辩式思维培养的实践操作是多样的．另须注意的是,思维训练应该注意“语文”、“数学”、“逻辑学”和“哲学”等相应学科的支撑与渗透,这是由于包括物理学科在内的学科教学活动的具体实施中师生的语言表述对教学成效的影响极为重要，包括物理学科在内的自然科学问题的定量分析中数学的手段运用对问题解决的成败极为关键;另一方面还由于在物理问题的解决过程中,尽管相应的问题结论通常只涉及物理学科,但获得结论的方法以及获得方法的途径等则将必然分别涉及逻辑学与哲学．