基于批判性思维发展的创新能力培养途径

田成良 刘富振 张莉芳

摘 要：新时代对人才的培养提出新的要求，倡导面向基础教育领域传播科学的思想方法、培养学生质疑创新的科学态度，提升学生的核心素养，着力推动科技创新.探索创新能力培养的途径，引领教育创新的发展，是当今教师面临的重大课题.本文立足物理教学实践，对学生创新能力的培养做出新的尝试.

关键词：批判性思维;创新能力;实施路径

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）22-0008-04

基金项目：北京市教育科学“十三五”规划一般课题“过程教学导向下的思维发展型课堂建构”（项目编号：CDDB2020207）.

作者简介：田成良（1974-），男，山东泗水人，本科，中学高级教师，北京市特级教师，硕士生导师，研究方向：物理过程教学、物理科学方法教育、课堂教学艺术等;

刘富振（1976-），男，山東泗水人，本科，中学一级教师，研究方向，中学物理教学与研究;

张莉芳（1973-），女，山东东营人，本科，中学高级教师，研究方向：初中物理课堂教学、物理科学方法的研究与实践.

1 对创新的理解

简单地说，人们通过科学思维及科学技术手段，对原来的事物（实体的或非实体的），进行局部的或全部的改革，从而形成新的事物，这就是创新.创新就是想出新方法，建立新理论，做出新成绩.创新能力不是一种单一能力（比如智商、情商），它由一些思维能力综合而来，主要包括系统性思维能力、创造性思维能力和实践能力.

我们可以将创新分为三个层面：一是特殊创新，这种创新是前无古人的层面，新颖的、独特的、有突破性的，即首创性的事物谓之新，这种“新”只有极少数人可以企及;二是群体性创新，就是在特定群体中鲜见，同样具有“新意”.对人类社会不是新的，对社会特定的群体是新颖的、独特的，有突破性;三是自我创新，是指对人类社会或即使对某一特定的微观环境讲不是新的，但对个人来讲，相对于自己的过去是新颖的、有突破性的.笔者今天重点强调第三个层面的自我创新，不是遥不可及的重大创新，而是每个人都可以通过努力而实现的创新.

当然，谈及创新，我们要考虑其价值，毫无价值甚至有害之“新”，社会非但不倡导反而禁止.一般情况下，人们看重创新的社会价值和经济价值以及发展价值，得其一者即可，三者兼及尤佳.教育的创新，重在发展价值.

2 创新的价值

创新已经成为全社会的共识，十九大报告中将“加快建设创新型国家”纳入“建设现代化经济体系”的组成部分，并强调“创新是建设现代化经济体系的战略支撑”. 创新是引领发展的第一动力，是建设现代化经济体系的战略支撑.《国家中长期教育改革和发展纲要》明确指出要探索贯穿各级各类教育的创新人才的培养;课程标准也明确指出要培养学生的创新意识和实践能力.有的学者认为“创新能力是核心素养的核心，是核心素养宝塔尖上的明珠”.褚宏启教授提出，21世纪的创新人才要具备三种能力，即聪明脑袋（思维能力）、温暖的心（合作交流）和灵巧的手（创新能力），由此可以看到培养创新能力的重要性和紧迫性.

人类发展中的创新成果往往是进行批判性思维的结果，培养学生的创新能力有助于发展学生的批判性思维.批判性思维的核心任务就是构造和论证，论证的基本要素包含理由、推理和结论.批判性思维是获得新知识、发现真理的必经之路.

皮亚杰认为，教育的首要目标在于造就能够创新、创造、发明、发现的人，而不是简单重复前人已经做过的事情.新课改倡导深度学习，以深度学习促进素养发展，深度学习就是知识迁移的过程，有助于提高学习者解决问题并做出决策的能力.这一切都告诉我们：学习就是为了创新.

3 创新能力培养的途径

对于如何创新这个问题，张宪魁教授曾经给出建议，创新不是创造，创造是原来没有，需要从零开始;而创新是在原来的基础上进行改进和完善，要懂得学习和借鉴，创新的过程大约经历“学习、模仿、创新”三个阶段，具体过程如图1所示.

创新思维始于问题的提出，终于问题的解决.学生首先通过观察发现原来的问题，列举其中的不足，由此寻找改进的方法和策略，问题的改进策略要经得起实践的检验，才具有使用价值，最后在不断反思和改进中得以完善.在明确创新的路径后，我们面临的问题是，如何培养学生的创新能力.下面结合教学实践，进行详细阐述.

3.1 创设问题情境

创新往往来源于现实的需求或基于实际的问题.因此教师在课堂中创设情境问题非常重要，目的是让学生发现问题，找到创新的需求.我们可以通过实验、视频、图片和文字资料创设情境，教师呈现实验现象，让学生发现问题.设计高质量的驱动型、层次性问题促进学生自主学习，驱动型问题应具有挑战性、开放性和一定的难度，学生需要融合多学科的知识、技能、方法才能解决，从而更有效地培养他们的问题意识.

例如学生在学习“杠杆”时，教师利用自制大杠杆（如图2所示），让学生在其两边不同位置上，挂不同质量的书包，使杠杆平衡.从而引入探究的主题——杠杆平衡条件与哪些因素有关？然后，利用实验室器材开展实验设计，包含实验步骤和表格等，由此培养学生的创新能力.

特别是创设悖论的问题情境，能够引发学生的认知冲突，激发学生的探究欲望.所谓悖论，就是一种逻辑矛盾，是指从某一前提出发推出的两个在逻辑上自相矛盾的命题，从不同角度、利用不同方法思考时，能体现出创造性思维活动，而引发质疑.悖论的发现意味着一个重大科学问题的提出.为了消除悖论，必须以批判的态度认识原有理论的局限性，以创新的思维方式提出新的假设，建立新的理论.

3.2 给与观察机会

观察是发现问题的前提，是质疑创新的起点，也是培养创新能力的基础.重视培养学生的观察能力，引导学生学会获取知识，还要发展自身的思维能力，才能树立创新意识与探究意识.另外，观察要与思考相结合，只观察不思考，不能总结出规律，必须在反复观察大量现象的基础上，方可总结规律，否则易导致以偏概全的错误发生.但是，在课堂中很多教师没有为学生提供观察和思考的机会，如在学习“电流的磁场”时，教师通常让学生通过实验探究，分析通电螺线管的磁场（见表1），实验刚结束，即得出右手螺旋定则，让学生熟记该定则.

在上述事例中，学生通过实验可以发现“绕向不同，电池极性位置相同，电流方向相同”.但是，教师急于得出结论，没有给学生观察和思考的机会，直接给出“右手螺旋定则”.这样的结论不是从实验中得出的，而是从教材中记忆，并不利于学生创新能力的发展.

为了纠正以上问题，教师要先问自己两个问题：一是不用右手螺旋定则能否判断电流产生的磁场方向？二是若在不知道右手螺旋定则的情况下，教师能否总结出这样的规律.基于上面两个问题的追问，教师要给学生一定观察思考的机会，学生才能分析归纳出结论，例如，通过上述表格中的图片分析，学生可得：如果像甲、乙两图左侧绕法相同，N极就在电池的正极一侧;如果像丙、丁两图绕法相同，N极就在电池负极一侧.虽然此时的结论还不完善，不是右手螺旋定则，教师也应给予认可和鼓励.最后，从科学的简洁性的角度，能否将上述两条结论归纳为一条？此刻再引导学生伸出右手……，最终总结出右手螺旋定则.

3.3 加强实验探究

教师要让学生面对真实问题，通过科学探究获得证据，然后去解释和分析问题，并找到问题的答案.鼓励学生勇于表达观点，提出不同的解决问题的方案，以此培养学生的理性思维以及批判质疑、勇于探究的精神品格.在物理实验教学中，教师要紧紧抓住培养学生创新能力这个中心，通过优化设计，将演示实验、学生实验等转化为探究性实验.创新能力的培养应基于学生的主动性思考，需要锻炼学生的自主探究意识，主动思考问题、解决问题，才能够最大限度地激发学生的创造性思维.

例如在学习“换向器”时，教师一般按照图3所示的步骤进行教学，演示没有换向器的电机不能持续转动，并解释原因，然后讲解换向器的结构、工作过程和原理.上述演示实验，其目的只是让学生理解知识，学生的探究能力没有得到锻炼.我们可以对教学流程进行优化，前面的演示过程不变，教师在解释线圈不能转动的原因后，让学生猜想如何改变电流的方向，通过人工换向，到自动换向，最终发明换向器，让电动机持续转动.后面的教学思路，变演示实验为探究实验，既体现创造能力的培养，也激发学生学习的兴趣.

3.4 养成质疑态度

没有质疑，便无法提出新的问题，创设质疑情境，主要目的在于让学生们更好地发现新问题，以便创新地解决问题.教师在设计问题情境时，应该紧紧围绕探究主题，学生在层层递进的探究过程中，不仅对知识有充分的掌握和理解，还能养成质疑的习惯和态度，使创新能力得以发展.思维的创造性，主要表现为思维的独特性、新颖性和发散性.创设开放求异的思维环境，鼓励学生多角度思考和独特性思考，有利于学生摆脱思维定势，独辟蹊径地解决问题.

例如在学习“大气压”时，教师演示覆杯实验证明大气压的存在（如图4所示），但是学生有时会产生质疑：纸片是被水粘住了，不是大气压的原因.此时教师要抓住这个质疑的机会，让学生开展实验探究，解决疑惑.教师引导学生在杯子的顶部开个小孔，用胶带粘住，纸片不脱落，当把胶带拿开，露出小孔时，纸片瞬间脱落，由此可以排除纸片被水粘住的猜想.另外，也可以引导学生设计另外一个实验，将“瓶吞鸡蛋”实验装置放在真空罩内，用抽气机向外抽氣时，可以看到瓶内的鸡蛋自己向外运动，然后引导学生进行分析.这样通过质疑，引发实验探究，通过创新性的实验设计，促进学生创新能力的发展.

除了由课上的思维碰撞引发质疑外，教师也可以利用生活现象或生活问题，培养学生的质疑习惯.例如利用一些媒体的虚假广告，对学生进行质疑创新的培养.

例如，电视上有某空调的广告，称“好空调”，一天只需一度电，最低耗电仅相当于一只45W的灯泡.考虑到空调实际使用情况及估计因素，你认为其广告词体现的内容（选填“基本一致”或“完全不一致”），因此根据其中信息可以计算出一度电可以让空调运行小时.（结果保留整数）

通过对上述问题的质疑，开展激励的研讨，并结合电功率的相关知识进行计算，验证自己的猜想.不仅巩固物理知识，还体现学以致用的思想，培养质疑的习惯.

3.5 注重实践拓展

教师在立足教学实际的前提下，适当拓展教学内容，深化对学生探究能力的培养.可以运用多种途径或手段将课堂实验内容予以有效拓展，如将实验操作的难度进一步增加，或是设计新实验、对比实验等，无论选择怎样的拓展途径或实验方式，根本目的依然是让学生学会独立思考，开展自主合作下的探究学习，激活学习潜能与创新意识，形成各不相同的探究思路.教师应在给予适当指导的基础上，鼓励学生自己动手开展探究实验，探索不一样的解决路径，更深刻地理解与感悟.

例如，学生在学习“电动机”时，教师可以将课内实验与课外实验相结合，除了处理课本中常规的电动机模型外，还应注重课外探究实验的开展，让学生自制不同的电动机（如图5所示），脑洞大开，创作形状各异的电动机.让学生在制作、展示、改进的过程中，提高操作技能和创新能力，体会磁场对电流的相互作用.

再如，学习“声现象”时，进行课外拓展实验（如图6所示），让学生自制乐器，并布置以下任务.

任务一：自制简易的管乐器，如横笛、竖笛、梳琴、葫芦丝等.

任务二：自制简易的弦乐器，如吉他、提琴、琵琶、钢琴、古筝等.

任务三：自制简易的打击乐器，如鼓、镲、沙锤、串铃、水瓶琴等.

学生通过自制乐器，可以探究各种乐器的结构和原理，如管乐器、弦乐器等它们的发声原理是什么？音调、响度如何控制？用什么材料制作的乐器发出的声音更优美？通过自制乐器的过程，音乐感知力、音乐鉴赏力、音乐表现力和创造力得到提升.

3.6 善于激励评价

要想将培养创新能力落实到日常教学活动中，教师需运用多元化的评价方式鼓励学生的创新思维.激励性的教学评价，对学生的学习兴趣与进取心能产生积极的影响.中学生普遍需要教师的认可与肯定，教师应注重开展激励性评价，为学生的学习提供动力，建立平等的师生关系，让学生敢于在课堂上发表自身见解，敢于驳斥教师观点.

教师的激励性评价是学生获得自信心的重要因素.自信心是创新能力培养的重要前提条件，学生只有具备信心，才能够相信自己有解决问题的能力，进而展开对新事物的不断探索.只有具备坚韧的毅力和足够的信心，才能够在探索问题的道路上克服困难，不断前行.

例如，在学习“磁场对通电导体的作用”时，学生在课堂上观察到磁场对金属导体有力的作用.威海三中的李淑阳同学，认为食盐水也是导体，磁场对液体导体是否有作用？教师对他的猜想给予鼓励并指导他开展课外探究实验（如图7所示），经过多次实验改进后，最终发现通电的食盐水在磁场中的旋转现象.通过这次实验，这位同学不仅解决了学习的新问题，还树立自信心，激发学习探索的兴趣，培养创新能力.

例如，让学生在自制乐器时，教师可以设计以下评价问题：

（1）是否能展示自制乐器的过程？

（2）是否能清楚地介绍科学探究的思路和方法？是否具有评估实验的意识？

（3）是否能用自制乐器演奏乐曲？

（4）视频的录制、剪辑等是否美观大方？

在课堂上评价时教师引导学生相互评价、适时点拨，不仅能帮助学生解决问题，还能让学生找到自信心和归属感，为后期创新能力的培养奠定基础.

3.7 布置实践作业

除了课堂教学外，还可以通过布置课外实践作业，培养学生的创新能力.课外拓展作业强调体验过程， 需开展搜集资料、交流、制作课件、合作实验、小组汇报等活动.各环节都应当向学生强调活动的目的性， 让学生真正体验和经历实践活动的过程，才能体现实践活动的意义.如学生在学习“重心”时，除了完成课后常规作业外，还布置课外实践作业（如图8所示），让学生设计探究性制作作业，利用生活物品，开发跟重心有关的小实验，并在班级内进行展示.

再如，学生在学习“电压与电源”时（如图9所示），让学生“制作水果电池”的实践作业， 从水果种类的选择，金属电极片的制作，到电压获得直观证明，以及如何获得较大的电压，从实践活动发起到最终展示，从课内到课外，从初步成功到继续改良，前后持续近两周， 学生充分参与， 体验实验及实践的全过程.

4 结束语

创新能力即包含批判思维和创新思维，是教育的最高目标，除了上述策略外，教师还应积极探索创新能力培养的途径，立足教学实践，在完成课上的科学探究和课外实践的基础上，有意识地开展项目式学习、STEM教育、跨学科学习等综合性的学习任务，提升学生问题解决的水平，让学习中的问题与生活中真实问题进行衔接，才能真正促进学生创新能力走向深处.

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（收稿日期：2021-06-28）