从“批判性思维”视角窥探“创新能力”培养

李棠玺 孙鹏伟

(西安交通大学附属中学 陕西 西安 710043)

1 问题的提出

1.1 物理学科中的“创新能力”

自1991年高考大纲的颁布，作为体现人才选拔主旨要素的“关键能力”考查，物理学科为“理解能力、推理能力、分析综合能力、应用数学解决物理问题能力和实验能力”(以下简称“原5种能力”)[1]，并且一直持续到 2019 年的考试大纲.随着《中国高考评价体系》(以下简称“评价体系”)的发布，教育部考试中心(以下简称“考试中心”)就物理学科高考的“关键能力”提出了新的建构，即基于评价体系的物理学科“关键能力”为“理解能力、推理论证能力、模型建构能力、实验探究能力和创新能力”[2].

1.2 批判性思维能力

在“评价体系”中就“关键能力”的考查建构了“三大关键能力群”，在其中“思维认知能力群”的6种关键思维能力中提出了“批判性思维能力”[3].据此，“考试中心”在对2020年高考物理试题课标卷的评析中，就试题在关键能力方面考查的论述中，提出了“试题注重对批判性思维能力的考查”的观点[4]，而在此之前，命题专家均围绕“原5种能力”论述，从未提到“批判性思维能力”，那么，命题专家又缘何在对当年试题的评析中提出这一论点呢？“创新能力”与“批判性思维能力”之间有何关系呢？

2 问题的窥探

2.1 批判性思维的核心指向“创新能力”

近代史上，很多学者都对批判性思维的具体内涵做了定义.其中，最被广泛接受的是国际批判性思维权威、美国批判性思维国家理事会主席理查德·保罗在他的《批判性思维工具》一书中定义:“所谓批判性思维，是针对相信什么或做什么的决定，而进行的理性的反省思维.”批判性思维的核心和精髓就是从“提问”开始，一个不善于提问的人不会是优秀的批判性思考者，真正能推动思维发展的是“问题”，所提出问题的质量决定着你思维的质量.他甚至比较绝对地说道，那些学科(例如物理学或生物学)的奠基人，如果不善于提出问题，那么这学科就不可能发展起来[5].基于“评价体系”指向的“创新能力”，张春丽在《对“基于高考评价体系的五种关键能力”含义界定的尝试》一文中提出：“创新能力”是指在已有经验的基础上，通过自主学习和独立思考，发现新问题、获取新知识、创造新方法、解决新问题的能力[6].据此，从发现或提出有价值 “问题”的视角窥探，批判性思维的核心是指向创新能力，因此，考查考生是否具有“提出有价值问题”的能力，也一直是高考命题专家的守望，例如，2018年高考全国卷Ⅱ理综第15题、第20题：

【例1】高空坠物极易对行人造成伤害.若一个50 g的鸡蛋从一居民楼的25层坠下，与地面的撞击时间约为 2 ms，则该鸡蛋对地面产生的冲击力约为( )

A．10 N B．102N C．103N D．104N

评析：具有批判性思维能力(或创新能力)的考生，若根据已有的经验提出这样的问题,10 N的冲击力能造成伤害吗？10 000 N的冲击力对人造成的是伤害还是伤亡？ 自然排除了选项A,D.

【例2】2017 年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波.根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约100 s 时，它们相距约400 km，绕二者连线上的某点每秒转动12 圈，将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可估算出这一时刻两颗中子星( )

A．质量之积 B．质量之和

C．速率之和 D．各自的自转角速度

2.2 批判性思维的核心原则指向“创新能力”的要求

批判性思维的核心原则是质疑和求证，即在面对问题时不会轻易接受既有结论，通过独立思考和逻辑思辨，评估问题的深度、广度以及逻辑性，从而得出有创造性的见解.而物理学科的“创新能力”要求在面对问题时，能对已有结论提出合理质疑，在面对新颖或复杂的物理情境时，能发现新问题，能创造性地构建新的物理模型，应用新思路、新方法解决问题.因此，批判性思维的核心原则与“创新能力”的要求是一脉相承.基于此，命题专家提出的“试题注重对批判性思维能力”的考查，其指向就是对“创新能力”的考查.例如，2020年高考全国卷Ⅰ理综第21题：

【例3】如图1，U形光滑金属框abcd置于水平绝缘平台上，ab和cd边平行，和bc边垂直.ab和cd足够长，整个金属框电阻可忽略，一根具有一定电阻的导体棒MN置于金属框上，用水平恒力F向右拉动金属框，运动过程中，装置始终处于竖直向下的匀强磁场中，MN与金属框保持良好接触，且与bc边保持平行.经过一段时间后( )

图1 例3题图

A．金属框的速度大小趋于恒定值

B．金属框的加速度大小趋于恒定值

C．导体棒所受安培力的大小趋于恒定值

D．导体棒到金属框bc边的距离趋于恒定值

评析：对该试题的分析，可以有多种途径、多种方法和多元思维，但若从批判性思维的视角分析判断，有以下几方面.

第一，评估问题.金属框带动导体棒先后切割磁感线，使回路中产生了变化的感应电流，两者都受到变化的安培力，都向右做非匀变速运动，其中金属框做加速度逐渐减小的加速运动，导体棒做加速度逐渐增大的加速运动.

第二，提出问题.根据对问题情境的评估，提出“两者运动的加速度能否趋于相等”？的问题.

第三，求证问题.根据电磁感应规律及牛顿第二定律可得:

对于金属框

对于导体棒

第四，发现新问题.金属框和导体棒的加速度大小都和(v框-v棒)成线性关系，即(v框-v棒)可以确定金属框和导体棒的加速度大小变化趋势，但不能确定金属框速度大小及导体棒到金属框bc边距离大小变化的趋势.

第六，构建新模型.在同一个坐标系中建立金属框和导体棒运动的速度-时间图像，如图2所示，则由图像的物理意义可得选项D错误.

图2 速度-时间图像

3 问题的落实

3.1 让教材成为引发质疑与创新的第一蓝本

人教版高中物理新教材依据《普通高中物理课程标准(2017年版)》(以下简称“新课标”)所提出的“引导学生自主学习，提倡教学方式多样化”的课程理念，编写内容的突出特点表现为(与旧教材相比较)：首先，在每节开始都设置了一个“问题”栏目，通过创设一个“问题情境”，旨在引发学生对所要学习内容的主动思考和培养学生提出问题的意识及能力，进而培养学生能够提出“有质量问题”的能力[7]；其次，新教材全书绝大部分内容是以探究的思路展开并将科学探究的“三重意义”贯穿始终，以至全书的语言风格都是为引导学生探究、质疑而确定的.旨在引导学生在主动探究、建构知识的基础上形成物理观念，为学生提供质疑与探究的机会[8].尤其教材中涉及的实验内容、演示实验、学生实验等都不把现象甚至结论和盘托出，而是用启发性的语言引导学生自己观察、发现与思考，自己提出问题并寻找问题的答案.例如，新教材必修第二册第五章第3节“实验：探究平抛运动的特点”一节内容，与旧教材比较：首先，新教材增加了“运动的合成与分解”一节内容并置于该节之前，在学生明确了研究曲线运动的物理思想和方法的基础上，使学生能够自我开展探究；第二，本节置于“抛体运动的规律”之前，不仅给予学生以“真实的自我”对平抛运动的探究中提出各种“猜想”的空间，而且也能够促使学生带着“好奇”的兴致针对结论进行“主动的反复探究”；第三，先给出科学探究理念层面上的两个“实验方案”，给予学生在“动手探究”前先“动脑探究”的思路和方法上指导；第四，所给出的两个实验“参考案例”，其目的一是激发学生“参与探究”的兴致以培养科学探究情趣和“创新探究”的激情，二是触发学生“实验探究”的创新，培养质疑创新能力；第五，节后“习题”又设置了让学生利用身边的器材并采用控制变量法的两个“探究实验”.至此，教材显性呈现平抛运动特点的探究实验案例共5个，且每一个都没有给出完整的实验方案或过程，即每一个都给予学生可质疑的空间和可求证的方法，同时这种“反复探究”的背后给予学生的就是质疑和求证的“一种精神”.

3.2 让课堂成为引发质疑与创新的真实场域

从认知学习领域目标的“金字塔”能力目标视角来看，批判性思维就是“识记、理解、运用、分析、评价和创造”连续6个层级中的高阶思维——分析、评价和创造.因此，要使课堂成为引发质疑与创新的真实场域，首先，从教学目标的确定上，要注重引发质疑、注重从高阶思维层面来确立科学的教学目标.新课标颁布后，明确将“注重体现物理学科本质，培养学生物理核心素养”作为课程目标，其中核心素养中“科学思维”所包含的“模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新”要素几乎都属于高阶思维层面，所以“为高阶思维而教”，不仅是确保物理学科核心素养落地的关键，而且也是确保使课堂能够引发质疑与创新真实场域的前提.其次，要注重设计基于互动式、启发式、探究式、体验式等多样化课堂教学形式，使学生通过“共同的互动、相互的启发、真实的探究、亲历的体验”的学习过程，培养学生发现新问题、获取新知识、创造新方法、解决新问题的能力，潜移默化地培养学生独立思考与质疑精神，提升学生质疑与创新的品质.

总之，创新是当代社会的主旋律，培养学生的创新能力从培养学生的批判性思维能力开始，切实将培养批判性思维能力落实于学习的全过程.