《中国教育现代化2035》强调加强创新人才特别是拔尖创新人才的培养。批判性思维作为拔尖创新人才的重要素养,是应对复杂问题,实现创新突破的重要基础。批判性思维的发展往往源于对真实问题的回应与探索,将真实问题作为发展批判性思维的载体,能够有效激发学生的认知冲突和探究欲,继而引发创新创造。然而,在传统高中物理教学中,尤其是实验教学中,仍普遍存在"重验证、轻探究,重结果、轻过程"的倾向,学生往往按照既定步骤演练,缺乏深度的思维参与。《普通高中物理课程标准日常修订版(2017年版2025年修订)》(以下简称"课标")指出,要通过创设真实学习情境,激发学生内在学习动机,促使学生积极参与、乐于探究、普于实验、勤于思考。本研究尝试以"基于真实问题发展批判性思维"为主张,探索在高中物理实验教学中有效促进学生批判性思维发展的具体路径与策略。 批判性思维作为高阶思维的核心组成部 分,自20世纪80年代以来逐渐成为科学教育 领域的重要议题。facione 在<批判性思维:德尔 菲报告(Critical Thinking:The Delphi Report)》中 指出,批判性思维是有目的的、自我调整性的判断过程,涵盖阐释、分析、评估、推理、解释和自我调节六大核心认知技能,并伴随求真、开放、分析性、系统性、自信与求知等思维倾向。此外,一般观点还认为批判性思维是根据已有科学知识提出观点,并基于证据和逻辑对观点进行评估,得出合理结论的思维能力和思维倾向或思维习惯。思维能力指分析论点、主张或证据,用归纳推理或演绎推理进行推论、判断或评价;思维倾向指主动运用这些技能进行质疑、探究和反思的意愿与习惯。批判性思维既经由问题产生,又会因问题解决而得到持续地深入发展,并在问题解决的过程中做出有所创新的发展。将这些共识置于课标框架下考查,批判性思维与课标中的科学思维核心素养高度契合,课标将科学思维分解为模型构、科学推理,科学论证、质疑创新四个要素,并区分了高、低阶水平表现(表1)。批判性思维正是这些要素在应对复杂、新情境时的高阶综合与主动运用:从真实问题出发,基于信息提取构模型,经历多次科学推理与科学论证与再建模的过程,以达成迭代式的思维提升,最终实现问解决。其中,推进思维反复迭代的核心是批判性思维(图1)。 基于以上理论梳理与课标对照,本研究认为,批判性思维在物理学科中具体表现为四个核心要素:问题界定,推理论证,质疑反思和交流评价,其中包含了不同的操作性教学内容(表2)。这四大要素构成了一个有机整体,真实问题正是有效串联并激活这一完整思维链条的最佳载体。 由此,本研究主张"以真实同题促进批判性思维发展",真实的.源于生话的问题具有情境性复杂性与开放性,能够自然引发学生的认知冲突与探究动机。以此为载体,可依循上述四要素设计教学实施路径:在真实情境中引导学生主动界定问题,培养其从复杂的现实世界中提炼关键变量的能力;以真实问题支撑推理论证,让学生在设计探究,收集证据中发展实证精神与逻辑推理能力;利用真实探究中产生的异常数据或观点冲突引发深度质疑和反思,锤炼其元认知与精确化思维的品质:最终,在基于真实需求的学术交学态度。流与评价中,让学生形成开放,理性、合作的科学态度。 传统的实验教学常侧重于知识巩固、技能演练与规范习得,易沦为对既定结论的被动验证。要使其真正成为批判性思维的培养场城,就必须将上述三大功能重构为批判性思维发展的载体与过程。通过真实情境下的问题驱动,可使知识内化成为学生主动建构理论适用性的过程,使技能训练服务于有目的的实验决策与误差分析,使科学规范成为应对不确定性问题时自然形成的认知需求。 为此,本研究构建了"内容-思维"双线并行的教学设计框架(图2)。该框架旨在实现批判性思维与问题深度的有机结合,保障批判性思维的全面训练与渐进发展。以下以"验证机被能守恒定律"一课为例,形成具体教学设计(表3)。内容线依托真实问题不断深入,为学生批判性思维的发展提供结构化进阶路径。从落体的单物体运动,到摆锤的曲线运动,到气垫导轨上的多物体运动,使学生不断重新界定问题与守恒条件,从而在深度和广度上拓展对"机械能守恒""系统性"等核心概念的理解,奠定批判性思维的知识基础。 思维线贯穿问题解决的始终,包含"多方案设计比较""减少相对误差探讨"两条主线。"多方案设计比较"推动学生运用实验证据和逻辑以论证观点,并在交流中辩护与评估不同方案;"减少相对误差探讨"引导学生审视推理过程中的误差与偏差,不断优化模型与方法,强化追求精确与可靠的批判态度。两条主线体现发散与收敛相结合的思维历程,使得学生在推理论证、质疑反思、交流评价不断迭代下发展批判性思维。3.1 从真实情境中生成探究问题:培养问题界定能力 问题界定是批判性思维的起点,要求学习者从复杂情境中识别关键因素,建立问题模型。从真实情境中生成探究问题的核心在于将问题界定的主动权交给学生。教师并非直接呈现结构化问题,而是通过展示源于生活的复杂现象(如游乐园设施的运动视频),提出开放性引导问题,如“其中蕴含何种物理规律,如何验证",以此激发学生的原始好奇与多元猜想。随后,教学重心转向引导学生对不同的猜想进行辨析、归类与聚焦。例如,学生可能从速度变化、能量转化等不同角度提出假设,教师需通过追问与比较,引导学生识别不同猜想背后的共同物理本质,逐步将真实问题收敛至"机械能是否守恒"这一可探究的科学问题。在此基础上,进一步指导学生将具体情境抽象并简化为可操作的物理模型,如落体单摆、斜面滑块等。从现象观察到猜想提出,再到模型建构的完整过程,使学生亲身经历从模糊现实到清晰科学问题的转换,发展了其分析复杂情境、识别关键变量、进行科学抽象的问题界定能力。3.2 基于真实问题的探究方案设计:发展推理论证能力 真实问题具有开放性和复杂性,不同学生基于不同的认知可能提出不同的解决方案,这为推理论证能力的发展提供了契机。当核心问题确立后,教学应转向解决方案的开放设计。教师应鼓励并支持各小组基于对问题的不同理解,设计差异化的实验方案。例如,学生提出打点计时器法、光电门法、传感器法等不同方案。此环节的关键不在于方案的对错,而在于引发基于证据与逻辑的深度辩论。教师可搭建辩论平台,围绕学生提出的问题(表4)组织学生进行研讨。 学生需论证自己的方案,同时对他人的方案进行审视与追问。这一过程将传统的实验操作步骤学习转化为基于实证的科学研究决策,使学生深刻体会到,实验设计本质上是在证据、逻辑与约束条件之间寻求最优解的推理论证过程,从而培养其依据科学原理进行规划的能力。
3.3 真实数据引发的质疑与反思
深化元认知能力批判性思维的深化有赖于对自身思维过程与结果的主动审查。在实验教学中,与预期不符的异常数据或偏大误差是激发这种反思的宝贵资源。教师不应急于纠正错误或给出标准解释而应有意识地引导学生将异常数据视为探究的起点。例如,在查看实验结果时,发现某组数据出现“动能增加量大于势能减少量"这一违反守恒定律的矛盾时,教师可组织学生进行误差溯源:回顾实验操作录像、核对记录步骤、检验计算过程。
学生可能发现"释放与计时不同步""测量起点选取不当"等操作失误导致了这一矛盾。引发了学生更深刻地思考实验操作细节。
同时,在教学中也可以比较各实验小组的相对误差,发现各实验小组数据的相对误差不尽相同,部分偏差较大(表5)。
对比误差激起了学生心中的疑惑,溯源实验操作过程后(图3),发现不同的纸带释放方式会造成纸带与打点计时器的摩擦大小不同,对比数据.学生自然就能得出相对误差的来源是打点计时器与纸带的摩擦,同时也掌握了正确释放纸带的方式。
又如,一小组展示利用光电门开展摆锤机械能守恒实验时(图4),哪怕是将相对误差减少至2.5%,学生也产生了疑问:基于多实验方案对比,在自由落体实验中使用光电门的误差只有1%,同样使用光电门,为什么会有误差差距?寻找误差来源后,学生发现为了保证重锤下落的稳定性,实验装置采用了杆,而不是线,杆的质量不可忽略,运动时会产生一部分动能,需要重锤的机械能转化,进而造成误差。
从结果异常到过程回溯再到原因假设的探究,促使学生超越对结论正确性的简单关注,转而审视证据的可靠性、方法的局限性与模型的适用性,从而实现元认知层面的质疑与反思,培养其追求精确、严谨的批判性态度。
34 基于真实需求的学术交流与评价:体验科学知识的建构
批判性思维必须在交流与碰撞中得以完善。教学应模拟学术共同体的评议机制,为学生搭建结构化交流平台。在成果展示环节,要求各小组不仅报告数据与结论,更要阐述推理过程、决策依据及进留困惑。教师引导学生进行建设性质疑,重在检验论证的逻辑自洽性、证据的相关性与结论的可靠性。通过持续的辩护、质疑与修正,学生逐步理解科学观点在共同体的理性批判中不断演进。
例如,在关于多物体系统机械能守恒的讨论中。一组学生展示了如表6所示的实验结果。差距如此巨大的相对误差马上引起了班级内的激烈讨论。在反复检查后,学生发现相对误差高的重要原因是只考了滑块动能,而没有考整个系统(滑块、托盘和砝码)的动能。最终使全班学生共同认识到"系统"界定的重要性。这一过程使学生内化了以证据服人,开放包容、合作建构的科学精神,完成了批判性思维从个体技能向社会性实践的关键跨越。
又如,在关于误差的全班辩论中,学生最初聚焦于误差大小判断谁对谁错。教师引导学生将各组误差并置,并追问:这些数据能否证明机械能守恒?经过激烈讨论,学生逐渐达成共识:机械能守恒定律本身是在"只有重力或弹力做功的物体系统"的理想条件下才严格成立的物理规律;实验的价值不在于获得零误差的完美验证定律,而在于通过分析误差来源(如空气阻力、转轴摩擦、测量精度等),不断地通近理想条件,从而在误差允许的范围内验证定律的近似成立。这与伽利略思想实验中通过不断通近理想化条件来外推得到物理规律的内在逻辑一脉相承。
上述环节中,学生既学会了用证据支持自己的观点,也学会了尊重和理性评价他人的观点,体验到科学知识是共同体不断批判、修正和发展的产物。
4 结 语
基于真实问题发展批判性思维,其核心在于倡导学生能够像科学家一样思考、解决问题。这一理念下,实验教学功能也将被重新定位:在继承知识、技能与强化规的基础上,通过真实问题的浸润,发展批判性思维。
参考文献:
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[3]胡卫平,深入理解科学思维 有效实施课程标
