初中物理科學(xué)探究中培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的教學(xué)實(shí)踐——以蘇科版8年級(jí)“浮力”教學(xué)為例

葉成林

（儀征市南京師范大學(xué)第二附屬初級(jí)中學(xué)，江蘇 揚(yáng)州 211900）

批判性思維是創(chuàng)造性思維的基礎(chǔ).要培養(yǎng)有自主研究和創(chuàng)新能力的領(lǐng)軍人才，使我國(guó)從制造業(yè)大國(guó)向創(chuàng)新型強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)型，除了批判性思維教育，別的教育不能代替.［1］在初中物理教學(xué)過程中，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的批判性思維教育，這是時(shí)代的需求.

1 初中物理科學(xué)探究中培養(yǎng)學(xué)生批判性思維教學(xué)流程

1.1 批判性思維內(nèi)涵

心理學(xué)把思維定義為人對(duì)客觀現(xiàn)實(shí)的間接接受和概括的反映過程.它是在感知經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，人腦進(jìn)行分析綜合、抽象概括，并進(jìn)行判斷和推理的一種高級(jí)認(rèn)知過程.

批判性思維是思維的一個(gè)極其重要的能力和品質(zhì).董毓博士研究認(rèn)為批判性思維是德育和智育的結(jié)合.德育部分是包括謙虛、謹(jǐn)慎、客觀、具體、公正、反省、開放等指標(biāo)的批判理性和品德；智育部分是一組辨別、分析、判斷和發(fā)展的高階思維技能.［2］

目前，美國(guó)各州在基礎(chǔ)教育階段正在推行“共同核心標(biāo)準(zhǔn)”，其實(shí)質(zhì)就是加強(qiáng)學(xué)生批判性思維和基本技能的培養(yǎng).分析能力、根據(jù)事實(shí)的推理能力和論證能力、研究跨學(xué)科題材的能力等目前是美國(guó)基礎(chǔ)教育的主旋律，即美國(guó)基礎(chǔ)教育一直以實(shí)證和研究學(xué)習(xí)為基調(diào)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行批判性思維教育.［2］以此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力和創(chuàng)造能力.

初中物理許多物理概念的提出與物理規(guī)律的探究、發(fā)現(xiàn)歷程，無(wú)不蘊(yùn)含著科學(xué)家的智慧和創(chuàng)造精神.在科學(xué)家們探索物理知識(shí)的過程中蘊(yùn)含著大量的科學(xué)思想方法和批判性思維精神與技能，他們是對(duì)初中學(xué)生進(jìn)行批判性思維教育的源頭活水.在我國(guó)《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》中，將科學(xué)探究作為兩大課程內(nèi)容之一，強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式.倡導(dǎo)在初中物理教學(xué)中讓學(xué)生經(jīng)歷與科學(xué)工作者進(jìn)行的相似的探究過程，主動(dòng)獲取物理知識(shí)，領(lǐng)悟科學(xué)方法，發(fā)展科學(xué)思維能力，尤其批判性思維能力，體驗(yàn)科學(xué)探究樂趣，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神，以此培養(yǎng)初中學(xué)生的物理核心素養(yǎng).［3］

1.2 初中物理科學(xué)探究中培養(yǎng)學(xué)生批判性思維教學(xué)流程

在初中物理教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維，物理知識(shí)是載體，科學(xué)探究是手段.西方學(xué)者認(rèn)為，批判性思維應(yīng)看成問題的解決過程.在物理教學(xué)中，教師應(yīng)以科學(xué)探究問題為引領(lǐng)，以科學(xué)論證活動(dòng)為重要載體，顯化初中生物理認(rèn)知過程中內(nèi)在的科學(xué)思維活動(dòng)，緊緊圍繞科學(xué)探究各步驟，有針對(duì)性地對(duì)學(xué)生進(jìn)行批判思維訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生理性精神，發(fā)展學(xué)生批判性思維能力.具體的教學(xué)流程如圖所示.

圖1 初中物理科學(xué)探究中培養(yǎng)學(xué)生批判性思維教學(xué)流程

2 初中物理科學(xué)探究中培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的教學(xué)實(shí)踐

本文以“浮力”課堂教學(xué)片段為例，圍繞課本上2個(gè)科學(xué)探究問題，組織學(xué)生進(jìn)行科學(xué)論證活動(dòng)，在此過程中對(duì)學(xué)生進(jìn)行批判性思維訓(xùn)練，以期發(fā)展學(xué)生批判性思維能力.

2.1 探究活動(dòng)1——下沉的物體是否受到浮力？

科學(xué)問題：我們知道，空中上升的氣球、浮在海面上的輪船、水中上浮的乒乓球受到向上的浮力，請(qǐng)同學(xué)們猜想下沉的物體是否也受到浮力？

猜想假設(shè)：你這樣猜想的事實(shí)依據(jù)是什么？（學(xué)生根據(jù)從井中提水的生活經(jīng)驗(yàn)指出下沉的物體也受到浮力）其他同學(xué)有沒有不同的觀點(diǎn)？如何用實(shí)驗(yàn)證明你的猜想？

實(shí)證研究：學(xué)生用彈簧測(cè)力計(jì)分別測(cè)出在空氣中和水中對(duì)銅塊的拉力，發(fā)現(xiàn)在水中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變小，可推理得出在水中下沉的銅塊受到了浮力，浮力大小等于彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的減小值.

分析評(píng)估：請(qǐng)學(xué)生們?cè)u(píng)價(jià)剛才的實(shí)驗(yàn)過程，你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)證據(jù)充足嗎？實(shí)驗(yàn)推理科學(xué)有效嗎？有沒有不同的意見？（學(xué)生指出應(yīng)使用不同的固體放到不同的液體中進(jìn)行探究，收集更多的實(shí)驗(yàn)證據(jù).在此基礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)推理，這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)論才具有普遍性.）

再次實(shí)證研究：學(xué)生用彈簧測(cè)力計(jì)吊著不同的固體（石塊、銅塊、鋁塊）放到不同液體（水、濃鹽水、酒精）中，當(dāng)物體勻速下沉?xí)r，收集實(shí)驗(yàn)證據(jù)，推理歸納出實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

再次分析評(píng)估：剛才學(xué)生們都是探究物體在液體中下沉是否受到浮力，這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)論就一定具有普遍性？說出你的觀點(diǎn)（部分學(xué)生指出，應(yīng)收集在空氣中或其他氣體中下沉的物體是否也受到浮力的證據(jù)）.你認(rèn)為在氣體中下沉物體是否也受到浮力？說出你的事實(shí)依據(jù)（高空中下降的氣球，因?yàn)槭艿娇諝庀蛏系母×ψ饔?，氣球通常不?huì)加速下落.）

科學(xué)結(jié)論：綜合上述觀點(diǎn)，在液體或氣體中下沉的物體都受到向上的浮力.

設(shè)計(jì)意圖：（1）課本僅通過一次水中實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，讓學(xué)生總結(jié)得出下沉物體受到向上的浮力.顯而易見，這樣的探究活動(dòng)違背科學(xué)探究真諦，也易讓學(xué)生產(chǎn)生錯(cuò)覺，覺得科學(xué)探究過程非常簡(jiǎn)單、科學(xué)結(jié)論得出也非常容易.（2）本設(shè)計(jì)重點(diǎn)是圍繞批判性思維培養(yǎng)要素，設(shè)置層層遞進(jìn)的問題，對(duì)學(xué)生進(jìn)行批判性思維訓(xùn)練，通過多次的科學(xué)論證活動(dòng)，讓最終的科學(xué)結(jié)論更具有普遍性.（3）通過定性與定量有機(jī)結(jié)合的科學(xué)論證過程，顯化學(xué)生內(nèi)在的科學(xué)思維活動(dòng)，以培養(yǎng)學(xué)生良好的批判性思維能力和品質(zhì).

2.2 探究活動(dòng)2——影響浮力大小的因素有哪些？

科學(xué)問題：通過剛才的實(shí)驗(yàn)探究可知，在液體或氣體中的物體都受到向上的浮力作用.那么，在液體中的物體所受浮力大小與哪些因素有關(guān)呢？請(qǐng)?zhí)岢瞿愕牟孪?，并說出你的事實(shí)依據(jù).

猜想假設(shè)：根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生得出浮力大小可能與物體浸入液體的深度有關(guān)（事實(shí)依據(jù)是人走向深水過程中感覺腳所受壓力越來(lái)越?。赡芘c液體的密度有關(guān)（事實(shí)依據(jù)是人在死海中可浮在水面上，在普通水中易沉入水底），可能與物體體積有關(guān)（事實(shí)依據(jù)是可折疊皮劃艇充足氣后可浮在水面上），可能與物體密度有關(guān)（事實(shí)依據(jù)是同體積的木塊和銅塊放入水中，木塊能漂在水面上說明所受浮力大）.

批判質(zhì)疑：上述猜想及對(duì)應(yīng)的事實(shí)依據(jù)都正確嗎？請(qǐng)同學(xué)們質(zhì)疑討論，可以借取手邊實(shí)驗(yàn)器材操作或生活中事實(shí)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行批判反駁.

生1：我認(rèn)為浮力大小與物體浸入液體深度有關(guān)的猜想是錯(cuò)誤的.我使用彈簧測(cè)力計(jì)吊著銅塊全部浸入水中后，銅塊在水中的深度改變，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不變，說明浮力大小與深度無(wú)關(guān).

生2：那為什么彈簧測(cè)力計(jì)吊著銅塊全部浸入水中前，銅塊浸入水中深度改變，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)也隨著改變，不就是說明浮力大小與物體浸入液體中的深度有關(guān)嗎？

生1：浸入前，深度改變實(shí)質(zhì)是物體浸入液體中的體積改變，因而浮力改變；當(dāng)物體全部浸入液體中后，深度改變，但物體浸入液體中的體積不變，因而浮力不變.因此，可認(rèn)為物體在液體中所浮力與物體浸入液體中的體積有關(guān)，與深度無(wú)關(guān).人走向深水過程中，由于人浸入水中的體積變大，人所受浮力變大，因而腳所受支持力變小.

生3：在上面同學(xué)研究分析基礎(chǔ)上，我認(rèn)為浮力大小與物體體積有關(guān)的猜想也是錯(cuò)誤的.

物體的體積再大，但浸入液體中的體積不大，所受液體的浮力也不會(huì)大.可折疊皮劃艇充足氣后可浮在水面上，是由于物體體積變大后，實(shí)質(zhì)是使物體浸在液體中的體積變大，因而物體所受浮力變大.

生4：我認(rèn)為物體在液體中所受浮力大小與物體密度無(wú)關(guān).我使用彈簧測(cè)力計(jì)吊著體積相同的銅塊和鋁塊全部浸入水中，發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)減小值相同，即浮力相同，說明浮力大小與物體密度無(wú)關(guān).體積相同的木塊與銅塊放入水中，木塊浮在水面上，浸入水中的體積小，所受的浮力應(yīng)該小，木塊之所以浮在水面上，是可能因?yàn)槟緣K密度小于水的密度.

科學(xué)問題：綜合學(xué)生們的研究與分析，物體在液體中所受的浮力大小只與液體密度與物體浸入液體中的體積（排開液體的體積）有關(guān).那么，浮力大小與液體密度和排開液體的體積究竟有什么關(guān)系？請(qǐng)?zhí)岢瞿愕牟孪?，并利用手邊器材（彈簧測(cè)力計(jì)、石塊、銅塊、鋁塊、水、濃鹽水、酒精等）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，采用科學(xué)的物理方法，收集證據(jù)，定性研究，驗(yàn)證你的猜想.

學(xué)生小組合作，采用控制變量法，通過實(shí)驗(yàn)操作，收集實(shí)驗(yàn)證據(jù)，開展實(shí)證研究，并根據(jù)收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推理歸納得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：物體排開液體的體積越大、液體的密度越大，物體所受浮力越大.

科學(xué)問題：物體在液體中所受浮力與物體排開液體的體積、液體的密度有關(guān)，那么請(qǐng)學(xué)生們猜想物體在氣體所受浮力與哪些因素有關(guān)？如果實(shí)驗(yàn)條件允許，你如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究？

設(shè)計(jì)意圖：（1）問題，處于人類認(rèn)知和生活的樞紐位置.科學(xué)探究問題，是啟動(dòng)科學(xué)研究的起點(diǎn)，也是科學(xué)研究成敗的關(guān)鍵.［4］由于初中生認(rèn)知方面存在缺陷，圍繞影響浮力大小因素會(huì)產(chǎn)生許多假設(shè)，而此時(shí)恰好是對(duì)學(xué)生進(jìn)行批判性思維教育的良好契機(jī).（2）對(duì)于科學(xué)探究問題，基于事實(shí)依據(jù)，教師引導(dǎo)學(xué)生從問題的客觀構(gòu)成、因果機(jī)制等方面，對(duì)問題對(duì)象進(jìn)行剖析，了解問題對(duì)象的可能構(gòu)成要素及其相互作用，通過同伴互助及理性批判，評(píng)價(jià)圍繞探究問題所提出的問題要素猜想是否違反科學(xué)規(guī)律、科學(xué)認(rèn)知，在此基礎(chǔ)上完善問題觀點(diǎn)，明晰科學(xué)研究的方向與思路.（3）通過學(xué)生間的合理論辯，促進(jìn)學(xué)生反思，幫助學(xué)生排除錯(cuò)誤認(rèn)知，讓學(xué)生正確理解影響浮力大小的相關(guān)要素，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生良好的批判性思維品德和小組合作關(guān)系.

一節(jié)物理課的課堂教學(xué)時(shí)間是有限的.對(duì)于每一個(gè)科學(xué)探究活動(dòng)，教師不可能圍繞批判性思維培養(yǎng)的所有要素，系統(tǒng)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行批判性思維教育.教師應(yīng)針對(duì)每個(gè)科學(xué)探究活動(dòng)特點(diǎn)，有針對(duì)性、有側(cè)重地對(duì)學(xué)生進(jìn)行不同方面的批判性思維訓(xùn)練.本節(jié)課第一個(gè)科學(xué)探究活動(dòng)重在實(shí)證研究與分析評(píng)估，以培養(yǎng)學(xué)生收集證據(jù)、評(píng)估證據(jù)、分析推理、建構(gòu)假說等批判性思維能力及謹(jǐn)慎公正的批判性思維品德；第二個(gè)科學(xué)探究活動(dòng)重在科學(xué)問題及猜想假設(shè)環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生基于事實(shí)證據(jù)，通過不斷批判質(zhì)疑、合理論辯，加強(qiáng)對(duì)問題對(duì)象的客觀構(gòu)成、因果機(jī)制進(jìn)行分析，不斷校正學(xué)生的猜想假設(shè)，催生“好”的科學(xué)問題提出，為后面的科學(xué)論證活動(dòng)指明方向、提供思路.

對(duì)學(xué)生批判性思維培養(yǎng)是一個(gè)長(zhǎng)期過程，初中物理教師應(yīng)站在民族復(fù)興的高度看待對(duì)學(xué)生的批判性思維教育.在平時(shí)的物理教學(xué)中，應(yīng)結(jié)合科學(xué)探究活動(dòng)，圍繞批判性思維培養(yǎng)要素，不斷踐行，以期提高學(xué)生的批判性思維能力與品質(zhì)，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ).