在理論力學(xué)中培養(yǎng)批判性思維能力的改革實踐

宋少云

(武漢輕工大學(xué) 機械工程學(xué)院，武漢 430023)

在理論力學(xué)中培養(yǎng)批判性思維能力的改革實踐

宋少云

(武漢輕工大學(xué) 機械工程學(xué)院，武漢 430023)

闡述在理論力學(xué)中進(jìn)行批判性思維教學(xué)的方法。主要闡明了三種教學(xué)方法：使用四步法改造教案以強化批判性思維過程；設(shè)置疑難情境以揭示隱含假設(shè)；通過小組合作以闡明合理結(jié)論的形成過程。通過使用上述三種方法，既激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)理論力學(xué)的積極性，又提高了他們的批判性思維能力。

理論力學(xué)；教學(xué)改革；批判性思維

1 引言

批判性思維是面對相信什么或者做什么而做合理決定的思維能力[1]。這種思維能力首先在美國等一些西方國家得到廣泛關(guān)注。1998年，在巴黎召開的世界高等教育大會上，聯(lián)合國教科文組織將批判性思維確立為未來高等教育的核心目標(biāo)之一[2]。如今，在英、德、法、加、澳等四十多個國家，都已經(jīng)將批判性思維納入教學(xué)目標(biāo)，并把批判性思維作為每個大學(xué)生的必修課。

在我國，批判性思維研究起步較晚，批判性思維教育才剛剛開始。自上世紀(jì)90年代開始，邏輯教師們就在試圖用批判性思維的內(nèi)容來改革公認(rèn)脫離實際的邏輯課程。許多教師也在英語[3]、語文[4]、會計學(xué)[5]、醫(yī)學(xué)[6]、物理[7]等學(xué)科的大學(xué)教育中使用了批判性思維方式教學(xué)，并取得了一些成果。但是在力學(xué)領(lǐng)域，卻很少見到相關(guān)的研究與報道。

筆者在近些年的教學(xué)中，先后承擔(dān)了《理論力學(xué)》和《批判性思維》兩門課的課堂教學(xué)工作。筆者發(fā)現(xiàn)，將批判性思維引入到理論力學(xué)教學(xué)中，具有很好的效果，它既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)理論力學(xué)的積極性，又鍛煉了學(xué)生的批判性思維能力。本文將闡述筆者在近幾年這種融合教育中所采用的方法，以與各位同仁探討。

2 基于批判性思維過程改造理論力學(xué)教案

要將批判性思維貫穿于理論力學(xué)教學(xué)始終，最基本的方法是將其滲透到每一個教學(xué)任務(wù)中，以及每一個教學(xué)環(huán)節(jié)中。具體來說，就是對于每一章，每一節(jié)，均遵循“提出問題-經(jīng)過推理-得到結(jié)論-說明結(jié)論的意義”這樣的四個基本過程。

“問題是什么？”這是批判性思維的起點。例如，在平面任意力系的平衡中，我們所提出的問題就是“一個處于平面任意力系平衡的物體，當(dāng)已知主動力時，要求某些約束力是多少？”這就是該章中所提出的基本問題。

“結(jié)論是什么？”這是批判性思維所圍繞的核心。每一門學(xué)科都是由若干重要結(jié)論構(gòu)成的。對于上述問題，其結(jié)論就是“平面一般力系平衡的充要條件是這些力滿足三個獨立的平衡方程”。

“理由是什么？”這是批判性思維的最主要任務(wù)。它要解決的任務(wù)是，結(jié)論是如何得到的？對于前面的問題，根據(jù)理由推出結(jié)論的過程如下：首先在面內(nèi)任選一個點，然后使用力的平移定理，將單個力平移到該點，并附加力偶，最終在該點形成匯交力系和力偶系，而匯交力系被一個力所取代，力偶系被一個力偶所取代。而平衡就是該力為零，該力偶的力偶矩為零，從而推出了三個獨立的平衡方程。顯然，該過程涉及到一系列先后相繼的嚴(yán)密的演繹推理，而嚴(yán)密的邏輯推理正是理論力學(xué)的核心特征。通過這種嚴(yán)格的推理，讓學(xué)生明白理論力學(xué)中任何一個結(jié)論的得出都是建立在一系列公理、定理的基礎(chǔ)之上的，從而讓他們對得到的結(jié)論產(chǎn)生強烈的自信心。當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)，老師所得到的每一個結(jié)論都有強有力的理由支撐時，他們會自然形成一種嚴(yán)密的思維習(xí)慣，不說無根據(jù)的話，不做無根據(jù)的事情，而這正是批判性思維的核心：為結(jié)論提供理由，不輕易相信沒有理由的任何結(jié)論。

“結(jié)論有什么意義？”它說明了得到的結(jié)論在實踐中到底有什么用處。對于理論力學(xué)而言，這就是使用結(jié)論做例題，做習(xí)題的過程。顯然，這一點在理論力學(xué)中具有至關(guān)重要的地位，使用結(jié)論解決實際問題，會占據(jù)課堂教學(xué)的絕大部分時間。

基于上述四個基本問題對理論力學(xué)教材進(jìn)行改造，從而形成教案，并按照此教案進(jìn)行授課，這種反復(fù)的訓(xùn)練會對學(xué)生造成潛移默化的影響，而學(xué)會解決問題的一般方法。

3 設(shè)置疑難情境以揭示隱含假設(shè)

所謂隱含假設(shè)，是思考者認(rèn)為是正確的而沒有直接說明的結(jié)論。通常，一個結(jié)論如果出錯，并不是因為作者所給出的明顯的理由有問題，而是那些隱藏的假設(shè)出錯。在批判性思維中，要把思維引向深入，需要層層揭示隱含假設(shè)，這是培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行深入思考的重要方法。

舉一個例子。當(dāng)講解加速度合成定理時，教師最初并不做嚴(yán)格的推導(dǎo)，只是簡單的說，根據(jù)速度合成定理求導(dǎo)數(shù)就可以得到加速度合成定理，然后用一系列例題來闡明該定理的使用。但是在講解這些例題時，教師開始故意只使用牽連運動是平移的例子。在列舉幾個例子后，教師假裝很隨意地引入圖1所示的機構(gòu)。并提出“已知O1A桿勻速轉(zhuǎn)動，要求O2A桿的角加速度是多少？”并要求學(xué)生用加速度合成定理解決。

圖1 擺動導(dǎo)桿機構(gòu)

學(xué)生會自然使用牽連運動為平移時的加速度合成定理進(jìn)行求解。在經(jīng)過復(fù)雜的邏輯推演后，他們會得到各種解答(但是基本不會得到加速度為零的答案)，此時教師提示，實際上該問題的答案一眼就可以看出來，無須大家做的那么麻煩。其方法如下：由于O1O2A是等腰三角形，從而∠BO1A=2∠O1O2A,這樣，O2A的角速度始終是O1A的角速度的二分之一。由于O1A是勻速轉(zhuǎn)動，所以O(shè)2A也是勻速轉(zhuǎn)動，從而O2A的角加速度是零。

當(dāng)老師進(jìn)行這種簡單的推理后，學(xué)生們立即炸開了鍋，他們糊涂了，不知道問題到底發(fā)生在哪里。即便經(jīng)過最激烈的爭論和最苛刻的挑錯，他們也不會意識到，實際上他們相信了一個錯誤的前提：牽連運動為平移時的加速度合成定理具有普適性。這個定理對他們來說，自然是正確的，是不需要懷疑的。當(dāng)學(xué)生都走入窮途末路時，老師鄭重提出，他們所堅信的加速度合成定理是錯誤的！然后再詳細(xì)說明其原因。這會對學(xué)生造成深刻的印象，讓他們從此對自己堅信的理論也開始持有懷疑態(tài)度，而這正是具有批判性思維者的重要特征。

4 通過小組協(xié)作以闡明合理結(jié)論的形成

批判性思維有一個要點，就是，重要結(jié)論的得出大多需要綜合多個人的觀點，而非僅僅依靠一個人有限的視角得到結(jié)論。考察圖2所示的例子，當(dāng)輪O2上施加一個力偶后，要計算輪O1的角加速度。

圖2 物系動力學(xué)問題

對于這樣一個動力學(xué)問題，為了強調(diào)多人協(xié)作以得到結(jié)論這個基本觀點，在上課時可以采用小組協(xié)作的方式。教師可以讓一個小組(4—5名學(xué)生)一起到黑板前面演排，其中一名學(xué)生繪制所有構(gòu)件的受力圖；一名學(xué)生對該問題進(jìn)行分析，列出所有的未知力和未知加速度；一名學(xué)生列出所有的動力學(xué)方程；一名學(xué)生列出所有的加速度關(guān)系方程；一名學(xué)生對這些解答進(jìn)行檢查。當(dāng)這組學(xué)生回到座位后，教師接著請下面的其他同學(xué)對黑板上的解答進(jìn)行檢查，只要檢查出其解法有問題，就給該學(xué)生加分。通過這種方式，集合很多學(xué)生的努力，最后才能得到問題的正確解答。經(jīng)過幾次這樣的訓(xùn)練，會讓學(xué)生意識到，對于復(fù)雜的問題，要得到正確的結(jié)論，不是憑借一個人的力量可以做到的，需要集成許多人的努力。而這正是批判性思維所要求的思考方式。

5 結(jié)語

通過各種途徑提高學(xué)生的批判性思維能力，這已經(jīng)成為國內(nèi)外教育界的共識。筆者在理論力學(xué)教學(xué)中將批判性思維方法滲透在課堂教學(xué)的每一個環(huán)節(jié)之中，不僅加強了課堂教學(xué)效果，也在潛移默化中提高了學(xué)生的批判性思維能力。該方法可以在類似的理工科課堂教學(xué)中進(jìn)行推廣。

[1] 谷振詣，劉壯虎.批判性思維教程[M].北京：北京大學(xué)出版社，2013.

[2] 趙中建.21世紀(jì)世界高等教育的展望及其行動框架—98世界高等教育大會概述[J].教育發(fā)展研究，1998(12)：1-8.

[3] 林敏霞.高校英語閱讀教學(xué)中的批判性思維培養(yǎng)研究[J].高職英語教學(xué)，2015(20)：31-33.

[4] 葉云.國際教育背景下語文課堂教學(xué)批判性思維的培養(yǎng)[J].現(xiàn)代教育科學(xué)，2013(10)：48,118.

[5] 杜鳴.大學(xué)會計專業(yè)教學(xué)中批判性思維教學(xué)法的運用[J].陜西教育(高教)，2014(12)：42，48.

[6] 于德娥，楊建軍.預(yù)防醫(yī)學(xué)教改對學(xué)生批判性思維培養(yǎng)的探討[J].教育教學(xué)論壇，2015(43)：119-110.

[7] 包景東.在大學(xué)物理教學(xué)中引入批判性思維[J].大學(xué)物理，2015，34(7)：1-5.

Reform practice of critical thinking ability training in teaching of theoretical mechanics

SongShaoyun

(School of mechanical Engineering,Wuhan Polytechnic University, Wuhan, 430023)

Critical thinking education method in theoretical mechanics is discussed.Three education methods are discussed:four-steps method is adopted to prepare lesson plans to strengthen critical thinking process,problematic situation is introduced to reveal implicit assumption,and collaborative learning is used to clarify the forming process of reasonable conclusion.With these methods adopted, the enthusiasm of learning theoretical mechanics of students is activated,and the critical thinking ability of them is enhanced.

theoretical mechanics, teaching reform, critical thinking.

2017-01-10.

宋少云，男，教授，博士，E-mail：songshaoyun@whpu.edu.cn .

2095-7386(2017)01-0107-03

10.3969/j.issn.2095-7386.2017.01.023

G 642

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