從“批判性思維”視角窺探“創(chuàng)新能力”培養(yǎng)

李棠璽 孫鵬偉

(西安交通大學附屬中學 陜西 西安 710043)

1 問題的提出

1.1 物理學科中的“創(chuàng)新能力”

自1991年高考大綱的頒布，作為體現人才選拔主旨要素的“關鍵能力”考查，物理學科為“理解能力、推理能力、分析綜合能力、應用數學解決物理問題能力和實驗能力”(以下簡稱“原5種能力”)[1]，并且一直持續(xù)到 2019 年的考試大綱.隨著《中國高考評價體系》(以下簡稱“評價體系”)的發(fā)布，教育部考試中心(以下簡稱“考試中心”)就物理學科高考的“關鍵能力”提出了新的建構，即基于評價體系的物理學科“關鍵能力”為“理解能力、推理論證能力、模型建構能力、實驗探究能力和創(chuàng)新能力”[2].

1.2 批判性思維能力

在“評價體系”中就“關鍵能力”的考查建構了“三大關鍵能力群”，在其中“思維認知能力群”的6種關鍵思維能力中提出了“批判性思維能力”[3].據此，“考試中心”在對2020年高考物理試題課標卷的評析中，就試題在關鍵能力方面考查的論述中，提出了“試題注重對批判性思維能力的考查”的觀點[4]，而在此之前，命題專家均圍繞“原5種能力”論述，從未提到“批判性思維能力”，那么，命題專家又緣何在對當年試題的評析中提出這一論點呢？“創(chuàng)新能力”與“批判性思維能力”之間有何關系呢？

2 問題的窺探

2.1 批判性思維的核心指向“創(chuàng)新能力”

近代史上，很多學者都對批判性思維的具體內涵做了定義.其中，最被廣泛接受的是國際批判性思維權威、美國批判性思維國家理事會主席理查德·保羅在他的《批判性思維工具》一書中定義:“所謂批判性思維，是針對相信什么或做什么的決定，而進行的理性的反省思維.”批判性思維的核心和精髓就是從“提問”開始，一個不善于提問的人不會是優(yōu)秀的批判性思考者，真正能推動思維發(fā)展的是“問題”，所提出問題的質量決定著你思維的質量.他甚至比較絕對地說道，那些學科(例如物理學或生物學)的奠基人，如果不善于提出問題，那么這學科就不可能發(fā)展起來[5].基于“評價體系”指向的“創(chuàng)新能力”，張春麗在《對“基于高考評價體系的五種關鍵能力”含義界定的嘗試》一文中提出：“創(chuàng)新能力”是指在已有經驗的基礎上，通過自主學習和獨立思考，發(fā)現新問題、獲取新知識、創(chuàng)造新方法、解決新問題的能力[6].據此，從發(fā)現或提出有價值 “問題”的視角窺探，批判性思維的核心是指向創(chuàng)新能力，因此，考查考生是否具有“提出有價值問題”的能力，也一直是高考命題專家的守望，例如，2018年高考全國卷Ⅱ理綜第15題、第20題：

【例1】高空墜物極易對行人造成傷害.若一個50 g的雞蛋從一居民樓的25層墜下，與地面的撞擊時間約為 2 ms，則該雞蛋對地面產生的沖擊力約為( )

A．10 N B．102N C．103N D．104N

評析：具有批判性思維能力(或創(chuàng)新能力)的考生，若根據已有的經驗提出這樣的問題,10 N的沖擊力能造成傷害嗎？10 000 N的沖擊力對人造成的是傷害還是傷亡？ 自然排除了選項A,D.

【例2】2017 年，人類第一次直接探測到來自雙中子星合并的引力波.根據科學家們復原的過程，在兩顆中子星合并前約100 s 時，它們相距約400 km，繞二者連線上的某點每秒轉動12 圈，將兩顆中子星都看作是質量均勻分布的球體，由這些數據、萬有引力常量并利用牛頓力學知識，可估算出這一時刻兩顆中子星( )

A．質量之積 B．質量之和

C．速率之和 D．各自的自轉角速度

2.2 批判性思維的核心原則指向“創(chuàng)新能力”的要求

批判性思維的核心原則是質疑和求證，即在面對問題時不會輕易接受既有結論，通過獨立思考和邏輯思辨，評估問題的深度、廣度以及邏輯性，從而得出有創(chuàng)造性的見解.而物理學科的“創(chuàng)新能力”要求在面對問題時，能對已有結論提出合理質疑，在面對新穎或復雜的物理情境時，能發(fā)現新問題，能創(chuàng)造性地構建新的物理模型，應用新思路、新方法解決問題.因此，批判性思維的核心原則與“創(chuàng)新能力”的要求是一脈相承.基于此，命題專家提出的“試題注重對批判性思維能力”的考查，其指向就是對“創(chuàng)新能力”的考查.例如，2020年高考全國卷Ⅰ理綜第21題：

【例3】如圖1，U形光滑金屬框abcd置于水平絕緣平臺上，ab和cd邊平行，和bc邊垂直.ab和cd足夠長，整個金屬框電阻可忽略，一根具有一定電阻的導體棒MN置于金屬框上，用水平恒力F向右拉動金屬框，運動過程中，裝置始終處于豎直向下的勻強磁場中，MN與金屬框保持良好接觸，且與bc邊保持平行.經過一段時間后( )

圖1 例3題圖

A．金屬框的速度大小趨于恒定值

B．金屬框的加速度大小趨于恒定值

C．導體棒所受安培力的大小趨于恒定值

D．導體棒到金屬框bc邊的距離趨于恒定值

評析：對該試題的分析，可以有多種途徑、多種方法和多元思維，但若從批判性思維的視角分析判斷，有以下幾方面.

第一，評估問題.金屬框帶動導體棒先后切割磁感線，使回路中產生了變化的感應電流，兩者都受到變化的安培力，都向右做非勻變速運動，其中金屬框做加速度逐漸減小的加速運動，導體棒做加速度逐漸增大的加速運動.

第二，提出問題.根據對問題情境的評估，提出“兩者運動的加速度能否趨于相等”？的問題.

第三，求證問題.根據電磁感應規(guī)律及牛頓第二定律可得:

對于金屬框

對于導體棒

第四，發(fā)現新問題.金屬框和導體棒的加速度大小都和(v框-v棒)成線性關系，即(v框-v棒)可以確定金屬框和導體棒的加速度大小變化趨勢，但不能確定金屬框速度大小及導體棒到金屬框bc邊距離大小變化的趨勢.

第六，構建新模型.在同一個坐標系中建立金屬框和導體棒運動的速度-時間圖像，如圖2所示，則由圖像的物理意義可得選項D錯誤.

圖2 速度-時間圖像

3 問題的落實

3.1 讓教材成為引發(fā)質疑與創(chuàng)新的第一藍本

人教版高中物理新教材依據《普通高中物理課程標準(2017年版)》(以下簡稱“新課標”)所提出的“引導學生自主學習，提倡教學方式多樣化”的課程理念，編寫內容的突出特點表現為(與舊教材相比較)：首先，在每節(jié)開始都設置了一個“問題”欄目，通過創(chuàng)設一個“問題情境”，旨在引發(fā)學生對所要學習內容的主動思考和培養(yǎng)學生提出問題的意識及能力，進而培養(yǎng)學生能夠提出“有質量問題”的能力[7]；其次，新教材全書絕大部分內容是以探究的思路展開并將科學探究的“三重意義”貫穿始終，以至全書的語言風格都是為引導學生探究、質疑而確定的.旨在引導學生在主動探究、建構知識的基礎上形成物理觀念，為學生提供質疑與探究的機會[8].尤其教材中涉及的實驗內容、演示實驗、學生實驗等都不把現象甚至結論和盤托出，而是用啟發(fā)性的語言引導學生自己觀察、發(fā)現與思考，自己提出問題并尋找問題的答案.例如，新教材必修第二冊第五章第3節(jié)“實驗：探究平拋運動的特點”一節(jié)內容，與舊教材比較：首先，新教材增加了“運動的合成與分解”一節(jié)內容并置于該節(jié)之前，在學生明確了研究曲線運動的物理思想和方法的基礎上，使學生能夠自我開展探究；第二，本節(jié)置于“拋體運動的規(guī)律”之前，不僅給予學生以“真實的自我”對平拋運動的探究中提出各種“猜想”的空間，而且也能夠促使學生帶著“好奇”的興致針對結論進行“主動的反復探究”；第三，先給出科學探究理念層面上的兩個“實驗方案”，給予學生在“動手探究”前先“動腦探究”的思路和方法上指導；第四，所給出的兩個實驗“參考案例”，其目的一是激發(fā)學生“參與探究”的興致以培養(yǎng)科學探究情趣和“創(chuàng)新探究”的激情，二是觸發(fā)學生“實驗探究”的創(chuàng)新，培養(yǎng)質疑創(chuàng)新能力；第五，節(jié)后“習題”又設置了讓學生利用身邊的器材并采用控制變量法的兩個“探究實驗”.至此，教材顯性呈現平拋運動特點的探究實驗案例共5個，且每一個都沒有給出完整的實驗方案或過程，即每一個都給予學生可質疑的空間和可求證的方法，同時這種“反復探究”的背后給予學生的就是質疑和求證的“一種精神”.

3.2 讓課堂成為引發(fā)質疑與創(chuàng)新的真實場域

從認知學習領域目標的“金字塔”能力目標視角來看，批判性思維就是“識記、理解、運用、分析、評價和創(chuàng)造”連續(xù)6個層級中的高階思維——分析、評價和創(chuàng)造.因此，要使課堂成為引發(fā)質疑與創(chuàng)新的真實場域，首先，從教學目標的確定上，要注重引發(fā)質疑、注重從高階思維層面來確立科學的教學目標.新課標頒布后，明確將“注重體現物理學科本質，培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)”作為課程目標，其中核心素養(yǎng)中“科學思維”所包含的“模型建構、科學推理、科學論證、質疑創(chuàng)新”要素幾乎都屬于高階思維層面，所以“為高階思維而教”，不僅是確保物理學科核心素養(yǎng)落地的關鍵，而且也是確保使課堂能夠引發(fā)質疑與創(chuàng)新真實場域的前提.其次，要注重設計基于互動式、啟發(fā)式、探究式、體驗式等多樣化課堂教學形式，使學生通過“共同的互動、相互的啟發(fā)、真實的探究、親歷的體驗”的學習過程，培養(yǎng)學生發(fā)現新問題、獲取新知識、創(chuàng)造新方法、解決新問題的能力，潛移默化地培養(yǎng)學生獨立思考與質疑精神，提升學生質疑與創(chuàng)新的品質.

總之，創(chuàng)新是當代社會的主旋律，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力從培養(yǎng)學生的批判性思維能力開始，切實將培養(yǎng)批判性思維能力落實于學習的全過程.