在物理概念構建中提升批判性思維意識＊

蔣 鳴

（南京航空航天大學附屬高級中學，江蘇 南京 210007）

1 引言

“高中物理旨在進一步提高學生的科學素養”.［1］科學素養的核心是科學精神，質疑和批判則是科學精神的精髓，主要表現為批判性思維.批判性思維是創造型思維的必備條件.當代西方教育將批判性思維能力作為個人成長與教育的核心目標，認為只有具備創造型思維的強者，才能推動人類文明的進程.

“當下高中教學在相當大程度上偏離了合理的教學價值與目的，將教學演繹成教師簡單的灌輸、知識的反復強化、能力的不斷被操練.這種學習以分數為目的，以訓練、測試為手段，漠視教學本身的價值存在”.［2］這種“功利性學習”導致多數學生缺乏問題意識、質疑習慣和批判精神，對思維品質的優化發展形成障礙.

物理學的重大發現大多是建立在批判性思維基礎上的，物理思維具有高度的批判性.“學源于思、思源于疑”，質疑是物理概念構建過程中最基本的思維模式，也是批判性思維最重要的成份.因此，在物理概念教學中，有意識地培養學生的質疑意識和習慣，是促進學生批判性思維發展的重要途徑之一.

2 前概念對新概念構建的干擾

建構主義理論認為，“學習是建構心理表征的過程，學習者并不是把知識從外界搬到記憶中，而是以原有的經驗為基礎，通過與外界的相互作用來建構新的理解”.《列子·湯問篇》中“兩小兒辨日”的故事，很好地詮釋了上述理論.在接受感覺印象時人腦絕非一塊“白板”，學習物理概念之前，學生已從生活中積累了不少與該概念相關的感性認識，并由此形成了一幅被前科學概念、自身經驗及情感所主導的物理圖景，有一些觀念、概念可能是片面甚至錯誤的，會對正確構建新概念形成干擾.

構建物理概念過程中的主要思維障礙有：感性認識不足、思維方法不當、思維定勢影響、相關概念干擾.［3］相關概念干擾是指前概念（又稱前科學概念或前科學理論）對新概念的構建形成干擾，如果缺乏對前概念的反思與質疑，就不能完全排除其干擾，導致學生對新概念的理解偏差或困難.例如，受前概念“力”的干擾，學生會認為“慣性是一種力的作用”；還有相似前概念也會對新概念的理解產生障礙，如“路程與位移”、“速度與加速度”等.排除這種干擾的途徑是對前認知進行反思與質疑.批判性思維是一種反思性思維，在排除前概念干擾、認識物理本質時有不可替代的作用.

3 在物理概念構建中培養學生批判性思維的基本策略

能否排除前概念對構建新概念的干擾，直接決定學習效果.教師應發揮“助學者”的作用，在幫助學生建立新感性認識過程中，還必須引導學生積極參與對前認知的反思與質疑過程.如果不督促學生參與思維活動，教師的表述再清晰，對學生來說，生活經驗與科學概念、感性材料與理性認識仍處于分離狀態，無法對新概念形成完整的正確認識.即使將物理概念的定義背得滾瓜爛熟，也不能完全理解概念的本質.對一些相似前概念的內涵和外延，也只有在深入辨析后才能正確理解.在物理概念教學中，應以培養學生的質疑習慣、樹立批判意識為重要目標，促進學生批判性思維的發展.

3.1 質疑生活中的感性經驗

學生會在生活實踐中積累許多與物理有關的感性經驗，對一些事物的物理屬性形成一定的認識，但是，有些經驗可能是片面或錯誤的.例如，“只有浮在水面的物體才受到浮力，沉入水中的物體不受浮力”；“重的物體應該比輕的物體下落得快”；“摩擦力一定是阻礙物體運動的”；“物體只有受力才會運動”等.

案例1.構建“慣性”概念.

問題：研究“慣性”時，學生會認為“慣性是一種力”，還會認為“物體的速度越大慣性就越大”，不能正確理解“慣性是物體本身的一種屬性”.

分析：缺乏對前概念“力”的質疑，沒有排除“力”在構建“慣性”概念時的干擾.不能理解“動者恒動（剎車后還滑動）、靜者恒靜（重型機械有很重的底座）”的意義.

解決：（1）實驗與討論.實驗提供感性材料，討論“運動物體在不受任何外力作用時，運動狀態是否改變”？（2）排除前概念干擾.體驗“沒有力就不能改變運動狀態”，質疑“物體只有受力才會運動”.（3）形成新認識.對大量客觀認識進行概括，初步形成對運動的新認識：“力不是形成運動的原因”、“運動是物體的本質屬性”.（4）構建新概念.先理解“慣性”是為了描述“運動是物體的本質屬性”而引入的新概念，進一步理解“慣性不僅與力無關、也與運動狀態無關”.

3.2 反思相似前概念

在物理學體系中，各種概念之間既有相互聯系又有區別，學生時常不能區別一些相似的前概念，對新概念構建形成干擾，如“速度與加速度”、“干涉與衍射”、“熱量與內能”等.究其原因是缺乏對前概念的反思，而直接在新情境中運用.這是一種思維定勢，習慣用舊思維去面對新問題，缺少積極主動質疑習慣和批判意識.

分析：學生剛建立“速度”的概念，尚缺乏深入理解與廣泛運用.研究“加速度”時，學生認為問題的核心是“變化快慢”且又是“與運動有關”，就很容易不假思索地試圖用“速度”去解釋“加速度”問題.這是學生對相似前概念缺乏反思的典型表現.

解決：（1）回顧與反思.思考“速度的概念描述什么問題”；“如何用數學方法表達事物變化的快慢”.（2）體驗與討論.用真實的感性材料使學生體會“速度的變化也有快慢”，討論“如何描述速度變化的快慢”.（3）排除相似前概念干擾.分析“速度與加速度”的同異，理解兩者的共同屬性是“描述事物變化的快慢”，并無直接聯系，使學生認識到“加速度不能描述運動的快慢”.（4）深度思考.“加速度與速度變化的關系”.可用下列觀點辨析加深對“加速度”的理解.

（A）加速度增大，速度一定增大.

（B）速度變化量Δv越大，加速度就越大.

（C）物體有加速度，速度就增加.

（D）物體速度很大，加速度可能為0.

3.3 辨析物理概念的內涵和外延

案例3.對“重力”的再認識.

問題：限于教學要求，教材只給出一個比較模糊的概念：“重力是由于地球的吸引而產生的力”.這種概念呈現方式使不少學生心存疑慮：“重力到底是什么力”、“為什么要強調重力不是地球的吸引力”？

分析：考慮到中學生的認知水平和對中學物理知識基礎性的要求，人教版教材對“重力”的表述采用了一種簡約的語言，在學習“萬有引力”時也沒有對“重力”作出清楚的表述，這是造成疑惑的客觀因素.大多數學生缺乏對“重力”內涵的深入思考，這是造成疑惑的主觀因素.學生對“重力”的認識始終比較模糊，這恰好是培養學生批判性思維的良好契機，教師可以結合“萬有引力”的學習，通過辨析“重力”的內涵和外延，引導學生重新認識“重力”.

圖1

解決：（1）問題引導.“什么是重力”、“何時可以認為物體的重力等于地球對物體的引力”？用問題引導促使學生有進一步探究重力的愿望.（2）深度探究.萬有引力與重力的關系如圖1所示，設地球半徑為R，質量為m的物體放在A處，F為物體所受地球的吸引力，方向指向地心O，F1為物體隨地球自轉做圓周運動的向心力，F2就是物體的重力mg.可見，重力為地球引力的分力，不能說重力就是引力”.進一步探究重力和萬有引力間大小關系，可以解釋不考慮地球自轉或粗略估算時，可以認為物體的重力等于地球對物體的引力.（3）概念辨析.用下列問題辨析，引導學生重新認識“重力”.

（A）重力就是地球的萬有引力.

（B）重力是由于地球的吸引而使物體受到的力.

（C）重力就是地球的萬有引力的一個分力.

（D）重力是隨地球一起轉動的物體所受的指向地心的引力.

1 教育部.物理課程標準［S］.北京：人民教育出版社，2003：1.

2 陳杰.高中教學：求生在“人民滿意”與突圍應試之間［J］.上海教育科研，2013（6）：61.

3 田世昆，胡衛平.物理思維論［M］.南寧：廣西教育出版社，1996：202－206.

4 梁樹森.物理學習論［M］.南寧：廣西教育出版社，1996：145.