基于科學思維水平劃分的“質疑”素養三重境界提升策略

摘 要：質疑、創新是科學思維的高級階段.參照《高中物理課程標準（2017年版）》中科學思維的水平劃分，將初中物理質疑素養劃分為三重境界（三個等級），從九個切入點例談進階提升質疑素養的策略.

關鍵詞：質疑;科學思維;水平劃分;批判性思維

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）06-0014-05

作者簡介：周劍（1981-），男，江蘇儀征人，本科，中學高級教師，研究方向：中學物理教學與實驗研究.

1 引言

《普通高中物理課程標準（2017年版）》將科學思維分為五個等級水平，包含模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等四個方面素養，并給出不同水平等級的具體素養目標，見表1.

《義務教育物理課程標準（2011年版）》對初中物理質疑、創新的要求稍低，具體描述為獨立思考、尊重事實、敢于質疑、勇于創新.筆者提取高中物理科學思維水平劃分中“質疑、創新”部分，以進階形式呈現，減少水平劃分級數，給出初中物理科學思維中“質疑”素養的水平劃分，如圖1所示.結合案例，談談培養初中物理三重境界“質疑”素養的思考，以期找到初中物理“質疑”素養提升的準確切入點.

2 “質疑”與“疑問”

愛因斯坦說：“提出一個問題比解決一個問題更

重要.” 在那些完全聽從教師的才是好學生的舊觀念下，學生獨立思考的積極性被扼殺了，又埋沒了多少伽利略和愛因斯坦呢？在當前發展學生核心素養的大背景下，“質疑”素養顯得尤為重要.

那么，質疑是否等同于疑問呢？

古希臘學者亞里士多德曾認為，物體下落快慢是由自身的重量決定的，即物體越重，下落越快.伽利略進行了相關的思考，選擇不同重量的物體，進行自由下落實驗，發現不同重量的物體同時下落且幾乎同時落地這一驚奇現象，他帶領學生多視角分析，若是將兩個重量不同的物體綁在一起，再同時落下，則會出現下落加快還是下落減慢呢？結合實驗結果推理得出相悖的結論，對亞里士多德的結論進行質疑，推翻了近2000年來人們一直堅信不疑的結論，最終得出自由落體運動規律.

由上可知，物理學中質疑不是簡單的疑問.質疑是對物理研究對象、內容和過程等進行合理的分析，并有理有據地提出相應質詢的問題，它是科學思維高級部分.

3 初中物理“質疑”素養三重境界的提升策略

法國著名思想家狄德羅說過：“質疑是邁向哲理的第一步.” 初中是物理學科培養質疑素養的啟蒙階段，教師應該鼓勵學生質疑自己所遇到的問題.

筆者借鑒佛教禪宗的人生三重境界，來描述不同層次的質疑素養水平，彼此間呈階梯上升的遞進關系.由于初中物理質疑水平劃分的具體目標表述和質疑的三重境界有點脫節，故而增加二級指標，見表2，即質疑的意識、習慣、態度、勇氣、途徑、技能、視角、深度以及精神，會使得質疑素養水平劃分架構更完善，便于實際操作.下面結合教學案例談談質疑素養的提升策略.

3.1 第一重境界——初級水平，謂之“見山是山，見水是水”

第一重境界：見山是山，見水是水.涉世之初，童真無瑕，所有事物皆為本原.山本是山，水本是水.正如學物理之初，學生眼里都是物理概念、規律、公式等學科知識，不曾懷疑.此時，質疑水平尚處于初級階段.從質疑的意識、態度和習慣等三個方面提升，具體目標表述為：能自我思考，聽取他人意見，作出簡單判斷.

3.1.1 預埋沖突，啟發思考，喚醒意識

案例1 在“直線運動”教學中，故意以勻速豎直上下的電梯動圖為例，請學生猜想電梯上升時的運動快慢情況.學生看圖后，認為電梯應該是做快慢一樣的直線運動.

整個過程感覺都是一樣嗎？

學生仔細回憶坐電梯感覺，發現前段、中段和末段的感覺不一樣，啟發學生思考，說明電梯在不同的階段運動快慢不同，只有中段運動時平穩，再聚焦研究電梯中各段的運動狀態，順理成章地引入直線運動概念.

在教學過程中，學生由生活中乘電梯的經驗與動圖對比，發現事實與想象的不同，產生認知沖突，啟發思考的興趣，再得出不一樣的想法，對前面的判斷產生了疑問，喚醒了質疑的意識.

3.1.2 構異素材，聽取意見，端正態度

案例2 對教材中“二力平衡”的實驗素材進行構異，給出如圖2所示的題目，其中素材源于教材，同時又異于教材.

學生剛開始覺得沒什么，對待題目態度很隨意，筆者提示通過與課本進行比較，學生發現似曾相識，互相討論后，有學生提出和教材中研究二力平衡條件的實驗相似，也有學生提出不同的意見，認為和滑動摩檫力的測量相似.

此時，提醒學生聽取不同的意見，再進一步綜合，最終得出該題素材源自教材，既不是二力平衡的條件實驗，也不是滑動摩擦力的測量實驗，而是教材中兩者的混合改進版，是對上述兩個實驗的融合與創新.在交流活動中認識到素材的關聯和不同，促使學生端正了質疑的態度.

3.1.3 創設情境，對比判斷，形成習慣

案例3 在“電能表、電功”一節教學中，需要滲透節約用電意識，以廣告視頻中將電留給更需要的人為主題，引出測量用電量的電能表.創設了兩個廣告情境，如圖3所示，情境1：貧困山區的小女孩焦急地等待電的到來;情境2：大城市的白領卻在光線充足時開著燈.

請學生觀看情境1并判斷，視頻中表達的主題是什么？

學生會想到“缺電”，再請學生觀看情境2，質疑1：學生對前面的判斷產生懷疑，又會想到“費電”.質疑2：再將兩個視頻情境放在一個視頻中同時播放，形成鮮明的對比，學生對前面的判斷又產生疑問，再次判斷會得出“節約用電”.質疑3：還能從視頻中看出什么？學生又對比白領關燈同時學生亮燈的現象，最終得出：“將電留給更需要的人.”

在此過程中，學生對前面的想法多次疑問，重新認識和自我修正，形成質疑的習慣.

3.2 第二重境界——中級水平，謂之“見山不是山，見水不是水”

第二重境界：見山不是山，見水不是水.歷事漸多，霧里看花，似真似幻，見山會迷失，見水會沉淪.我們對事物多了現實和理性的思考，山亦不是單純的山，水亦就不是單純的水.隨著我們學習豐富的物理知識后，發現有些觀點并不能令人信服，由事實依據開始懷疑.此時，質疑水平恰處于中級階段.從質疑的勇氣、途徑和技能等三個方面提升，具體目標表述為：在事實基礎上，敢于提出自己的見解，對已有的觀點提出質疑.

3.2.1 探究經典，尊重事實，增加勇氣

案例4 在“熱牛奶和冷牛奶誰先凍結”的教學活動中，學生根據自身的認知，多數認為冷的牛奶先凍結.

此時提醒學生不著急下結論，鼓勵學生回家動手做一做，看看有什么發現？

在家做實驗的過程中，有不少學生發現“奇怪”的現象，即熱牛奶比冷牛奶先凍結的事實.根據實驗結果，開始質疑前面的觀點，教師揭示學生所做的實驗是著名的“姆潘巴效應”實驗.

由此，學生重溫了經典實驗，在事實基礎上，再次提出新的見解，對自己之前的觀點產生懷疑.學生再去閱讀姆潘巴的故事，被姆潘巴的敢于大膽質疑所鼓舞，從中獲得了質疑的勇氣.

3.2.2 建構模型，表達見解，拓展途徑

案例5 在“原子內部結構”的教學中，播放α粒子轟擊金箔的視頻，請學生觀察現象，并結合湯姆生的原子假想模型回答現象說明了什么？

研究抽象的對象和內容，常常需要建構模型，學生通過實驗現象，認為湯姆生的原子模型無法解釋α粒子散射實驗，質疑該模型有缺陷，需要改進.學生分析現象后，開始跟同伴辯論，經筆者引導后，互相討論，許多學生能提出自己的想法.最終達成共識，得出原子內部存在一個體積非常小，但是質量又很大，并且帶正電的東西.

如果依據共識建構一個模型，應該是什么樣的？

學生按照結論容易建構出類似盧瑟福原子核式結構模型，筆者再揭示該模型就是著名的盧瑟福的原子核式結構模型，學生感到既驚訝又驚喜.

在此教學過程中，學生學到建構模型來研究微觀粒子，質疑前人的結論，表達自己的見解，延伸到研究其他抽象的對象和內容也可參考，拓展了質疑的途徑，結合原子結構發展史，明白科學知識在質疑中可以不斷發展、不斷進步、不斷完善的過程.

3.2.3 分析錯題，審視觀點，強化技能

案例6 電動機的電阻為1Ω，將它直接接在電壓為12V的電源上，用電流表測得的電路中流過電動機的電流為2A，求電動機的電功率.

部分學生直接用電壓乘以電流得出電功率為24W，但有部分學生認為電動機電壓為12V，電阻為1Ω，按照歐姆定律計算出電流應該是12A才對，怎么會是2A呢？甚至提出題目有誤的觀點.

針對他們的質疑，筆者帶領學生分析題目，確定電動機的電路是非純電阻電路，重新認識歐姆定律的成立是有條件的，即必須在純電阻電路中才成立.再引導學生深入分析，假如電流按12A計算，電動機總電功率和電熱功率相等，就不能對外輸出機械功率了，也就不能對外轉化機械能，那就不能稱為電動機了，反過來質疑自己的觀點是否正確.

在質疑中反復審視自己的觀點，提高對歐姆定律適用條件的認識，繼續深入分析，強化了質疑的技能.

3.3 第三重境界——高級水平，謂之“見山還是山，見水還是水”

第三重境界：見山還是山，見水還是水.此乃洞察萬物后的返璞歸真，歷久彌新，反省愈深.對事物有更加清晰的認識，山還是山，水還是水，只是此刻的山和水，已是別樣的意義存在.正如物理知識從碎片到體系，思維從低級到高級，再看物理知識、規律、公式等依然在那，只是多了別樣的意義.此時，質疑水平已處于高級階段.從質疑的視角、深度和精神等三個方面提升，具體目標表述為：能對已有的觀點和結論提出有依據的質疑，從不同角度思考，采用不同方式解決物理問題.

3.3.1 推理證據，辨析結論，拓寬視角

案例7 在“探究電功的影響因素”活動中，學生很容易猜想電功和電壓、電流、通電時間有關，但是電阻這個因素一旦提出，很難解釋清楚，連教材都改為了驗證性實驗.針對課本上電功只與電壓、電流和通電時間有關的結論，學生會提出質疑.如何得出電功與電阻無關的結論？此時，培養學生依據證據推理出結論，對提高質疑水平至關重要.

從初中物理角度看，用物理實驗現象進行串、并聯電路反證教學.將兩個小燈泡L1（3V 3W）和小燈泡L2（3V 0.75W）串聯，如圖4所示，燈泡兩端各接一個電壓表，閉合開關，通電相同時間，根據燈泡L2更亮及電壓表V2的示數大的現象，推理得出：電流相同時，電壓大的燈泡L2的電功大.

再將兩個燈泡并聯，如圖5所示，燈泡兩端各串一個電流表，閉合開關，根據燈泡L1更亮及電流表A1示數大的現象，推理得出：電壓相同，電流大的燈泡L1的電功大.綜合發現電阻大的燈泡L2居然在并聯中亮度沒有燈泡L1亮，與串聯中的現象正好相反，反證電功和電阻無關.

在筆者的引導下，學生對以上分析反證得出的結論提出質疑，認為不符合控制變量法，電阻改變同時電壓也變了，得出的結論有些牽強.此時，提示學生可以換個角度，再來推理.

從高中物理角度看，電功是電場力對自由電荷作用，使其發生定向運動，在電場力的方向上移動一定距離，從而對其做功，簡稱電功.由于力做功和受到的阻力（阻礙作用）大小f無關，通過類比電功和功，自由電荷在導體中也受阻礙的作用，即電阻R，猜想電功應該與電阻也無關.高中教材中都是用建模和等效的方法得出表達式W=qU，如圖6所示，其中q為一段時間通過橫截面積的總電量，代入q=It，推導出表達式W=UIt，由該定量公式，得到電功應該和電阻無關的結論.有理有據，學生也比較信服（此部分由教師完成）.

從不同的角度尋找證據，推理出結論，并辨析結論的合理性，能拓寬質疑的視角，讓結論更具科學性.

3.3.2 論證反例，轉變方式，挖掘深度

案例8 在“力的作用效果”教學中，最終得出力是改變物體運動狀態的原因.部分學生提出質疑，認為力是維持物體運動的原因.

針對學生的質疑，如何反駁呢？

可以采取反例來論證，如人的腳對足球施力，足球就運動了，但當人的腳離開足球，對足球沒有再施力，足球仍然能在地面上繼續滾動.由以上現象說明足球的運動不是力維持的.再進一步轉變方式，從足球最終的運動會停止來逆向分析，足球在地面上運動時受到了阻力，如果力是維持物體運動的原因，那么物體應該停不下來，甚至是反向運動，而事實并非如此，又一次證明力不是維持物體運動的原因.綜合兩種方式得出力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動的原因.

以上的反例論證，簡潔明了.從正反兩種方式進行分析，并得出結論，有效地解決問題，并能從多種方式分析、論證結論的合理性，挖掘了質疑的深度.

3.3.3 評價悖論，批判創新，塑造精神

案例9 某天，筆者在上課時正好講到對一道題目的錯解，苦惱學生不會質疑.發現一位學生上課偷玩手機，將他的手機沒收，就地取材，想到借“鱷魚困境悖論”培養學生質疑精神，于是當著學生的面表態：“我保證，如果你能猜到我想怎么辦，我就將手機還給你.”

這個學生猜：“老師不會將手機還給他.”

請其他學生評價剛才的言論，學生們立刻來了興致，一副看熱鬧不嫌事大的心態.熱烈討論并分析得出：如果老師不想還手機，那么學生就猜對了，老師就必須把手機還給學生，否則老師違背了諾言;如果老師將手機還給他，那么學生就猜錯了，老師又違背了諾言.

學生分析后產生質疑，上述老師和學生的對話看似已成為“悖論”，如何解悖呢？

解析：老師“想怎么辦”是一種心理狀態，老師“把手機還給學生”是一種行為，二者是兩個不同時間階段.同樣，這個學生猜“老師不會將手機還給他”是老師心理狀態，后來“老師將手機還給他”是老師行為.心理狀態和行為之間同時存在并不矛盾，恰恰這個學生猜對了老師的心理“不把手機還給他”，所以，老師為了履行諾言，必須在行動上把手機還給他.用對稱邏輯通過限定時間范圍，使語言的內容和對象對稱，順利解悖.

再和學生分享愛因斯坦的故事，他用了10年的時間思考，解開了自己當初提出的追光悖論，并由此創新地提出狹義相對論.

回到課堂主題，學生重新審視錯題，紛紛提出質疑，并嘗試給出新的解題思路.

“悖論”教學是使學生思維認識產生矛盾，對原有的認知結構沖擊，打破原有的平衡態.評價悖論能有效激發學生的學習興趣，產生認知的內在驅動力.在重建和完善認知結構的過程中批判創新，有利于質疑精神的養成.

4 結語

綜上，將科學思維中質疑素養進行等級水平劃分，每個等級再對應三級指標，各級指標間銜接和過渡更加自然，使得初中物理的質疑素養水平架構更加完善.通過教學反饋證明，從幾個具體切入點培養，能有效地提升學生的質疑素養水平.實踐表明，質疑不完全是對前面認知顛覆，還能啟發新知識的學習;完善前面知識的認知結構;提升原有認知的層次等.

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（收稿日期：2020-10-23）