抑制控制與批判性思維的關系及其對物理教學的啟示

肖洋"，博士，華南師范大學教授、博導，物理教育研究所副所長，國家教材建設重點研究基地（中小學物理教材研究）副主任。研究方向為物理教育測評、學科教學知識與學習科學，主持國家社科基金、國家自科基金等縱向課題4項。在《International Journal ofScienceEducation》《PhysicalReviewPhysicsEducationResearch》等國內外期刊發表論文數十篇。獲第六屆全國高校青教賽一等獎、廣東省青教賽理科組第一名及五一勞動獎章。

摘要;批判性思維是促使學生深度理解物理概念并提升其解決復雜問題能力的關鍵因素。然而，傳統教學多聚焦于批判性思維相關的分析推理技能，較少關注批判性思維的認知基礎。通過分析三個典型的物理學習案例，揭示批判性思維在物理學習中的表現特征。在此基礎上，基于雙加工理論和抑制控制理論，提出物理學習中批判性思維的認知基礎在于學生能否識別并抑制直覺優勢反應，轉而調動系統2進行理性思考。接著，從認知行為與神經機制兩個方面梳理抑制控制與批判性思維的實證證據。最后，從抑制控制訓練融入物理課堂、提供支持性的物理課堂環境、抑制控制的自我監控與實踐等方面提出對物理教學的啟示。

關鍵詞：批判性思維；抑制控制；雙加工理論中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A

批判性思維是21世紀人才應該具備的關鍵能力，尤其在科學教育領域，其對于學生形成理性判斷、批判評估與創新表達的能力尤為重要。習近平總書記在中國科協第十次全國代表大會上的講話中特別指出：“要更加重視人才自主培養，更加重視科學精神、創新能力、批判性思維的培養培育。國內外科學課程亦高度強調批判性思維的重要性[2-3]，如《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》指出：“需要培養學生能夠基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑和批判，進行檢驗和修正，進而提出創新性見解的能力與品質”[2]。

然而，我國青少年的批判性思維能力發展仍文章編號：1003-6148（2025）6-0001-7面臨相當大的挑戰。Loyalka等人對中、美、印、俄四國STEM專業大學生的追蹤調查發現，中國大學生在入學時批判性思維能力與他國相當，但在四年后出現顯著下降[4]。因此，僅依賴邏輯訓練或知識灌輸可能不足以支撐學生批判性思維的持續發展。

近年來，來自認知心理學和神經科學的研究為理解批判性思維提供了新視角。研究指出，批判性思維不僅依賴推理技能，還受到個體能否抑制系統1產生的直覺性優勢反應、成功調動系統2 進行邏輯加工的制約[5]。例如，在物理學習中，學習者可能會因套用直覺或經驗法則而作出錯誤判斷。這些快速反應往往具有高度自動化特征，難以被意識到，因而需要抑制控制的參與才能啟動反思性或批判性的思維加工。

本文基于雙加工理論與抑制控制理論，指出物理學習中批判性思維的認知基礎在于學習者能否識別并抑制直覺優勢反應，轉而調動系統2進行理性思考，這種抑制系統1和調動系統2的能力與執行功能中的抑制控制密切相關。本文在回顧批判性思維內涵的基礎上，通過三個典型的物理學習案例揭示批判性思維在物理學習中的表現，進一步從理論和實證層面梳理了抑制控制與批判性思維之間的關聯。在此基礎上，本文還從抑制控制的視角對物理教學中培養學生的批判性思維提出了建議。

1 物理學習中的批判性思維

1.1 批判性思維的基本內涵

批判性思維的概念最早可追溯至杜威（Dewey）提出的“反省性思維”，即一種能主動對問題進行反復思考，從而獲得新認識的思維方式[。恩尼斯（Ennis）在此基礎上進一步強調了“合理性\"維度，將批判性思維定義為：“合理而反思性的思考，旨在決定人們是否相信某事或該如何行動”[7]。在此基礎上，范西昂（Facione）采用德爾菲法組織46位美國批判性思維方面的專家開展多輪咨詢，提出了具有廣泛影響力的定義—“批判性思維是一種有目的的、自我調節的判斷過程，涵蓋對證據、概念、方法、標準和情境等方面的解釋、分析、評估、推理與闡釋”8]。后續研究進一步指出，元認知尤其是自我監控與自我調節，在有效進行批判性思維中同樣扮演著重要角色[9]。

批判性思維不僅是公民在社會中的核心素養，更是各專業領域不可或缺的關鍵能力，它有助于個體避免先入為主的信念干擾、基于證據和邏輯得出合理結論[\"0]。盡管如此，學界在“批判性思維是否為通用能力\"或者說是否需要考慮其“學科特定性\"這一問題上存在爭議。一方面，有學者強調其作為領域通用技能的價值[11-2]；而有的學者則強調，有效的批判性思維實踐往往依賴于具體學科背景與對領域知識的理解[13-14]。為整合這一爭論，近年來研究者傾向于采納一種折衷觀點：批判性思維在某些基本技能上具有遷移性，但其應用成效又不可避免地依賴于特定領域的知識[15]

在技能層面，多數學者一致認為，批判性思維至少包括解釋、假設建構、分析、評估、推理、闡釋與反思等方面[8，11，16]。批判性思維不僅是一系列可習得的認知技能，更體現為一種主動使用這些技能的穩定心理傾向。所謂傾向，指的是個人在面對問題決策或信息時所表現出的積極態度和習慣性思維方式[8]。研究者普遍強調尋求真理性、思想開放性、分析性、系統性、自信性、好詢問性和成熟性等核心傾向[17-18]。這些傾向在實際思維過程中的調節作用不容忽視：即使個體擁有高水平的思維技能，若缺乏積極使用這些技能的動機，其批判性思維也難以有效發揮。換言之，批判性思維傾向決定了個體是否愿意主動運用批判性思維技能去解決問題和作出合理判斷[8]。本文并不試圖對技能與傾向作出明確的界定，而是希望從整體上幫助讀者理解批判性思維所涵蓋的基本組成要素。下面將結合具體實例，闡述批判性思維在物理學習與問題解決中的表現。

1.2 批判性思維在物理學習中的表現

物理學不僅是一門解釋自然現象的科學，更強調邏輯推理、條件分析和證據使用的思維方式。在物理學習中，學生常常受到直覺經驗、刻板印象或簡化思維模式的影響，容易陷入一種“認知捷徑\"的陷阱，從而作出片面或不合理的判斷。批判性思維技能要求個體能在面對復雜或真實物理問題時進行解釋、分析、推理和評估，而批判性思維傾向則促使學生在上述認知過程中表現出真理尋求、開放心態等態度傾向。本文試圖通過三個案例展示批判性思維在物理學習中的具體表現。

【案例一】“容器側壁的孔中噴出的液體”與簡單因果解釋

人民教育出版社義務教育教科書物理八年級下冊第九章第二節“液體的壓強\"曾有一張配圖，展示了液體從容器側壁的孔中噴出（圖1），其原意在于說明液體對側壁有壓強。但由于原配圖畫了兩個孔，學生會觀察到液體從不同高度的容器側壁孔中射出時，下孔的射程明顯遠于上孔。需要指出的是，目前修訂后的版本僅保留了一個側壁的孔。在觀察原兩孔的配圖時，學生常表現出一種“簡化解釋傾向”—“深度越深、壓強越大、水噴得越遠”，從而直接得出“噴射距離由壓強決定\"的單因果結論。這一解釋的合理性顯然有所欠缺，而從批判性思維思考的技能要求出發，學習者應進一步展開分析與推理：液體射程是否僅由壓強/小孔處液體的深度決定？是否還與小孔處的液面高度等變量相關？若僅滿足于第一印象或直覺思維形成的解釋，批判性思維技能中的分析與推理可能尚未充分發揮作用。同時，學生若具備開放心態與真理尋求的傾向，也更可能主動質疑已有解釋，探索更多變量，而非滿足于單一的原因。總的來說，這一案例展示了批判性思維在物理學習中進行因果機制推理的重要性。

【案例二】“電阻率隨溫度變化”與論證有效性的識別

在物理學習中，經常會要求學習者對實驗測得的一系列數據進行歸納推理。例如，在《電磁學批判性思維測驗》中有一個關于論證有效性的題目，通過呈現如表1所示的測量數據，要求作答者根據數據判斷能否得出“電阻率隨溫度升高而增大\"的論點[19]。學生在觀察到表格中數值整體隨溫度遞增后，可能會迅速給出肯定的判斷，并以“從數據中可以看出電阻率的數值一直在隨溫度升高而增大\"為理由支持該論點。然而，批判性思維在此問題中可能發揮關鍵作用，即引導學生深入質疑結論的適用范圍與證據的邊界條件。首先，該數據僅涉及四種金屬（鋁、金、鐵、銅），因此所得結論只能適用于這四種材料，不能直接推廣至所有金屬材料。其次，該實驗數據覆蓋的溫度范圍為 100K 到 800K ，超出該溫度區間的變化趨勢并未被測量，結論也不應外推至其他溫度條件。此外，更具批判性的學生還可能進一步提出：該結論僅適用于金屬材料，對于具有完全不同導電機制的半導體而言，電阻率與溫度的關系反而可能呈負相關。這種能力不僅體現了對于物理知識的準確掌握，更顯示了對歸納推理的條件性和局限性的意識。若學生具備較高的系統性思維傾向，就更容易在分析過程中考察前提、限制條件和某些可能的例外情形，避免認知上的泛化偏誤。總的來說，這一案例強調了批判性思維中的論證分析和評估決策技能，以及系統性思維傾向在物理學習中處理實驗數據和形成結論方面的關鍵作用。

【案例三】“鋁制品沉浮問題”與前提假設的建立

在我們團隊開發的物理學科背景下的批判性思維測驗中，曾設計了這樣一個問題一“一個鋁制品放人水中會處于什么狀態”，多數學生會直接回答“沉下去”，理由是“鋁的密度大于水\"[20]。學生若僅依賴于表面信息（如鋁制品），基于鋁密度大于水的物理知識，便會簡單推斷鋁制品必定沉入水中。學生此時如果具有較高水平的批判性思維，將會進一步反思：鋁制品是實心的嗎？其是否為空心？是否具有特定的結構？批判性思維此時將促使學習者從經驗推斷和對物理規律的機械運用轉向條件推理，即不僅僅依賴記憶中的物理規律，還要明確其適用前提與可能變因。在回答上述問題時，學習者必須明確地假設物體的形狀和構造，然后再接著基于相關的物理原理進行推理論證。如果學習者認為鋁制品可能會沉人水中，那么其往往是基于鋁的密度大于水的密度的物理知識。為了維護其推理過程，其必須假設鋁制品只由表面平整、具有一定厚度的實心鋁制成。此外，若學生具備較高的思想開放性與分析性思維傾向，就更可能主動檢視自身的推理過程，提出例如“如果它是碗狀或內部空心會怎么樣”等追問，從而拓展思維多樣化的路徑。在上述例子中，只有當學習者能夠清晰地表達自己的假設前提（如“實心\"“密度均勻”，并對推理進行反省修正時，才能真正彰顯出批判性思維的發生。

上述三個案例呈現出批判性思維在物理學習中發揮作用的一些典型場景，學習者缺乏批判性思維時可能表現出簡化因果解釋、泛化歸納結論、缺乏前提假設。這些問題的背后往往是解釋、分析、推理與評估等批判性思維技能未能得到有效調動，以及真理尋求、開放心態、系統性等傾向未能積極發揮作用。在物理學習過程中，學習者若能不斷提升上述技能并強化相應的傾向，不僅能更準確、深入地理解物理知識，還能逐步養成科學解釋與理性判斷的思維品質。

2 批判性思維的抑制理論與支持證據

2.1 批判性思維抑制理論的提出

傳統認知發展理論代表人物皮亞杰（JeanPiaget）提出，兒童的認知能力發展經歷四個階段：感知運動階段（0～2歲）、前運算階段（2～7歲）具體運算階段（7～12歲）形式運算階段（12歲以后）[21]。其中，形式運算階段被認為標志著個體獲得抽象推理與假設演繹能力，是批判性思維得以發展的重要基礎。在此階段，兒童不再局限于處理具體對象，而能夠操縱抽象命題和邏輯規則。

隨著實驗心理學的發展，越來越多的研究發現，即使進入青春期甚至成年，個體在簡單的演繹推理任務中也常因啟發式干擾而出現系統性錯誤[22-23]。這些錯誤的發生，并非源于批判性思維能力的缺失，而是由于個體無法有效抑制直覺性啟發策略[24]。這表明批判性思維的培養不僅僅在于是否掌握了分析和推理等規則和技能，更在于能否意識到何時應進行批判性思考，并成功抑制基于知識、信念或經驗所產生的優勢反應（prepotentresponses）的干擾[5.9]。例如，在前文提及的三個物理學習案例中，學生表現出在發現單一因果后停止思考、基于趨勢輕率歸納、未經分析就將“鋁密度大于水”簡化為“鋁制品必然下沉”等現象，均體現出直覺驅動下的非理性判斷。這些優勢反應的抑制失敗，是阻礙批判性思維相關的邏輯加工啟動的根本原因。

雙加工理論（dual-processtheories）對這一現象提供了基礎解釋框架[25]。該理論假設存在兩種心理加工系統：系統1以快速、自動、無意識的方式處理信息，常依賴信念或經驗；系統2則以緩慢、努力、反思性的方式進行邏輯分析，需調動注意資源[25-26]。批判性思維是一個典型的由系統2主導的認知過程[5.9]，而其啟動高度依賴對系統1反應的抑制[27]。在這一背景下，執行功能（executivefunctions）中的抑制控制（inhibitorycontrol）被認為是支撐批判性思維的核心認知機制。抑制控制指個體在面臨沖突信息時，能夠抑制自動化或干擾性加工，以實現目標導向的判斷與行為調節[28]。在物理學科的學習中，批判性思維可能主要涉及以下兩類抑制控制[29-30]：認知抑制（cognitiveinhibition），抑制無關或錯誤的知識表征，如誤導性的直覺規則或迷思概念;反應抑制（response inhi-bition），抑制沖動性或高度自動化的行為反應，轉而采取更審慎的分析策略。

從理論上看，批判性思維之所以依賴抑制控制，是因為其要求個體不僅具備邏輯推理技能，還需具備沖突覺察、抑制直覺反應并將注意資源轉移至反思加工的能力[31-32]。因此，抑制控制理論對皮亞杰模型構成重要修正：形式運算能力的發展不應被視為年齡階段的自然躍遷結果，而更應理解為抑制控制能力逐步成熟、并在推理中被有效調動的結果[23-24]。換言之，支撐個體批判性思維的邏輯推理能力之所以得以發展，是因為其能在沖突中逐漸成功抑制感知偏差、信念偏差等優勢反應，從而激活更適當的邏輯算法進行加工。

2.2 抑制控制與批判性思維關系的實證支持

近年來，實證研究從認知行為和神經機制兩個層面提供了支持批判性思維抑制控制理論的多維證據。在認知行為層面，相關研究普遍使用經典的抑制控制任務，并將其表現與批判性思維測驗或典型任務的表現進行關聯分析。Li等人（2021）采用了反向眼跳（antisaccade）測量反應抑制能力，該任務要求被試抑制對突發刺激的自動注視行為，轉而注視與刺激相反方向出現的目標箭頭，并作出方向判斷。結果發現，該任務中的正確率顯著正向預測被試在加利福尼亞批判性思維測驗中的得分，表明反應抑制能力是啟動高水平思維的基礎31]。在認知抑制方面，宋潔等人（2017）使用詞匯判斷Stroop任務，要求被試在面對“同意\"和“反對\"等肯定/否定詞時，僅對其顏色作出判斷，抑制詞義干擾。結果發現，高批判性思維傾向者的反應時間顯著更短，說明其在語義抑制方面表現更佳[33]。還有的研究考察了抑制任務與需要批判性思維參與的信念偏差推理任務表現的關系，例如，將Stroop任務的表現與含信念偏差的三段論推理任務表現相關聯，通過將Stroop任務的表現與工作記憶和轉換一起合成為執行功能總分后，結果發現執行功能越強，個體越能抵抗直覺信念干擾、作出基于批判性思維的邏輯推理判斷[34]

在神經機制層面，功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）研究發現，批判性思維任務激活了右側頂葉一前額葉網絡（rightparietal-prefrontal network）[35]。前額葉對抑制控制也非常重要[36-37]，認知抑制主要依賴右背外側前額葉皮層（rightdorsolateralprefrontalcortex，rDLPFC）38]，反應抑制則涉及右腹外側前額葉皮層（rightventrolateralprefrontalcortex，rVLPFC）[39]當采用重復經顱磁刺激（repetitivetranscranialmagneticstimulation，rTMS）十擾這些與抑制相關的腦區后，個體在含信念偏差的三段論推理任務中的表現顯著變差[40]；而在對含信念偏差的推理問題進行一定的邏輯訓練后，額下回激活得到增強[41]。上述研究為抑制控制對批判性思維的作用提供

了因果性的神經證據。

還有研究采用事件相關電位（event-related po-tential，ERP）探討了抑制控制與批判性思維的關系。P3是最常用于反映抑制控制的ERP成分[42-43]，有研究發現，低批判性思維的個體在完成測量反應抑制的 Go/NoGo 任務時會誘發更大P3成分波幅，表明批判性思維可能需要抑制控制的支持[31]。另一些研究則直接考察了完成含信念偏差的三段論推理等典型批判性思維任務誘發的ERP成分。在三段論推理中，信念沖突條件誘發更強的P3 波幅，反映更大程度的資源調配、反應更新，同時也表征了抑制控制的參與[34]。Lv等人（2024）比較了高、低批判性思維能力者完成含信念偏差的三段論推理任務的差異，結果發現高批判性思維能力者表現出更大的P3和LNC（晚期負成分）波幅，且主要集中于前額葉區域。而在可能需要抑制大數偏差的協變檢測任務中，研究發現高準確率被試在沖突與非沖突條件下均表現出更大的N2波幅，提示其具備更強的沖突檢測與抑制傾向[44]。我們團隊基于單擺實驗設計了科學歸納推理任務，當信念與證據不一致的任務更需要批判性思維發揮作用，結果發現不一致任務誘發更顯著的N2和N400波幅，前者提示對沖突的覺察和抑制控制的需要感知，后者指向對語義沖突的整合與加工[45]。上述ERP研究表明，批判性思維并非一系列靜態的能力，而是一個動態認知過程，涉及沖突覺察、抑制調節、整合判斷的階段性加工，抑制控制貫穿其中，發揮關鍵作用。

3抑制控制參與批判性思維對物理教學的啟示

近年來的研究不斷揭示，學生在面對物理問題時常受到系統1產生的優勢反應干擾，例如基于生活經驗、直覺推斷或習得性規則形成的快速判斷。這些反應雖可能具有一定的適應性，卻常常導致在涉及變量控制、因果解釋、圖像分析等關鍵場景中出現推理偏差（見前面討論的三個案例）。正如本文第二部分所述，批判性思維不僅需要相關的技能，更需要通過抑制系統1偏直覺的優勢反應，調動系統2的反思性加工實現理性判斷。物理教學若要有效培育學生的批判性思維，不能僅限于物理知識和基本批判性思維技能的傳授，更應主動引導學生認識抑制控制在批判性思維中的重要作用。

首先，有必要將抑制控制的訓練融入物理教學當中。傳統教學往往將批判性思維視為一種“高級技能”，但忽視了其背后的認知機制，使學生難以理解“為什么明明知道原理，卻仍然犯錯”。教師可以在教學中向學生介紹雙加工理論與抑制控制理論的核心觀點，幫助他們理解：人類思維常受系統1的直覺干擾，批判性思維的發展之所以困難，是因為它不是知識與技能的簡單調用，而是一個主動識別沖突、抑制優勢反應、轉向邏輯加工的過程。研究表明，只有通過持續訓練抑制能力才能真正激活系統2加工[23.46]。例如，物理教師可采用停止信號（stop-signal）[47]，在常見易錯問題或直覺誤導圖像中插入停頓提示，引導學生在快速反應前問自己“我是不是太快地用了一個熟悉的推理模式”。通過這樣的重復練習，可以引導學生形成抑制反應，在試圖調用熟悉的推理模式時停下來進行批判性思考。

其次，有必要提供支持抑制控制的物理課堂環境，從而促進批判性思維的培養。從課堂環境層面，物理教師應營造支持抑制控制的教學環境與文化。抑制控制是一種認知資源密集型能力，需在低焦慮、高覺察的環境中逐步培養[48]。教師可鼓勵慢思考與延遲反應，避免搶答文化，明確強調“第一反應不一定對\"“改變想法是批判性思維的體現”。

最后，物理教學有必要基于抑制控制理論培養學習者的自我監控與批判性思維能力。要使抑制控制真正幫助學習者發展批判性思維，還需將其從外部指導轉化為內部自我監控。教師可引導學生使用反思日志[49]，記錄每次判斷中自己的第一反應，是否感受到沖突、是否改變了想法以及原因。通過這種記錄，學生可以從反思中覺察到原有認知路徑的偏誤。長期實踐后，學生能夠逐漸發展出識別干擾、暫停反應、反思加工的批判性思維模式，將抑制控制轉化為科學批判性思維的一部分。

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（欄目編輯 廖伯琴）