初中物理科学探究中培养学生批判性思维的教学实践——以苏科版8年级“浮力”教学为例

叶成林

（仪征市南京师范大学第二附属初级中学，江苏 扬州 211900）

批判性思维是创造性思维的基础.要培养有自主研究和创新能力的领军人才，使我国从制造业大国向创新型强国转型，除了批判性思维教育，别的教育不能代替.［1］在初中物理教学过程中，加强对学生的批判性思维教育，这是时代的需求.

1 初中物理科学探究中培养学生批判性思维教学流程

1.1 批判性思维内涵

心理学把思维定义为人对客观现实的间接接受和概括的反映过程.它是在感知经验基础上，人脑进行分析综合、抽象概括，并进行判断和推理的一种高级认知过程.

批判性思维是思维的一个极其重要的能力和品质.董毓博士研究认为批判性思维是德育和智育的结合.德育部分是包括谦虚、谨慎、客观、具体、公正、反省、开放等指标的批判理性和品德；智育部分是一组辨别、分析、判断和发展的高阶思维技能.［2］

目前，美国各州在基础教育阶段正在推行“共同核心标准”，其实质就是加强学生批判性思维和基本技能的培养.分析能力、根据事实的推理能力和论证能力、研究跨学科题材的能力等目前是美国基础教育的主旋律，即美国基础教育一直以实证和研究学习为基调，对学生进行批判性思维教育.［2］以此培养学生的科学研究能力和创造能力.

初中物理许多物理概念的提出与物理规律的探究、发现历程，无不蕴含着科学家的智慧和创造精神.在科学家们探索物理知识的过程中蕴含着大量的科学思想方法和批判性思维精神与技能，他们是对初中学生进行批判性思维教育的源头活水.在我国《义务教育物理课程标准（2011年版）》中，将科学探究作为两大课程内容之一，强调科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式.倡导在初中物理教学中让学生经历与科学工作者进行的相似的探究过程，主动获取物理知识，领悟科学方法，发展科学思维能力，尤其批判性思维能力，体验科学探究乐趣，养成实事求是的科学态度和勇于创新的科学精神，以此培养初中学生的物理核心素养.［3］

1.2 初中物理科学探究中培养学生批判性思维教学流程

在初中物理教学中，培养学生批判性思维，物理知识是载体，科学探究是手段.西方学者认为，批判性思维应看成问题的解决过程.在物理教学中，教师应以科学探究问题为引领，以科学论证活动为重要载体，显化初中生物理认知过程中内在的科学思维活动，紧紧围绕科学探究各步骤，有针对性地对学生进行批判思维训练，培养学生理性精神，发展学生批判性思维能力.具体的教学流程如图所示.

图1 初中物理科学探究中培养学生批判性思维教学流程

2 初中物理科学探究中培养学生批判性思维的教学实践

本文以“浮力”课堂教学片段为例，围绕课本上2个科学探究问题，组织学生进行科学论证活动，在此过程中对学生进行批判性思维训练，以期发展学生批判性思维能力.

2.1 探究活动1——下沉的物体是否受到浮力？

科学问题：我们知道，空中上升的气球、浮在海面上的轮船、水中上浮的乒乓球受到向上的浮力，请同学们猜想下沉的物体是否也受到浮力？

猜想假设：你这样猜想的事实依据是什么？（学生根据从井中提水的生活经验指出下沉的物体也受到浮力）其他同学有没有不同的观点？如何用实验证明你的猜想？

实证研究：学生用弹簧测力计分别测出在空气中和水中对铜块的拉力，发现在水中弹簧测力计的示数变小，可推理得出在水中下沉的铜块受到了浮力，浮力大小等于弹簧测力计示数的减小值.

分析评估：请学生们评价刚才的实验过程，你认为实验证据充足吗？实验推理科学有效吗？有没有不同的意见？（学生指出应使用不同的固体放到不同的液体中进行探究，收集更多的实验证据.在此基础上进行科学推理，这样的实验结论才具有普遍性.）

再次实证研究：学生用弹簧测力计吊着不同的固体（石块、铜块、铝块）放到不同液体（水、浓盐水、酒精）中，当物体匀速下沉时，收集实验证据，推理归纳出实验结论.

再次分析评估：刚才学生们都是探究物体在液体中下沉是否受到浮力，这样的实验结论就一定具有普遍性？说出你的观点（部分学生指出，应收集在空气中或其他气体中下沉的物体是否也受到浮力的证据）.你认为在气体中下沉物体是否也受到浮力？说出你的事实依据（高空中下降的气球，因为受到空气向上的浮力作用，气球通常不会加速下落.）

科学结论：综合上述观点，在液体或气体中下沉的物体都受到向上的浮力.

设计意图：（1）课本仅通过一次水中实验探究活动，让学生总结得出下沉物体受到向上的浮力.显而易见，这样的探究活动违背科学探究真谛，也易让学生产生错觉，觉得科学探究过程非常简单、科学结论得出也非常容易.（2）本设计重点是围绕批判性思维培养要素，设置层层递进的问题，对学生进行批判性思维训练，通过多次的科学论证活动，让最终的科学结论更具有普遍性.（3）通过定性与定量有机结合的科学论证过程，显化学生内在的科学思维活动，以培养学生良好的批判性思维能力和品质.

2.2 探究活动2——影响浮力大小的因素有哪些？

科学问题：通过刚才的实验探究可知，在液体或气体中的物体都受到向上的浮力作用.那么，在液体中的物体所受浮力大小与哪些因素有关呢？请提出你的猜想，并说出你的事实依据.

猜想假设：根据生活经验，学生得出浮力大小可能与物体浸入液体的深度有关（事实依据是人走向深水过程中感觉脚所受压力越来越小），可能与液体的密度有关（事实依据是人在死海中可浮在水面上，在普通水中易沉入水底），可能与物体体积有关（事实依据是可折叠皮划艇充足气后可浮在水面上），可能与物体密度有关（事实依据是同体积的木块和铜块放入水中，木块能漂在水面上说明所受浮力大）.

批判质疑：上述猜想及对应的事实依据都正确吗？请同学们质疑讨论，可以借取手边实验器材操作或生活中事实经验进行批判反驳.

生1：我认为浮力大小与物体浸入液体深度有关的猜想是错误的.我使用弹簧测力计吊着铜块全部浸入水中后，铜块在水中的深度改变，弹簧测力计示数不变，说明浮力大小与深度无关.

生2：那为什么弹簧测力计吊着铜块全部浸入水中前，铜块浸入水中深度改变，弹簧测力计示数也随着改变，不就是说明浮力大小与物体浸入液体中的深度有关吗？

生1：浸入前，深度改变实质是物体浸入液体中的体积改变，因而浮力改变；当物体全部浸入液体中后，深度改变，但物体浸入液体中的体积不变，因而浮力不变.因此，可认为物体在液体中所浮力与物体浸入液体中的体积有关，与深度无关.人走向深水过程中，由于人浸入水中的体积变大，人所受浮力变大，因而脚所受支持力变小.

生3：在上面同学研究分析基础上，我认为浮力大小与物体体积有关的猜想也是错误的.

物体的体积再大，但浸入液体中的体积不大，所受液体的浮力也不会大.可折叠皮划艇充足气后可浮在水面上，是由于物体体积变大后，实质是使物体浸在液体中的体积变大，因而物体所受浮力变大.

生4：我认为物体在液体中所受浮力大小与物体密度无关.我使用弹簧测力计吊着体积相同的铜块和铝块全部浸入水中，发现弹簧测力计示数减小值相同，即浮力相同，说明浮力大小与物体密度无关.体积相同的木块与铜块放入水中，木块浮在水面上，浸入水中的体积小，所受的浮力应该小，木块之所以浮在水面上，是可能因为木块密度小于水的密度.

科学问题：综合学生们的研究与分析，物体在液体中所受的浮力大小只与液体密度与物体浸入液体中的体积（排开液体的体积）有关.那么，浮力大小与液体密度和排开液体的体积究竟有什么关系？请提出你的猜想，并利用手边器材（弹簧测力计、石块、铜块、铝块、水、浓盐水、酒精等）设计实验，采用科学的物理方法，收集证据，定性研究，验证你的猜想.

学生小组合作，采用控制变量法，通过实验操作，收集实验证据，开展实证研究，并根据收集的实验数据推理归纳得出实验结论：物体排开液体的体积越大、液体的密度越大，物体所受浮力越大.

科学问题：物体在液体中所受浮力与物体排开液体的体积、液体的密度有关，那么请学生们猜想物体在气体所受浮力与哪些因素有关？如果实验条件允许，你如何设计实验进行探究？

设计意图：（1）问题，处于人类认知和生活的枢纽位置.科学探究问题，是启动科学研究的起点，也是科学研究成败的关键.［4］由于初中生认知方面存在缺陷，围绕影响浮力大小因素会产生许多假设，而此时恰好是对学生进行批判性思维教育的良好契机.（2）对于科学探究问题，基于事实依据，教师引导学生从问题的客观构成、因果机制等方面，对问题对象进行剖析，了解问题对象的可能构成要素及其相互作用，通过同伴互助及理性批判，评价围绕探究问题所提出的问题要素猜想是否违反科学规律、科学认知，在此基础上完善问题观点，明晰科学研究的方向与思路.（3）通过学生间的合理论辩，促进学生反思，帮助学生排除错误认知，让学生正确理解影响浮力大小的相关要素，同时培养学生良好的批判性思维品德和小组合作关系.

一节物理课的课堂教学时间是有限的.对于每一个科学探究活动，教师不可能围绕批判性思维培养的所有要素，系统地对学生进行批判性思维教育.教师应针对每个科学探究活动特点，有针对性、有侧重地对学生进行不同方面的批判性思维训练.本节课第一个科学探究活动重在实证研究与分析评估，以培养学生收集证据、评估证据、分析推理、建构假说等批判性思维能力及谨慎公正的批判性思维品德；第二个科学探究活动重在科学问题及猜想假设环节，教师引导学生基于事实证据，通过不断批判质疑、合理论辩，加强对问题对象的客观构成、因果机制进行分析，不断校正学生的猜想假设，催生“好”的科学问题提出，为后面的科学论证活动指明方向、提供思路.

对学生批判性思维培养是一个长期过程，初中物理教师应站在民族复兴的高度看待对学生的批判性思维教育.在平时的物理教学中，应结合科学探究活动，围绕批判性思维培养要素，不断践行，以期提高学生的批判性思维能力与品质，为学生的终身发展奠定基础.