挖掘教材批判性思维要素 培养学生批判性思维能力

王冬梅

摘   要：文章结合对批判性思维技能的理解，分析沪科版新教材的文本、图片、实验以及不同栏目中蕴含的批判性思维要素，讨论挖掘教材中批判性思维要素、培养学生批判性思维能力的途径和方法。

关键词：阐释;分析;评估;推理;解释;反思;批判性思维

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2022）3-0024-5

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》中明确提出了要培养学生的批判性思维能力：“‘科学思维是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式;是基于经验事实建构物理模型的抽象概括过程;是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用;是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑和批判，进行检验和修正，进而提出创造性见解的能力与品格。”[1]从表述中可以看出，推理、论证、质疑、批判、检验、修正都是批判性思维的技能要素。上海科学技术出版社出版的高中物理新教材（以下简称“沪科版”）在编写的过程中，很多地方都体现了对学生批判性思维的培养，因此在使用新教材的过程中，要挖掘其中的批判性思维要素，培养学生的批判性思维能力。

1    什么是批判性思维

“批判”的英文表述为“critical”，学者们认为critical取源于希腊语的两个词：“kritios”（辨别、判断）和“kriterion”（标准）。从词源上看，它要求明辨信息以及基于一定标准的判断，而不是单纯否定。既然是判断，有合理与不合理之分，如果判断是合理的，就肯定;如果判断是不合理的，自然要否定它，这一过程就是批判性思考的过程。范西昂带领的专家团队也认为批判性思维是“有目的的、自我调整的判断”。

2    什么是批判性思维能力

在你接受一个观点之前，如何进行判断呢？范西昂团队认为，判断一个观点，表现为阐释、分析、推理和评估，以及对该判断所基于的证据、概念、方法、原则的解释及对背景的考量……并提出在判断过程中所运用的技能主要包括：阐释、分析、推理、评估、解释和反思六项[2]，也就是说提高学生的批判性思维能力可以从培养六项技能的运用着手。

“阐释”是指澄清观点，去除表述的模糊性，对问题的歧义进行澄清，有时也可以理解为“是什么”。教材中用插图来表征问题和设置情境，用一张插图就可以将复杂的文字表述简单地表现出来，通过让学生将插图中的信息表述出来，可以培养学生的“阐释”技能。比如，25页章首图展示C919起飞瞬间的图片，学生可以从物理学的视角将图中信息解读为“起飞过程中的速度不断增大”，或者“这种速度不断地增加存在怎样的规律”这样的描述。

“分析”是指在语境中找出潜在的理由，在论断中发现隐含的观点，有时可以理解为“为什么”。例如，在研究自由落体运动遵循的运动规律时，伽利略认为落体运动的速度与时间成正比，可以追问学生：“他为什么这样认为？潜在的理由是什么？”在培养学生“分析”技能的时候，可以经常向学生提问：“你的主张或观点是什么？支持主张的理由（或证据）是什么？由理由到主张是如何进行推理的？”

“推理”是指基于证据进行预测，判断多种可能性，有时可以理解为“可能会怎么样”。比如，在研究自由落体运动的时候，由于当时测量工具的限制，伽利略根据落体的速度与时间成正比的关系推理得出落体运动距离与时间平方成正比的关系来研究落体运动的规律。

“评估”是指对理由真实性和推理质量（推理的强度和逻辑性）的评价，是批判性思维的核心技能，有时可以理解为“觉得怎么样”。实际上，判断一个主张好坏的过程就是评估。例如，35页“问题与思考”的第6题，根据自由落体运动计算出雨滴下落到地面的速度与实际雨滴落体的速度相差很大，就需要对雨滴在下落过程中是否满足自由落体运动的条件进行评估。

“解释”是指用令人信服的方式展示分析、推理的过程和结果，说明过程的合理性，有时可以理解为“应该是这样的”。例如，31页在用DIS测量篮球自由下落过程的速度随时间的变化关系时，通过v-t图像获得的加速度的数据与当地重力加速度的数值偏离很多，就需要对实验采集的数据进行解释，有时是由于篮球没有在传感器的正下方导致的。

“反思“是指能够自觉地回顾自己的思考过程，进一步质疑和验证，不断修正自己的错误，也可以理解为“回顾整个过程，还有问题吗”。比如，教材中出现的“这样的判断是否正确”“本实验中误差的来源可能是什么”[3]等问题，会启发学生对自己的分析过程进行回顾，反思和检验自己分析过程中使用的证据、影响自己的想法和解决问题的方法等。

3    如何挖掘教材中的批判性思维要素

新教材整体的结构是引文、正文、问题与思考、小节、复习与巩固、学期活动等，其中实验、例题、插图、一些小栏目等根据实际内容或多或少地插入正文中，因此教材中的批判性思维要素可以从以下角度进行挖掘。

3.1    从教材内容的文字表述中挖掘

沪科版新教材继承了原教材的部分特色，在原教材“情境、探究、应用”框架下强调“从生活走向物理，从物理走向社会”的基础上，每节以图片展示的情境作为导言切入，启发学生从情境中提出问题，在思考讨论的基础上，以问题链的形式展开物理概念和规律的教学，再辅以实验和示例等形式，充分体现以学生为本的思想，从每一个环节的文本表达中能够挖掘其中蕴含的批判性思维要素。

例如26页第一节，先是介绍亚里士多德“重物下落快、轻物下落慢”的觀点，然后给出伽利略的质疑，介绍了伽利略运用反证法，通过逻辑推理揭示亚里士多德观点的内在矛盾，得到“物体下落快慢与轻重无关”的结论，然后提出“生活中影响物体下落快慢的因素可能是空气阻力的影响”的假设，再利用演示实验观察空气阻力逐渐减小的过程中落体运动的快慢，推测“如果没有空气阻力，轻重不同的物体下落快慢完全相同”的结论。从观察落体现象，提出“重的物体比轻的物体下落得快”的观点，然后伽利略质疑，运用逻辑推理否定该观点，提出可能是空气阻力影响下落快慢的假设，到运用实验来证明假设，整个过程中，从分析现象、质疑争论、逻辑推理、设计实验、进行合理的推测、论证，最终得出合理的解释，这些都是批判性思维要素的体现。

3.2    从教材的实验中挖掘

实验教学是培养学生批判性思维的有效方法，教师可以从实验原理、实验器材、实验操作、实验数据分析、实验结论等角度来挖掘批判性思维要素。

例如，28页伽利略提出落体运动的速度与时间成正比的假设之后，可以顺着这一线索进行挖掘。如“伽利略为什么猜测速度随时间是均匀增加的，而不猜测速度随位移均匀增加”“为什么他不测量下落速度，而改测下落的位移”“他是如何根据速度与时间成正比的假设推导出位移与时间平方成正比的关系”“为了测量铜球下落距离所需时间，是固定铜球的起点好，还是固定铜球的终点便于测量好”“他测量时间的工具是否合理”，这种批判性思考的过程，既能帮助学生把握伽利略研究的关键点，又能够促进学生批判性思维的质疑、评估和反思等技能的提高。

再比如，一个实验结论得出之后，可以引导学生进行如下思考：你能在以下几个方面作出改进吗？（①测量数据的方法;②读数的准确性;③结果的可靠性和有效性。）你的结果是否完善？可以根据它得出正确的结论吗？你有足够的证据来支持吗？你如何才能获得进一步的证据。

3.3    从教材插图中挖掘

教材中每一章、每一节都通过导图展示情境作为导言切入，由于情境大多选自学生熟悉的自然和生活场景，因此就会引起学生反思生活中熟悉的现象，引发学生对生活现象的再思考，進而提出质疑。

例如，26页章节图展示伽利略实验装置的复制品[3]（图1），引发学生对图片里的装置进行思考：①这是一个什么样的装置，为什么放这样一个装置？②这个装置能够做一个什么样的实验？③研究一个什么样的问题？④会从中发现一个什么样的规律？

教材中展示不同类型的图片，有的展示物理学家、有的展示重要的物理事实、有的展示生活场景、有的展示实验情景、有的展示科技成果……图片中提供的信息丰富多彩，容易让学生产生联想，提出疑问，解读图片中的信息，有利于培养学生阐释、分析、质疑等技能。

3.4    从教材栏目中挖掘

栏目的设置是教材内容呈现的另一种重要方式，栏目内容和功能对组织学科知识和实现课程目标有重要的作用，这些栏目的内容中也蕴含着批判性思维要素。

3.4.1    从“自主活动”栏目中挖掘

“自主活动”是指希望学生自己完成与教材相关的实践活动。既然是自主活动，就能引发学生的反思，反思是批判性思维的一项重要技能。从思维的角度来看，本单元设计的“自主活动”主要是由论证型和推理型思维活动构成，活动的形式由传统的小实验、现代的DIS实验和动手推导构成。学生根据学过的知识或经验，对物理现象进行解释，同时也能够不断地自我反思和自我修正。

比如，27页的“自主活动”栏目：“如何让一张纸巾和一本书以同样的快慢下落？尝试尽可能多的方法，并说明你这样做的理由。”[3]学生用纸巾水平摊开、纸巾竖直起来、纸巾揉成纸团、纸巾放在书的上面等方式进行尝试，在尝试的过程中，根据观察到的现象，比较不同的结果，需要对不同的方案产生的结论进行反思和评价。

再比如，33页的“自主活动”栏目：“你能根据上述自由落体运动的v-t图像推导出做自由落体运动的物体从静止下落高度h（即位移大小）与时间t的关系式吗？”[3]学生在推导的过程中就要运用已学知识（证据）进行推理，同时也要对证据（已经学习的知识）的可信度进行评估。

3.4.2    从“大家谈”栏目中挖掘

“大家谈”栏目的设置是为了加深学生理解课程内容，希望讨论的问题带有启发性。既然是“大家谈”就需要体现相互之间的质疑、对证据的评价和解释，教师可以从“大家谈”的内容中挖掘批判性思维要素。

比如，27页的“大家谈”栏目：“你觉得生活中哪些物体的下落可以近似为自由落体运动？”[3]这个问题就会引发学生联想生活中的各种下落物体的情境，比如树叶、小石子、笔、纸片、雨滴、羽毛球、篮球、乒乓球等。学生要通过讨论评估空气阻力的影响是否可以忽略，如果能够提供相关的重力和空气阻力的大小的具体数据进行比较，就能够更有力地帮助学生对于自由落体运动这一物理模型的理解，而在讨论中所体现的质疑、分析、评价、推理以及解释等技能也能够获得很好的训练。

3.4.3    从“助一臂”栏目中挖掘

“助一臂”栏目旨在提升物理观念和促进科学思维。仔细研究相关的内容，也能够挖掘内容里面所蕴含的批判性思维要素。

比如，29页的“助一臂”栏目：“伽利略把小球在斜面上运动的实验结论用逻辑推理的方法推广到实验范围之外的竖直情况，从而得出自由落体运动的性质（图2）……当然，利用‘外推法得出的结论是否可靠，还需要接受更多的检验。”[3]这就是批判性思维的具体体现。

再比如，33页“助一臂”栏目：“……从v-t图像上看，就是用‘台阶状的折线图像去无限逼近变速直线运动的图像（图3），从而将匀速直线运动中v-t图像与时间轴包围的‘面积表示位移的结论推广到变速直线运动中。这是物理学中把‘变转化为‘不变进行研究的重要方法……”[3]这种思辨的方法也是批判性思维技能运用的具体体现。

3.4.4    从“STSE”栏目中挖掘

“STSE”是科学、技术、社会、环境的英文缩写，这一栏目主要以浅显的语言适当补充介绍课本内容涉及的物理学和其他科技、社会及环境各个领域的关系，并简单介绍物理学的原理和规律在技术、社会和环境领域中的应用。这类问题往往与实际生活相关联，需要学生能够从真实的情境中提取与物理学相关的信息，并对所提取的信息进行解释说明，再运用所学知识进行推理论证。

比如，39页的“STSE”栏目中，给出高速公路上车距确认的辅助线和提示牌，学生要从该情境中提取出与运动有关的信息，并对信息进行分析判断。如选择的车辆能否当作质点、质点的运动能否当作匀变速直线运动、不同的限速对应着不同的车辆间距对解决问题有什么用途，这类问题提升了学生分析提取信息的能力，同时回答问题的过程中也需要学生组织语言，解释自己的观点和论证过程。

3.4.5    从“问题与思考”栏目中挖掘

“问题与思考”栏目主要是应用所学知识解释简单的物理现象，解决简单的问题，其目的是检测本节内容知识掌握的程度，反馈学生学习的情况。仔细分析发现，“问题与思考”栏目中蕴含很多批判性思维的元素。

比如，30页第4题中的表2-1是伽利略1604年做斜面实验时一页手稿的三列数据（表1）。表中第二列是时间，第三列是物体沿着斜面运动的距离，第一列是伽利略在分析实验数据时添加的。根据表中的数据，A同学觉得物体运动的距离与时间成正比;B同学觉得斜面倾角一定时，加速度与质量无关;C同学认为物体运动的距离与时间的二次方成正比。试问哪位同学的说法合理，并说明理由。

学生要在很多数据面前，运用学过的知识分析实验数据，对数据中蕴含的规律进行多种可能的预测。同时，在分析数据的过程中，学生需要不断交流、讨论，陈述自己的观点或辩驳他人的观点，最终得出结论。在此过程中，质疑观点，否定不合理的，运用已有的知识创新得出结论，正是批判性思维技能运用的体现。

“问题与思考”栏目中的如下表述都是批判性思维要素的体现：“该说法是否正确，请说明理由”“写出你的判断依据”“你对此是怎么評价的”“为什么与上述计算结果相差很大”“判断该车制动前的速度”“你认为你的估算与实际情况有哪些差异”等，对这样一些问题的训练，能够发展和提升学生的批判性思维能力。

3.4.6    从“小节”栏目中挖掘

“小节”旨在帮助学生对全章的基本概念和基本规律、基本方法进行总结，同时帮助学生建立知识结构图（图4），有助于学生全面系统地掌握全章的内容。

在构建知识结构图的过程中，需要学生对内容进行比较、分类、分析、推理等，寻找单元中概念、规律、研究方法以及本单元中每一节课之间的逻辑关系。本单元结构图形成的过程中，采用的是由特殊到一般的思维方法，即由自由落体运动规律到初速度为零的匀加速直线运动，再到初速度不为零的匀变速直线运动。由特殊到一般的论证过程，每一步都需要证据的支撑，这正是批判性思维技能的具体体现。

3.4.7    从“复习与巩固”栏目中挖掘

“复习与巩固”栏目主要以试卷形式编排，以习题的方式呈现，其主要作用是在本章教学后了解学生的学习水平，检测教学目标的达成度。挖掘习题中的批判性思维要素，利用习题进行训练，是学生自我训练批判性思维能力的有效途径。

比如，44页习题6：“为了杜绝高层住户向窗外随意丢弃杂物的陋习，有人提出如下设想：在底层住户窗户上、下窗沿安装光电传感装置，利用自由落体运动规律推测丢弃杂物的用户楼层高度。设底层住户窗户上、下窗沿的高度差为1.2 m，某次光电传感装置检测到某杂物经过该窗户的时间为0.04 s，试估算丢弃杂物的住户的楼层高度。辨析这一设想的可行性。”[3]

学生根据题目的信息，与所学习的知识建立联系，寻找相应的物理模型（证据），再运用运动学的数学表达式（推理判断），最终解决问题。但是，要辨析这一设想的可行性，就需要对自己的推理过程进行质疑、反思和评估，比如理想模型的选择是否正确、推理过程是否合理，最终还要对自己的分析过程进行合理解释，这样的分析过程能够让学生自我训练和提升批判性思维能力。

栏目中的习题有如下表述的都蕴含着批判性思维要素：“将伽利略的推理补充完整”“设计一个小实验使重的物体比轻的物体下落得慢”“实际高度比你的估算结果更高还是更低”“辨析这一设想的可行性”“分析表格中的数据，是否可以验证伽利略的假设？说明理由”“本实验的主要误差来源可能是什么，说出一种”“对此有何猜想？试根据运动学知识设计一个方案来检验你的猜想”“写出x、y方向的位移随时间t的变化的数学表达式，并说明判断的依据和推理过程”[3]等。

3.4.8    从“学期活动”栏目中挖掘

“学期活动”栏目是基于项目、案例的一种学习方式，是根据每册教材的重要内容设计的综合性活动，由于是一种综合性很强的实践活动，是培养学生批判性思维能力的重要途径。比如，42页“学期活动”栏目要求学生了解伽利略的科学贡献，采用的是一种科学写作的项目化的学习方式。

伽利略开创了一套科学研究方法，推动了包括物理学在内的近代自然科学的发展。阅读书籍并查阅相关资料，了解伽利略的研究活动和科学思想，撰写读书报告。

活动要求：

（1）摘录书本上伽利略生平的重要事迹和科学思想的文本，表明出处（如“……”摘自《×××》第××页）。

（2）将上述信息按照一定的逻辑顺序排列（可以用思维导图或表格的形式）。

（3）确定一个角度切入，阐述伽利略对物理学发展的贡献，列出能够支撑你观点的证据。

（4）以小报的形式进行展示与交流。

学生刚开始进行科学写作，教材给出了科学写作的步骤，每一个步骤都提出了学习和思考的方向。首先，要求学生选择一本有关伽利略方面的书籍，从中摘录信息进行阐释分析，这有利于培养学生的信息提取能力。接下来，让学生将获取的信息按照一定的逻辑顺序进行排序，培养他们比较、分析、推理的能力。然后，选择一个角度，阐述伽利略对物理学发展的贡献，并解释支撑观点的证据，这正是批判性思维所要培养的分析论证技能。最后，以小报的形式进行交流，培养学生解释交流的能力。通过体验科学写作的过程，批判性思维的各种技能都能得到很好的训练。

由于批判性思维要素隐含在教材中，需要教师深入理解批判性思维的内涵之后，再仔细阅读文本，包括文本中的实验、图片、不同的栏目等，将批判性思维要素由隐性转化为显性，这样才能有利于培养学生的批判性思维能力。当然，本文由于篇幅所限，并没有挖掘教材中的批判性思维倾向，需要进一步完善。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020：4.

[2]李文秀.中英美初中物理教材中批判性思维内容的比较研究[D].武汉：华中师范大学，2018：12.

[3]高景.普通高中教科书物理必修第一册[M].上海：上海科学技术出版社，2021：25-45.

（栏目编辑    刘   荣）