大學物理批判性思維能力培養

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摘要：大學教學在立德樹人的基礎上，重點是要培養具有創新思維意識的人才，而批判性思維是創新思維中的重要內容，所以教學中培養批判性思維能力尤為重要。大學多種學科的發展過程充滿了批判性思維，因此在大學課程的教學中貫穿批判性思維能力的培養是課程本身性質的要求，同時也是當代社會對人才培養的迫切需求。

關鍵詞：批判性思維能力；課程設計；PREI教學模式；大學物理

羅伯特•恩尼斯（RobertEnnis，1987）對批判性思維表述為：批判性思維是合理的、反思性的思維，其目的在于決定我們的信念和行動［1］。它是一種發現問題并對問題進行質問、評估、比較、分析、批判、綜合信息以及開創替代已有知識的能力。批判性思維在某種意義上是跳出自我、反思自己思維的能力，是一個重要并通用的工具。今天，各個國家的競爭更是智力和知識創造力的競爭，因此承擔推進知識和文明重擔的大學教育，必須是包括批判性思維的素質教育。批判性思維的教育培養必須是理論聯系實際的學習過程，批判性思維能力是在各學科教師的教學過程中煉出來的。物理學作為研究自然界中物質的結構以及物質的運動形式客觀規律的科學，其中所有客觀物理規律的研究過程無一不滲透著批判性思維，因此在大學物理的實際教學中，如何貫穿批判性思維能力的培養？采用什么教學模式培養學生的批判性思維能力？如何讓學生參與到對客觀物理問題的分析、評價和拓展的過程中？使他們養成批判性思維的慣性，是課程教學內容優化整合、教學模式以及考核模式研究的重要內容。

一、批判性思維能力的培養要求教學內容優化整合

批判性思維［2－3］的培養是一種能力的培養，批判性思維過程具有以下4個特有的特點：（1）發現知識和質問；（2）檢查事實的準確性和邏輯的一致性；（3）說明背景和具體情況的重要性；（4）想象和開創新知識。由以上可以看出批判性思維的出發點是對已有知識的質問，最終目的是對知識的創新提升。因此批判性思維能力的培養是基于知識之上的，知識是能力培養的基礎。因此在大學課程的教學過程中，應該把知識作為培養能力的載體，而不是僅僅傳授知識本身。所以教師不能照本宣科，針對批判性思維能力的培養對大學物理教學內容進行最優化整合，根據培養批判性思維能力的目標，把教學內容進行模塊化。例如把大學物理劃分為：力學、振動、波動、波動光學、熱學、電磁學、原子物理模塊。根據各個模塊的特點，在組織教學內容時，根據批判性思維過程的4個特點對教學知識模塊一環扣一環的進行質問、批判和創新提升。比如振動知識模塊的教學可采用圖1一系列的質問、研究討論、批判，最終達到知識的內化升級，最終達到培養學生應用物理、創新物理知識的目的。

二、批判性思維能力的培養需要交互性強的課堂教學模式

知識的傳遞要突出知識合理性的思考過程，批判性思維是理性的思維，即不管是信念還是行動，都要建立在合理的基礎上。課堂作為知識傳遞的主要場所，因此課堂教學模式是批判性思維能力培養的保障。（一）交互式教學模式是批判性思維能力培養的內在要求。批判性思維能力的培養要求教師在教授課程時采用的教學模式必須是全力激發學生活躍思考，從理性出發，有所探索，有所創造，交互式教學是首選的教學模式，交互式的教學模式是對傳統教學模式的挑戰。在傳統的以教師“講”為主的教學模式下，學生只是作為知識的接受者，很難做到激發活躍學生進行獨立思考問題［1］，學生在傳統的教學模式下沒有意識提出合理的問題、批判性的分析問題、拓展研究問題和創新問題等。因此傳統的教學模式忽略了學生一種非常重要能力的培養，這就是批判性思維能力的培養，批判性思維能力是學術研究和認知發展的基本能力。目前在大學教學中針對傳統的教學模式進行了很多的改革，出現了諸如翻轉課堂［4－5］、研討課堂［6－8］等交互式的教學模式，這些交互式的教學模式在培養批判性思維能力方面具有很大的推廣價值。但是據調查得知有教師抱怨學生在研討課和翻轉課堂上討論不起來，學生提不出問題；另一方面也有學生反映研討課和翻轉課堂中由于學生參與討論占用了課堂的時間，他們認為學生參與討論是浪費他們的課堂時間，還是聽老師講課獲得的知識多。為了避免上述問題，大學物理課題組探索了基于微課的PREI（ProblemResearchExpandingInnovation）教學模式，下面以大學物理的實際教學為例，闡述PREI教學模式的具體運作。（二）PREI教學模式在課前、課中以及第二課堂的教學設計。1．課前對研究的問題進行批判性的質疑、評估和初步分析培養學生的批判性思維能力首先需要學生培養學生發現問題并質疑問題的能力，這一能力在課堂有限的時間內很難對要學習的知識做到充分的質疑，因此PREI教學模式在課前通過微課引導學生對課堂討論的問題進行充分的自主探索質疑，這種教學模式要求教師在課前把知識基礎和一系列質問的問題通過微課傳遞給學生，教師把課堂要研究的問題錄制成微課，然后把微課上傳微課平臺石大云課堂平臺，學生課前首先通過電腦或者手機優慕課軟件學習微課，對微課中一系列的問題通過查閱中英文資料進行解答，并在解答教師問題的基礎上提出自己的觀點后通過網絡作業回傳到云課堂平臺。教師課前對學生的網絡作業中的問題進行匯總分類。這樣課前教師和學生都做好了課堂研究討論的充分準備，就不會出現課堂討論不起來的現象。2．課中對研究的問題進行批判性的合理討論、批判、分析和綜合學生帶著質疑的問題進入課堂，同時教師帶著匯總的學生問題進入課堂，在課堂上采用交互式的教學模式對學生質疑的問題進行討論、評估、比較、批判和綜合并達到創新替代已有知識的目的。因此PREI教學模式的課堂是交互式的課堂教學，例如前面提到的翻轉課堂、研討課堂等，各學科的研究討論必須在教師的引導下做到科學性和合理性。在大學物理問題研究過程中除了嚴禁的數學推導外，還有實驗和軟件模擬兩種研究方式，因此在教學設計中根據教學模塊的特點不同可以引導學生采用不同的研究方式。例如對振動問題的課堂討論中可以采用軟件模擬進行教學研究，根據圖1中一系列質問，大家可以了解到振動是自然界物質運動的一種普遍存在的形式，物質振動過程中受到諸多因素的影響，要想抓住其中心的客觀規律，就需要忽略次要因素，也就是建立理想物理模型簡諧振動，物理模型是為了更好揭示事物本質和內在特性而建立起來的一種簡化模型，建模能力是物理學習的核心能力之一，也是解決實際問題的重要途徑和方法。物理建模的過程體現了批判性思維中矛盾（也就是問題）解決的哲學思想，矛盾的解決，往往是首先抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，主要矛盾解決了，次要矛盾也會迎刃而解。物理建模過程也是如此，例如質點、剛體、簡諧振動模型、理想氣體等物理模型的建立，都體現了上述批判思維中矛盾解決的哲學思想。簡諧振動模型是理想模型，如圖2中β／ω0＝0的情況，在實際的振動系統中，嚴格來講沒有簡諧振動這一理想模型，但是當振動系統受到的阻尼因素很小時，阻尼因素就是次要矛盾，就可以忽略，也就是可以視為簡諧振動的理想模型，如圖2所示，當阻尼因子與固有角頻率的比值較小時，例如β／ω0＝0．01時，此時阻尼因素較小，與阻尼因子為零時的簡諧振動模型比較相近，所以可以近似視為簡諧振動的模型。而由圖3可以看出，當阻尼因子比較大時，此時的振動與簡諧振動比較相差甚遠。在研究振動的過程中學生掌握了振動為什么會停止，那是因為受到了阻尼因素的影響，同時也掌握了通過控制阻尼因子的大小可以控制振動停止的快慢，如圖3所示，當阻尼因子與固有角頻率的比值較大時，其運動曲線與簡諧振動的曲線相差較大，此時的阻尼因素已經不再是次要因素。由圖3可以看出隨著阻尼因素的增大，簡諧振動的周期性運動逐漸被掩蓋。由此同學們也會很容易地掌握儀表中的阻尼回零裝置是阻尼振動中的臨界阻尼振動（β／ω0＝1），此時回零時間最短。3．課后對研究的問題進行批判性的拓展深入研究并升級創新PREI教學模式要求課后在第二課堂對課堂研究的問題進行拓展創新，同學們可以對課堂問題進行實際應用型、知識拓展型研究，此時學生是以小組為單位進行項目式的研究問題，教師是項目研究的指導教師，在課程結束時要求課程小組對所研究的項目進行PPT匯報，納入課程大作業的范圍。批判性思維，要求教育以激發學生主動探討知識為目的，真正使得學生獨立思考，獨立進行研究性學習。PREI教學模式通過教師在課前、課中和課后第二課堂對學生的有效引導，促使學生質疑、挑戰知識、批判研討、創新提升知識，從而讓學生從知識的接收者變成知識的生產創新者。因此PREI教學模式對批判性思維能力的培養起到了保障作用。

三、批判性思維能力的培養需要多元化的考核模式

批判性思維能力的培養過程體現了學生對知識模塊的多元化的思考和學習過程，因此作為培養批判性思維能力的PREI教學模式所對應的考核方式也應該是多元化的，例如大學物理的具體考核如下：總成績＝平時作業成績（課前問題質疑探索作業＋課后知識點訓練作業）10％＋第二課堂軟件平臺項目創新作業10％＋第二課堂科技創新小組研究性課題作業20％＋期中考試10％＋期末考試50％。上述課前問題質疑探索作業能體現出學生對問題進行自主批判性質疑、分析的能力。第二課堂軟件平臺項目創新作業（10％）是培養學生使用科學計算軟件的能力，并通過科學計算軟件進行物理拓展問題進行數字化模擬，利用科學工具訓練培養學生對問題進行科學的批判、分析、比較并綜合信息達到替代已有知識的能力。第二課堂科技創新小組研究性課題作業科技小組研究性課題（20％），這一項作業首先需要學生組團隊，因此能培養學生的團隊合作意識，通過小組的討論研究，從廣度和深度兩個層次進一步培養學生的批判性思維能力。期中考試（10％）和期末考試（50％）重點考察學生對知識內化的程度和利用批判性思維解決問題的能力。通過上述多元化的考核模式，對發現問題、質疑問題、評估比較分析問題、批判問題、綜合信息以及開創替代已有知識的各個環節進行了考核，在考核過程中根據大學物理學科的特點保證了其科學性和合理性，從而達到了培養學生批判性思維能力的目的。

四、結論

文中以大學物理為例，以批判性思維能力的培養為目標，從知識模塊的設計、PREI教學模式以及考核模式三個方面闡述了在課程教學中批判性思維能力的培養，在大學教學中融入批判性思維將有助于改善學生的思維的廣度、深度，從而達到知識的內化和創新的目標。

作者:董梅峰 宋新祥 單位:中國石油大學