大学物理批判性思维能力培养

摘要：大学教学在立德树人的基础上，重点是要培养具有创新思维意识的人才，而批判性思维是创新思维中的重要内容，所以教学中培养批判性思维能力尤为重要。大学多种学科的发展过程充满了批判性思维，因此在大学课程的教学中贯穿批判性思维能力的培养是课程本身性质的要求，同时也是当代社会对人才培养的迫切需求。

关键词：批判性思维能力；课程设计；PREI教学模式；大学物理

罗伯特•恩尼斯（RobertEnnis，1987）对批判性思维表述为：批判性思维是合理的、反思性的思维，其目的在于决定我们的信念和行动［1］。它是一种发现问题并对问题进行质问、评估、比较、分析、批判、综合信息以及开创替代已有知识的能力。批判性思维在某种意义上是跳出自我、反思自己思维的能力，是一个重要并通用的工具。今天，各个国家的竞争更是智力和知识创造力的竞争，因此承担推进知识和文明重担的大学教育，必须是包括批判性思维的素质教育。批判性思维的教育培养必须是理论联系实际的学习过程，批判性思维能力是在各学科教师的教学过程中炼出来的。物理学作为研究自然界中物质的结构以及物质的运动形式客观规律的科学，其中所有客观物理规律的研究过程无一不渗透着批判性思维，因此在大学物理的实际教学中，如何贯穿批判性思维能力的培养？采用什么教学模式培养学生的批判性思维能力？如何让学生参与到对客观物理问题的分析、评价和拓展的过程中？使他们养成批判性思维的惯性，是课程教学内容优化整合、教学模式以及考核模式研究的重要内容。

一、批判性思维能力的培养要求教学内容优化整合

批判性思维［2－3］的培养是一种能力的培养，批判性思维过程具有以下4个特有的特点：（1）发现知识和质问；（2）检查事实的准确性和逻辑的一致性；（3）说明背景和具体情况的重要性；（4）想象和开创新知识。由以上可以看出批判性思维的出发点是对已有知识的质问，最终目的是对知识的创新提升。因此批判性思维能力的培养是基于知识之上的，知识是能力培养的基础。因此在大学课程的教学过程中，应该把知识作为培养能力的载体，而不是仅仅传授知识本身。所以教师不能照本宣科，针对批判性思维能力的培养对大学物理教学内容进行最优化整合，根据培养批判性思维能力的目标，把教学内容进行模块化。例如把大学物理划分为：力学、振动、波动、波动光学、热学、电磁学、原子物理模块。根据各个模块的特点，在组织教学内容时，根据批判性思维过程的4个特点对教学知识模块一环扣一环的进行质问、批判和创新提升。比如振动知识模块的教学可采用图1一系列的质问、研究讨论、批判，最终达到知识的内化升级，最终达到培养学生应用物理、创新物理知识的目的。

二、批判性思维能力的培养需要交互性强的课堂教学模式

知识的传递要突出知识合理性的思考过程，批判性思维是理性的思维，即不管是信念还是行动，都要建立在合理的基础上。课堂作为知识传递的主要场所，因此课堂教学模式是批判性思维能力培养的保障。（一）交互式教学模式是批判性思维能力培养的内在要求。批判性思维能力的培养要求教师在教授课程时采用的教学模式必须是全力激发学生活跃思考，从理性出发，有所探索，有所创造，交互式教学是首选的教学模式，交互式的教学模式是对传统教学模式的挑战。在传统的以教师“讲”为主的教学模式下，学生只是作为知识的接受者，很难做到激发活跃学生进行独立思考问题［1］，学生在传统的教学模式下没有意识提出合理的问题、批判性的分析问题、拓展研究问题和创新问题等。因此传统的教学模式忽略了学生一种非常重要能力的培养，这就是批判性思维能力的培养，批判性思维能力是学术研究和认知发展的基本能力。目前在大学教学中针对传统的教学模式进行了很多的改革，出现了诸如翻转课堂［4－5］、研讨课堂［6－8］等交互式的教学模式，这些交互式的教学模式在培养批判性思维能力方面具有很大的推广价值。但是据调查得知有教师抱怨学生在研讨课和翻转课堂上讨论不起来，学生提不出问题；另一方面也有学生反映研讨课和翻转课堂中由于学生参与讨论占用了课堂的时间，他们认为学生参与讨论是浪费他们的课堂时间，还是听老师讲课获得的知识多。为了避免上述问题，大学物理课题组探索了基于微课的PREI（ProblemResearchExpandingInnovation）教学模式，下面以大学物理的实际教学为例，阐述PREI教学模式的具体运作。（二）PREI教学模式在课前、课中以及第二课堂的教学设计。1．课前对研究的问题进行批判性的质疑、评估和初步分析培养学生的批判性思维能力首先需要学生培养学生发现问题并质疑问题的能力，这一能力在课堂有限的时间内很难对要学习的知识做到充分的质疑，因此PREI教学模式在课前通过微课引导学生对课堂讨论的问题进行充分的自主探索质疑，这种教学模式要求教师在课前把知识基础和一系列质问的问题通过微课传递给学生，教师把课堂要研究的问题录制成微课，然后把微课上传微课平台石大云课堂平台，学生课前首先通过电脑或者手机优慕课软件学习微课，对微课中一系列的问题通过查阅中英文资料进行解答，并在解答教师问题的基础上提出自己的观点后通过网络作业回传到云课堂平台。教师课前对学生的网络作业中的问题进行汇总分类。这样课前教师和学生都做好了课堂研究讨论的充分准备，就不会出现课堂讨论不起来的现象。2．课中对研究的问题进行批判性的合理讨论、批判、分析和综合学生带着质疑的问题进入课堂，同时教师带着汇总的学生问题进入课堂，在课堂上采用交互式的教学模式对学生质疑的问题进行讨论、评估、比较、批判和综合并达到创新替代已有知识的目的。因此PREI教学模式的课堂是交互式的课堂教学，例如前面提到的翻转课堂、研讨课堂等，各学科的研究讨论必须在教师的引导下做到科学性和合理性。在大学物理问题研究过程中除了严禁的数学推导外，还有实验和软件模拟两种研究方式，因此在教学设计中根据教学模块的特点不同可以引导学生采用不同的研究方式。例如对振动问题的课堂讨论中可以采用软件模拟进行教学研究，根据图1中一系列质问，大家可以了解到振动是自然界物质运动的一种普遍存在的形式，物质振动过程中受到诸多因素的影响，要想抓住其中心的客观规律，就需要忽略次要因素，也就是建立理想物理模型简谐振动，物理模型是为了更好揭示事物本质和内在特性而建立起来的一种简化模型，建模能力是物理学习的核心能力之一，也是解决实际问题的重要途径和方法。物理建模的过程体现了批判性思维中矛盾（也就是问题）解决的哲学思想，矛盾的解决，往往是首先抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，主要矛盾解决了，次要矛盾也会迎刃而解。物理建模过程也是如此，例如质点、刚体、简谐振动模型、理想气体等物理模型的建立，都体现了上述批判思维中矛盾解决的哲学思想。简谐振动模型是理想模型，如图2中β／ω0＝0的情况，在实际的振动系统中，严格来讲没有简谐振动这一理想模型，但是当振动系统受到的阻尼因素很小时，阻尼因素就是次要矛盾，就可以忽略，也就是可以视为简谐振动的理想模型，如图2所示，当阻尼因子与固有角频率的比值较小时，例如β／ω0＝0．01时，此时阻尼因素较小，与阻尼因子为零时的简谐振动模型比较相近，所以可以近似视为简谐振动的模型。而由图3可以看出，当阻尼因子比较大时，此时的振动与简谐振动比较相差甚远。在研究振动的过程中学生掌握了振动为什么会停止，那是因为受到了阻尼因素的影响，同时也掌握了通过控制阻尼因子的大小可以控制振动停止的快慢，如图3所示，当阻尼因子与固有角频率的比值较大时，其运动曲线与简谐振动的曲线相差较大，此时的阻尼因素已经不再是次要因素。由图3可以看出随着阻尼因素的增大，简谐振动的周期性运动逐渐被掩盖。由此同学们也会很容易地掌握仪表中的阻尼回零装置是阻尼振动中的临界阻尼振动（β／ω0＝1），此时回零时间最短。3．课后对研究的问题进行批判性的拓展深入研究并升级创新PREI教学模式要求课后在第二课堂对课堂研究的问题进行拓展创新，同学们可以对课堂问题进行实际应用型、知识拓展型研究，此时学生是以小组为单位进行项目式的研究问题，教师是项目研究的指导教师，在课程结束时要求课程小组对所研究的项目进行PPT汇报，纳入课程大作业的范围。批判性思维，要求教育以激发学生主动探讨知识为目的，真正使得学生独立思考，独立进行研究性学习。PREI教学模式通过教师在课前、课中和课后第二课堂对学生的有效引导，促使学生质疑、挑战知识、批判研讨、创新提升知识，从而让学生从知识的接收者变成知识的生产创新者。因此PREI教学模式对批判性思维能力的培养起到了保障作用。

三、批判性思维能力的培养需要多元化的考核模式

批判性思维能力的培养过程体现了学生对知识模块的多元化的思考和学习过程，因此作为培养批判性思维能力的PREI教学模式所对应的考核方式也应该是多元化的，例如大学物理的具体考核如下：总成绩＝平时作业成绩（课前问题质疑探索作业＋课后知识点训练作业）10％＋第二课堂软件平台项目创新作业10％＋第二课堂科技创新小组研究性课题作业20％＋期中考试10％＋期末考试50％。上述课前问题质疑探索作业能体现出学生对问题进行自主批判性质疑、分析的能力。第二课堂软件平台项目创新作业（10％）是培养学生使用科学计算软件的能力，并通过科学计算软件进行物理拓展问题进行数字化模拟，利用科学工具训练培养学生对问题进行科学的批判、分析、比较并综合信息达到替代已有知识的能力。第二课堂科技创新小组研究性课题作业科技小组研究性课题（20％），这一项作业首先需要学生组团队，因此能培养学生的团队合作意识，通过小组的讨论研究，从广度和深度两个层次进一步培养学生的批判性思维能力。期中考试（10％）和期末考试（50％）重点考察学生对知识内化的程度和利用批判性思维解决问题的能力。通过上述多元化的考核模式，对发现问题、质疑问题、评估比较分析问题、批判问题、综合信息以及开创替代已有知识的各个环节进行了考核，在考核过程中根据大学物理学科的特点保证了其科学性和合理性，从而达到了培养学生批判性思维能力的目的。

四、结论

文中以大学物理为例，以批判性思维能力的培养为目标，从知识模块的设计、PREI教学模式以及考核模式三个方面阐述了在课程教学中批判性思维能力的培养，在大学教学中融入批判性思维将有助于改善学生的思维的广度、深度，从而达到知识的内化和创新的目标。

作者:董梅峰 宋新祥 单位:中国石油大学