第三章　物理核心素养与批判性思维时代特征

每一个时代的理论思维，包括我们时代的理论思维，都是历史的产物，它在不同的时代具有完全不同的形式，同时具有不同的内容。

——恩格斯

学校的目标应当是培养有独立行动和独立思考能力的个人，不过他们要把为社会服务看作自己人生的最高目标。

——爱因斯坦

我国在对普通高中课程标准进行修订时提出了基于核心素养的基础教育课程改革理念。核心素养应该是在个体终身成长和社会发展过程中形成的关键的、重要的、居于核心地位的素养。按照经济合作与发展组织（OECD）的界定，“素养不只是知识与技能，它是在特定情境中个体通过利用和调动心理社会资源（包括技能和态度）以满足复杂需要的能力”。核心素养不是各学科领域具体的知识和技能，也不是传统意义上理解的“认知能力”，而是个体在应对和解决复杂现实问题时的综合性品质。核心素养的获得是后天的、可教可学的，既具有发展的连续性，也存在发展阶段的敏感性。也就是说，核心素养不是人类行动本身，而是个体行动背后的内在品质，是对个体相关的知识、能力、品格及价值观念的整合。这对于理解批判性思维具有极其重要的意义。纵观欧盟、OECD、美国、澳大利亚等组织和国家的素养框架，批判性思维始终被认为是个体面向21世纪的核心素养之一。

第一节　批判性思维与学生发展核心素养

正如OECD教育部长所言，“我们理解的素养包含知识、技能、态度和价值观”。每个国家有每个国家的发展阶段，育人目标也会各具特色。学生发展核心素养，主要指学生应具备的，能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。研究学生发展核心素养是落实立德树人根本任务的一项重要举措，也是适应世界教育改革发展趋势、提升我国教育国际竞争力的迫切需要。

美国把其21世纪诸多素养进一步聚焦为“4C核心素养”，即批判性思维能力、沟通能力、创新能力、合作能力。如果把核心素养聚焦为两方面，那就是创新与合作；再次聚焦，“核心素养的心脏”（the heart of key competencies）是反思，反思其实就是对思维不断批判、不断重新认知的过程。美国哲学学会（APA）通过批判性思维的德尔菲报告强调：“批判性思维是有目的的、自我校准的判断。这种判断表现为解释、分析、评估、推论，以及对判断赖以存在的证据、概念、方法、标准或语境的说明。”与此同时，他们还指出：“批判性思维者习惯上是好奇的，全面掌握信息的，信任理性，心灵开放，灵活，能公正做出评估，诚实面对个人偏见，审慎做出判断，乐于重新思考，清楚争议所在，有序处理复杂问题，勤于寻找相关信息，合理选择标准，专注于调查询证，坚持寻求学科和探究环境所允许的精确结果。”如果说前者是指个体拥有的批判性思维技能，后者则是指向个体批判性思维的心理倾向。这一批判性思维的概念更加符合之前所述的核心素养内涵。此观点要求摒弃所谓的“批判性思维训练课”的做法，主张批判性思维的培养要以复杂的、灵活多变的真实情境为载体，以不同（学科）课程领域的知识和技能为基础，依托特定领域的具体活动。只有这样，批判性思维的培养才能真正得以实现。正是各种真实的开放性情境激发了学生的好奇心，培养了他们对问题追根究底的探究倾向。

与之对比，我国学生核心素养关注的是必备品格、关键能力和正确价值观，它以培养“全面发展的人”为核心，分为文化基础、自主发展、社会参与三大方面，综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新六大素养，具体细化为国家认同、理性思维等18个关键要素。我国21世纪人才的关键能力也是聚焦于创新能力和批判性思维培养，而必备品格则是坚强的意志力，价值观和健康的体魄是落实核心素养过程中的基础和根本保证。在我国核心素养体系中，与批判性思维结合最紧密的是六大素养之一的“科学精神”。科学精神主要是学生在学习、理解、运用科学知识和技能等方面所形成的价值标准、思维方式和行为表现，具体包括理性思维、批判质疑、勇于探究等基本要点。以“批判质疑”为例，要求学生具有问题意识；能独立思考、独立判断；思维缜密，能多角度、辩证地分析问题，做出选择和决定。这些都是批判性思维的显著特点。

在另一素养“学会学习”中，其中两个要素“乐学善学、勤于反思”也与批判性思维相联系。学生在学习意识形成、学习方式方法选择、学习进程评估调控等方面的综合表现，正是与批判性思维的情感倾向相关联。在“实践创新”素养下的“问题解决”这一要素，也和批判性思维紧密相关。学生在日常活动中适应挑战、解决问题时所形成的实践能力和创新意识正是培育学生批判性思维的目的所在。物理学科的教学正好提供了良好的教育载体，给学生提供了真实的思维场景和问题情境，在与情境持续互动过程中进行观察、实践、反思和行动，从中创生知识、发展观念，培养了学生诠释、分析、评估和推论的能力。

第二节　批判性思维与物理学科核心素养

学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。物理学科核心素养主要包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面，这四个方面构成了中学物理学科教育的终极目的。

一、物理观念和批判性思维的关系

物理观念是从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识，是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华。物理观念包括物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念及其应用等要素。批判性思维的一个重要特征就是对信什么和干什么做出判断，这种判断需要有分析和评价，做到全面、公正、清楚、准确、相关、有深度，并具有严格的逻辑性。而物理观念正是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础，它要求学生不仅理解和掌握物理知识，而且将所学习的大量具体知识围绕学科核心概念整合内化，在此基础上形成对物质世界的整体思考和系统认识。显然，学生在形成物理观念的过程中，必然孕育了对批判性思维的培养，物理观念是学生在头脑中形成的对世界的正确认识，也是对物理课程进行批判性思考的结果。

批判是对已有的各种观点接受之前必须进行的审查和质疑，通过批判来了解这些观点是否符合事实。批判性思维是教育和学习的必然产物，也是一种思维习惯和能力素养。如果一位物理教师在物理观念教学中，善于联系生活实际，创设各种社会实践情境，让学生自由发表自己的观点，通过自己的努力寻找相关的证据，敢于面对偏见，勇于坚持己见，让学生在学习物理学概念与知识的同时，将概念的内涵和外延都表述清楚，将物理知识整合、内化、提炼、升华成自己的物理观念，让学生初步具有现代物理的物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念等，并能用这些观念描述自然界的图景、解释自然现象和解决实际问题，那么学生就具备了形成观念的意识和问题解决的能力，自然也形成了批判性思维能力。

二、科学思维和批判性思维的关系

科学思维主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。它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理想模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等科学思维方法的内化；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判，进而提出创造性见解的能力与品质。不难看出，物理学科核心素养中对科学思维的定义包含了分析综合、推理论证，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，进行检验和修正等，这些都是批判性思维所强调的。批判性思维要求能够基于事实证据进行科学推理，并能对不同观点和结论提出质疑，结合论据进行科学论证，批判、检验和修正结论，强调不盲目地接受，也不盲目地否定。这也正是科学精神的体现价值。

物理学科教育的过程本质上就是提升学生科学思维品质的过程，科学领域中的思维过程涉及建立模型、假设推理、设计实验、采集数据和分析、处理和解释等阶段中的认知过程，如归纳、演绎、类比和问题解决这些要素，反映了科学思维是以科学知识经验为中介，体现为对多变量因果系统的信息加工过程，而对多变量系统进行信息加工离不开批判性思维中的分析、推理、评价、解释等诸要素，可见，批判性思维是提升科学思维不可或缺的工具。此外，在物理学科问题解决的过程中，无论是推理还是综合，都需进行主动的思考，并以冷静客观的态度对外在信息加以厘清、辨别、假设及验证，这种理性、虚心的态度与心灵特质，正符合批判性思维强调的心胸开阔的物理学科能力与质疑精神，所以批判性思维强调的气质倾向是科学思维的重要运作基础。

三、科学探究和批判性思维的关系

科学探究是物理学科核心素养的主要内容之一，也是中学物理学科教育中重要的教学方法之一。从内容上看，中学物理教学中的科学探究主要包括问题、证据、解释、交流等要素，这些要素把科学探究和批判性思维紧密地联系在了一起。科学探究包含很多批判性思维的内容，例如：“运用批判思维和逻辑思维进行假设，思考替代性解释”；“运用批判性思维对第一手事件和现象以及第二手资料进行分析，以判断它们的可靠性”；“根据对科学的理解，运用批判性思维解释证据，根据逻辑推理决定选择何种模型”；等等。事实上，科学推理因涉及决策而和批判性思维有着不可分割的关系。科学探究要求具备辨别或提出一个问题的能力；要求从可靠的信息源中搜索并筛选信息的能力；要求在实验设计时用到的推理能力，包括计划控制变量，以及做书面或口头报告需要的策略与战术等，这些都是恩尼斯在批判性思维分类中提到的能力。由此看来，科学探究的过程离不开批判性思维的参与，两者在技能方面有着很多的交叉重叠，在探究的过程中瞄准批判性思维会有一举两得的功效。

四、科学态度与责任和批判性思维的关系

科学态度与责任是指在认识科学本质，认识科学、技术、社会和环境关系的基础上，逐渐形成的探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度，以及遵守道德规范、保护环境并推动可持续发展的责任感。科学态度与责任主要包括科学本质、科学态度、社会责任等要素。

物理学与日常生活联系紧密，推动着现代技术的发展，极大地改善了人类的生活，但也随之带来了一系列问题，如温室效应、能源危机等。学生需要保持一种质疑批判的精神，不迷信，不盲从，遵循科学研究规范，关心人类福祉，对所学的科学知识和科技成果始终保持怀疑的态度，在求证的过程中始终坚持证据导向，坚持实事求是，明确社会责任感，这些都是批判性思维的主要内容。

此外，对科学本质的理解离不开批判性思维的参与。树立正确的科学本质观，就是要准确理解科学是基于证据的解释，随着证据的不断更新迭代，科学随之动态发展。物理学作为一门基础的自然科学学科，知识的不确定性和相对真理性是矛盾地共存的，学生需要理解科学定律是一定条件下的科学近似，或许随着人类眼界的扩大和新的客观条件的发掘，现在正确的理论在明天会被*翻推**或被重新认识，但只要目前它能合理解释并能准确预测自然界的行为，它就是“科学的和正确的”。

第三节　批判性思维与物理学科思维能力

林崇德指出，学科思维能力是教师和学生通过教学活动使得学科知识概括化的能力，既以学科知识为载体，又要超越具体知识形成稳固的心理特质。物理学科思维的特征是用准确的表述和严谨的方法对事实真相进行描述，而批判性思维也具有准确性、严谨性的特征。批判性思维能力包括六项思维技能：解释（interpretation）、分析（analysis）、评估（evaluation）、推论（inference）、说明（explanation）和自我校准（self-regulation）。全国高考物理命题委员会在比较各学科特点及其对学生素质和能力发展贡献的基础上，根据学科的特点和需要，从中学物理教学和高考命题的实践经验出发，对物理学科思维能力提出了五个方面的要求：理解能力，推理能力，分析综合能力，问题解决能力，实验能力。这些能力与批判性思维能力相互融通。在科学语境中，批判并不是代表不赞同，而是指寻求真理、不断反思。批判性思维教育的目标是培养具有优秀批判性思维品质的学生，在学科学习和日常生活实践中，他们能够有效整合批判性思维的各种技能并加以运用，具有强烈的自信心、自觉性和良好的判断力。

一、理解能力

理解能力是指理解物理概念、物理规律的确切含义，理解物理规律的适用条件，以及它们在简单情况下的应用；能够清楚地认识概念和规律的表达形式（包括文字表达和数学表达）；能够鉴别关于概念和规律的似是而非的说法；理解相关知识的区别和联系。显然，理解能力与批判性中的解释（interpretation）能力相对应。理解能力的子技能包括归类、理解意义和澄清含义、识别各个研究对象之间的联系。如对万有引力定律的发现背景的理解，我们就要熟悉相关物理天文学发展史，不能把定律仅仅理解为简单的数学表达式，或者仅是行星绕太阳的运行规律，不仅要知道它是在开普勒三定律基础上产生的，还要知道它适用于对各类天体运行规律进行研究，现在仍规划和指导我们对未来太空探索的方向。

二、推理能力和分析综合能力

推理能力是指能够根据已知的知识和物理事实、条件，对物理问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或做出正确的判断，并能把推理过程准确地表达出来。分析综合能力是指能够独立地对所遇到的问题进行具体分析，弄清其中的物理状态、物理过程和物理情境，找出其中起重要作用的因素及有关条件；能够把一个较复杂问题分解为若干较简单的问题，找出它们之间的联系；能够理论联系实际，运用物理知识综合解决所遇到的问题。推理能力和分析综合能力，与批判性思维中的分析（analysis）和推论（inference）能力相近，也具有部分的说明（explanation）能力因素。推论能力的子技能包括质疑证据、构想替代方案和推出结论；分析综合能力的子技能包括审查理念、发现论证和分析论证。说明（explanation）能力要求的用证据的、概念的、方*论法**的、规范的和语境的术语表述推论是正当的，也体现了综合分析与逻辑推理。如运用隔离体方法研究物体运动时，先是合理地对研究对象进行隔离分析，考察待研究系统中部分物体，准确分析它的受力、运动等情况，提取个研究对象的相关信息；再通过推论，得出题设中没有明确给出的信息或隐含假设，识别各研究对象之间的联系；最后根据已知已学的物理规律，推理和说明系统内各物体运动情况和功能转换关系。

三、问题解决能力

问题解决能力，在物理学科*特中**指运用数学处理物理问题的能力，是指根据具体问题列出物理量之间的关系式，进行推导和求解，并根据结果得出物理结论，必要时能运用几何图形、函数图像进行表达、分析。概括地说，就是以问题为导向，具体情况具体分析，合理选取研究对象，定量寻求各物理量之间的规律，并由此建构理论体系。这与批判性思维中的分析（analysis）、推论（inference）、说明（explanation）和评估（evaluation）等相关联。具体到解决某一物理问题中，首先，要明确分析的具体目标，即明确研究对象，用什么物理规律解决问题；其次，要掌握解答物理问题时常用的分析方法，如分清步骤、分解结构、图解分析、对比分析等方法；然后，要运用程序法分析，建立物理模型，分析物理过程，运用物理规律，求解数学方程；最后，要分析反思问题解决的方法与策略，如针对生活中的物理现象，先考察原始物理问题的开放性，再纯化生活问题科学建模，提出对问题解决的见解主张，并利用数据、概念、规律和数学公式等合理的论据，进行恰当的论证，能够正确地分析论证的过程，评估假设和检验模型的科学性和合理性。

四、实验能力

实验能力是指能独立完成实验，能明确实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件，知道为了达到实验目的需要证明什么问题、测量哪些物理量；会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据；会尊重客观事实，能灵活地运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器处理问题；了解误差的概念，知道影响实验准确度的因素，懂得反思和评价，会科学判断实验结果的合理性和可靠性。从以上可以看出，实验能力几乎考察了从解释（interpretation）到自我校准（self-regulation）所有的批判性思维能力。如在设置实验目标和选取实验原理的过程中，要学生根据自身的感知、经验进行判断；在实验过程中，不仅要会根据实验步骤来进行分析与评估，更要强调自我校准能力，需运用自身的元认知，自我审查、自我校正，准确审视实验结果；在数据处理和误差分析的过程中，要通过分析、归纳、推理等来进行说明和解释；在分析实验精度和结果可靠性的过程中，需要推理、综合与评估等，这些都是批判性思维的重要的思维技能。

马克思曾经指出：“归纳、分析、比较、观察和实验是理性方法的重要条件。”马克思将观察和实验与归纳、分析、比较同列，很有前瞻性和开拓性，因为观察和实验本身就是抽象与概括，是比较、分析和综合，在实验中，我们实际就是把抽象、分析与综合的方法进行物化。首先，实验是一种抽象。因为在自然条件下所发生的现象常常受多种因素的干扰，我们通常都是先控制实验条件，排除次要因素，纯化研究对象的实验条件，一般是通过实验仪器或者控制实验条件的方式来实现。其次，实验也是一种分析与综合。实验是分析，这是不言而喻的，因为实验能够人工控制和人为改变实验现象发生的条件，这是理性分析在感性具体事物中的呈现，而实验综合思维就是把某一需要研究的过程中的各个组成因子复合为一个整体的思维，考察它们的整体性质。不仅如此，实验也是比较，是类比，如对比实验和模拟实验等，正是因为实验能把抽象的理性方法再现于感性的具体对象之中，所以在培养学生的批判性思维时，是不可代替的探索自然科学的重要手段和方式。

由上可知，物理学科的批判性思维，不仅是理性的心态、敢于质疑的品格，更是一种综合性的能力。它包括多个维度，如在思维内容维度有科学现象、问题、概念和规律等，在思维能力维度有观察概括、推论预测、解释论证、探究创新等，在思维品质维度有深刻性、灵活性和敏捷性等。因此，结合物理学科核心素养和学科能力特征，借鉴国内外对批判性思维能力研究的模型，本书将开展物理学科的批判性思维教学理论框架界定为：以物理现象为起点，以物理学发展史为主线，以批判性思维能力为目标，系统讨论批判性思维能力的外显结构。

结语

概括说来，中学物理学科批判性思维能力培养具有以下四个特征：一是以物理知识为媒介，二是思维方式要外显，三是思维结构要系统，四是思维特质要稳定。具体来讲，就是实现逻辑思维与非逻辑思维的结合，将归纳与演绎、分析与综合、抽象与具象、比较与分类、推理与溯因等各种方法相统一，寻求各种思维方式的互补，综合应用；坚持科学性和批判性，以显性的批判性思维能力为载体，让学生顺利进行物理知识的输入、存储、加工、关联，实现科学理解；让学生能分析解释、推论预测、综合论证具体生活情境和物理问题；让学生在面对陌生和不确定性问题时，能利用逻辑思维、直觉思维和联想思维，产生探寻新知识和新方法的能力，会质疑、会迁移、会批判、会创新，真正实现核心素养的发展。