李晶晶 潘蘇東

(1. 海南師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院,海南 ?？?571158； 2. 華東師范大學(xué)物理與材料科學(xué)學(xué)院,上海 200062；3. 華東師范大學(xué)教師教育學(xué)院,上海 200062)

1 研究目的

問題解決被列為21世紀(jì)學(xué)生必須具備的三大能力之一,問題解決的過程受到多方面因素的影響,有研究者把影響問題解決過程的內(nèi)在因素分為基本能力、批判性思維和過程處理技巧3個(gè)部分．基本能力包括解決問題所需的相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)及一般的策略性知識(shí);批判性思維則在界定問題、判斷相關(guān)信息、形成問題解決方案及進(jìn)行反思等各個(gè)環(huán)節(jié)都扮演了重要的角色;過程處理技巧則包含論據(jù)的呈現(xiàn)技巧、辯論的技巧等[1]．恩尼斯認(rèn)為,批判性思維是問題解決過程的一個(gè)重要部分,批判性思維的5大類能力(澄清能力、獲得決定所基于的信息和其他出發(fā)點(diǎn)相關(guān)的能力、與根據(jù)這些出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行推論的相關(guān)能力、元認(rèn)知能力、附屬能力)[2]都與問題解決有著直接的關(guān)系．

根據(jù)恩尼斯等人對(duì)批判性思維的界定,物理問題解決過程的4個(gè)階段都離不開批判性思維的參與,從分析信息階段到自我評(píng)價(jià)階段,批判性思維都有參與,且對(duì)批判性思維的要求越來越高．

研究表明，批判性思維水平不會(huì)簡單地隨著年齡的增長而提高,但卻可以通過學(xué)習(xí)得到提升．[3]如果學(xué)生沒有付出努力,他的高階思維水平就不會(huì)得到提高,批判性思維作為高階思維的一種,同樣需要經(jīng)歷一定難度的練習(xí)后才能得到提高,在物理教學(xué)中可以利用問題解決來提升學(xué)生的批判性思維水平．研究中學(xué)生在物理問題解決過程中的批判性思維發(fā)展水平對(duì)于提高學(xué)生物理問題解決能力有著特殊的作用．本研究擬基于SOLO分類評(píng)價(jià)理論對(duì)學(xué)生在解決物理問題過程中的批判性思維發(fā)展水平進(jìn)行研究．

圖1 物理問題解決過程中批判性思維參與層級(jí)表

SOLO是英文“Structure of the Observed Learning Outcome”首字母的縮寫,意為“觀察到的學(xué)習(xí)結(jié)果的結(jié)構(gòu)”,是澳大利亞著名教育心理學(xué)家比格斯(Biggs)和他的同事科利斯(Collis)提出的,他們認(rèn)為，一個(gè)人的總體認(rèn)知結(jié)構(gòu)是不可測(cè)量的,但其在解決某個(gè)具體問題時(shí)所表現(xiàn)出來的思維結(jié)構(gòu)是可測(cè)量的,而且表現(xiàn)出的思維水平可以從低到高劃分為5個(gè)層次: 前結(jié)構(gòu)(基本無法理解和解決問題)、單點(diǎn)結(jié)構(gòu)(對(duì)問題略知一二,但無法解決)、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)(對(duì)問題有了更多的了解,但不全面)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)(對(duì)問題有整體把握,并能解決問題)和抽象拓展結(jié)構(gòu)(能對(duì)問題進(jìn)行抽象概括,并應(yīng)用于新的情境)．“我們可以判斷學(xué)生在回答某一具體問題時(shí)的思維結(jié)構(gòu)處于哪一層次,關(guān)注學(xué)生在特定任務(wù)上的表現(xiàn)．這種分析學(xué)生解決一個(gè)問題時(shí)所達(dá)到的思維高度的評(píng)價(jià)方法就稱為SOLO分類評(píng)價(jià)”．[4]

2 研究設(shè)計(jì)

2.1 研究假設(shè)

本研究假設(shè)高二學(xué)生在解決物理問題的過程中表現(xiàn)出的批判性思維能力水平是不同的,并呈現(xiàn)為由低到高的連續(xù)體．

2.2 研究方法

研究主要采用質(zhì)性研究的方法,通過現(xiàn)場(chǎng)采集學(xué)生在物理問題解決過程中的解題步驟、想法等相關(guān)信息,進(jìn)行整理,以SOLO分類評(píng)價(jià)理論為參照,根據(jù)不同學(xué)生的表現(xiàn)提煉出學(xué)生在物理問題解決過程中批判性思維的等級(jí)水平．

2.3 選擇被試

在?？谑袑僦攸c(diǎn)高中隨機(jī)選取一個(gè)高二年級(jí)普通班,根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展階段論和對(duì)批判性思維的研究,初中生的批判性思維水平尚淺,很難對(duì)其進(jìn)行有效地分層,高一學(xué)生剛剛?cè)胄?和初中生差異不明顯,選擇高二年級(jí)學(xué)生進(jìn)行研究是比較理想的．因?yàn)槭琴|(zhì)性研究,很難進(jìn)行大樣本調(diào)查,選擇市屬重點(diǎn)高中普通班主要考慮到這個(gè)樣本群體比較能夠代表普通偏高學(xué)生的一般水平．所選班級(jí)共53人,其中男生31人,女生22人,平均年齡在18歲左右．

2.4 數(shù)據(jù)采集

給定測(cè)試題目,要求學(xué)生作答,在作答的過程保留原始做題痕跡(做錯(cuò)后用筆在上面輕輕畫線,不要直接涂改),解答完畢后根據(jù)學(xué)生答題情況對(duì)部分學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性訪談,了解學(xué)生做題過程中的真實(shí)想法．

測(cè)試題目:一列火車由機(jī)車牽引沿水平軌道行駛,經(jīng)過時(shí)間t,其速度由0增大到v．已知列車總質(zhì)量為M,機(jī)車功率P保持不變,列車所受阻力f為恒力．求:這段時(shí)間內(nèi)列車通過的路程．

選擇這個(gè)題目是因?yàn)閷W(xué)生對(duì)這類題目并不陌生,任何層次的學(xué)生應(yīng)該都能參與解題,同時(shí),解決問題所需要的公式也比較簡單,避免復(fù)雜運(yùn)算帶來的其他干擾．

3 研究結(jié)果

根據(jù)SOLO分類評(píng)價(jià)理論對(duì)學(xué)生問題解決過程中思維水平的分層及物理問題解決過程中批判性思維參與層級(jí)表,經(jīng)過對(duì)學(xué)生的答題痕跡和訪談錄音進(jìn)行分析,我們認(rèn)為可以把高二學(xué)生在物理問題解決過程中的批判性思維表現(xiàn)水平分為4個(gè)層次．

3.1 第1層次(LCT-1)

可以看出,這部分學(xué)生雖然能夠表述出題目中給出的具體信息,但他們卻無法找到隱藏的關(guān)鍵信息,題目中機(jī)車在0到t時(shí)刻內(nèi),功率保持不變,而機(jī)車速度在增大,意味著牽引力在減小,因此,機(jī)車在這段時(shí)間內(nèi)并非做勻變速運(yùn)動(dòng),勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式和高中所學(xué)的牛頓第二定律的公式在這里都是不適用的．在交流中發(fā)現(xiàn),這部分學(xué)生并沒有能夠分析出機(jī)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),他們僅僅是把題目中的表面信息和頭腦中的公式進(jìn)行了簡單匹配,沒有對(duì)信息進(jìn)行進(jìn)一步的深入思考,判斷它們之間的物理關(guān)系．而且,有學(xué)生表示,除了用勻變速運(yùn)動(dòng)公式,他們沒有別的方法把題目所求的位移與運(yùn)動(dòng)速度及運(yùn)動(dòng)時(shí)間等聯(lián)系起來．這說明,這部分學(xué)生缺少解決這個(gè)物理問題所需的知識(shí),由于知識(shí)儲(chǔ)備不足,導(dǎo)致他們?cè)诮鉀Q這個(gè)問題時(shí)無法列舉不同的解決方案,更無從選擇最優(yōu)方案．訪談結(jié)果顯示,這部分學(xué)生對(duì)自己的解題方案并沒有明確的規(guī)劃,能寫多少公式就寫多少,至于對(duì)錯(cuò),他們并不清楚,完全不具備對(duì)解題過程和解題結(jié)果的評(píng)估能力．

以上分析可知,這部分學(xué)生基本不具備物理解題所需的批判性思維能力,我們將這種表現(xiàn)定義為第1層次,用LCT-1(Level of Critical Thinking-1)來表示,對(duì)應(yīng)SOLO分類評(píng)價(jià)中的前結(jié)構(gòu)層次,這個(gè)層次的學(xué)生在求解物理問題時(shí)主要表現(xiàn)為:無法對(duì)題目中給出的信息進(jìn)行有效的判斷,建立它們之間的物理關(guān)系;無法結(jié)合已有知識(shí)進(jìn)行解題規(guī)劃;對(duì)解題過程中需要用到的概念、規(guī)律、物理思想等解釋不清楚、不準(zhǔn)確,導(dǎo)致在解題過程中遇到困難;缺乏對(duì)問題解決方案的評(píng)估能力．

3.2 第2層次(LCT-2)

在學(xué)生的答卷中,我們發(fā)現(xiàn)有兩種錯(cuò)誤的解法.

錯(cuò)解1:以列車為研究對(duì)象,水平方向受牽引力和阻力f．據(jù)P=Fv可知，牽引力為

由F-f=Ma可求得

求得

錯(cuò)解2:以列車為研究對(duì)象,水平方向受牽引力和阻力f．據(jù)P=Fv可知，牽引力為

根據(jù)動(dòng)能定理有

求得

這兩種錯(cuò)解看似不同,但卻有著相似之處,錯(cuò)誤的根源都是沒能根據(jù)題目中告知的機(jī)車功率不變,推導(dǎo)出機(jī)車牽引力并非恒力．和單點(diǎn)層次結(jié)構(gòu)類似,雖然學(xué)生并沒有直接跳到答案,但學(xué)生對(duì)自己選擇的解決問題方案缺少分析,在不清楚方案對(duì)錯(cuò)的情況下盲目使用,導(dǎo)致答案錯(cuò)誤．在對(duì)使用錯(cuò)解1學(xué)生的訪談中發(fā)現(xiàn),與第1層次的學(xué)生不同,這些學(xué)生對(duì)使用牛頓第二定律解決動(dòng)力學(xué)問題有著一定的經(jīng)驗(yàn),能夠進(jìn)行解題規(guī)劃．“這個(gè)題目一看就知道是動(dòng)力學(xué)問題,告訴了時(shí)間,速度,受力情況,求位移．……這種題目我們?cè)瓉碜鲞^很多,只要用牛頓第二定律加上勻變速運(yùn)動(dòng)公式,肯定就能算出來．”這意味著這部分學(xué)生可以快速地找到題目中給出的物體受力、運(yùn)動(dòng)時(shí)間、速度變化等信息,并能有意識(shí)地將這些信息建立起聯(lián)系．但他們并沒有對(duì)題目中的信息仔細(xì)地進(jìn)行分析和解釋,辨別是否可以使用勻變速運(yùn)動(dòng)公式進(jìn)行求解．當(dāng)被要求對(duì)自己的解題方法和解答過程進(jìn)行正誤判斷時(shí),只有兩位學(xué)生醒悟過來,“好像不對(duì),v增大,F就減小了,不是勻加速,做錯(cuò)了．”其他同學(xué)大多認(rèn)為“應(yīng)該沒問題吧!”使用錯(cuò)解2的學(xué)生選擇了用動(dòng)能定理解題,表現(xiàn)出了更加豐富的知識(shí)儲(chǔ)備,在訪談中發(fā)現(xiàn),他們認(rèn)為這類題目通常有兩種解法,一種是用動(dòng)力學(xué)公式求解,一種就是用動(dòng)能定理求解．至于為什么選擇動(dòng)能定理,我們得到了不同的回答,有學(xué)生認(rèn)為動(dòng)能定理計(jì)算簡單,省掉了中間過程;有學(xué)生表示沒有多想,因?yàn)槔蠋煆?qiáng)調(diào)過能用動(dòng)能定理就不用動(dòng)力學(xué)方程．可以看出,這部分學(xué)生對(duì)動(dòng)力學(xué)和動(dòng)能定理都有一定的理解,能夠?qū)㈩^腦題目中的信息和這些知識(shí)進(jìn)行鏈接,但由于對(duì)學(xué)科知識(shí)缺少深層次的理解,他們往往不能在各種解決問題的方案中進(jìn)行正確的選擇,同樣,也無法對(duì)自己選擇方案的正誤進(jìn)行判斷．

與第1層次的學(xué)生相比,這部分學(xué)生具備一點(diǎn)物理解題所需的批判性思維能力,我們將這種表現(xiàn)定義為第2層次,用LCT-2來表示,對(duì)應(yīng)SOLO分類評(píng)價(jià)中的單點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次．他們能夠?qū)︻}目中給出的信息進(jìn)行判斷,并找到各類信息之間的物理關(guān)系;具有一定的物理知識(shí)儲(chǔ)備,并能提取相關(guān)的解題經(jīng)驗(yàn),但缺乏對(duì)學(xué)科知識(shí)的深層次理解和對(duì)隱含信息的提取和分析能力,導(dǎo)致無法進(jìn)行正確的解題規(guī)劃;很難對(duì)解題步驟和結(jié)果進(jìn)行正確評(píng)價(jià)．

3.3 第3層次(LCT-3)

我們發(fā)現(xiàn)使用錯(cuò)解2(19人)的學(xué)生比使用錯(cuò)解1的學(xué)生(3人)要多,在對(duì)使用錯(cuò)解2的部分學(xué)生進(jìn)行訪談時(shí),有3個(gè)學(xué)生比較典型,他們對(duì)選擇使用動(dòng)能定理的理由是“機(jī)車功率不變,但是速度變大了,所以F就變小了,所以機(jī)車不是做勻變速直線運(yùn)動(dòng),……那就只能用動(dòng)能定理了．”當(dāng)我們?cè)噲D提醒“你已經(jīng)知道了機(jī)車所受的牽引力并非恒力,那你覺得你的解題過程有問題嗎?”學(xué)生很肯定地告知“沒有問題,因?yàn)閯?dòng)能定理在任何條件下都適用,不是恒力做功也可以用．”顯然,這幾名學(xué)生已經(jīng)掌握了動(dòng)力學(xué)解決物理問題的方法,甚至對(duì)動(dòng)力學(xué)解決問題的局限性也有所了解,對(duì)動(dòng)能定理的內(nèi)涵也有一定的理解,但卻在在求解做功的問題上未曾考慮到變力做功的求法．表面來看,學(xué)生只是一時(shí)大意,但根據(jù)其對(duì)解題過程的評(píng)價(jià)可以看出,學(xué)生缺乏對(duì)整個(gè)問題解決過程的邏輯思考,選擇解題策略時(shí)關(guān)注到的隱藏信息在進(jìn)行具體解題方法選擇時(shí)被徹底拋棄了,這意味著學(xué)生尚沒有能力對(duì)問題進(jìn)行全面的分析．而在對(duì)自己的解題過程進(jìn)行審查時(shí),學(xué)生并沒有意識(shí)到自己的錯(cuò)誤,說明他尚未掌握自我檢查的方法,僅僅對(duì)部分關(guān)鍵條件進(jìn)行了反思,而忽略了對(duì)解題整體規(guī)劃合理性的檢查．

與處于LCT-2階段的學(xué)生相比,這幾名學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)的理解顯然更加深刻一些,他們很清楚地知道利用動(dòng)力學(xué)公式和動(dòng)能定理可以解決哪些類型的問題,并能根據(jù)題目信息判斷出機(jī)車所做的是非勻變速直線運(yùn)動(dòng),從而選擇用動(dòng)能定理解題．但由于缺乏對(duì)問題的整體把控,他們最終并沒能夠選擇正確的解題方案．我們將其表現(xiàn)定義為第3層次,用LCT-3來表示,對(duì)應(yīng)SOLO分類評(píng)價(jià)中的多點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次．這個(gè)層次學(xué)生的表現(xiàn)是:能夠分清題目給出的各種信息,并能夠利用已有的解決問題經(jīng)驗(yàn)對(duì)問題進(jìn)行歸類;學(xué)生在表達(dá)可以用于解決問題的前提知識(shí)(定義/定理/數(shù)據(jù))時(shí),精確而清晰,能夠制定解決問題的方案;但缺乏對(duì)解決問題的整體規(guī)劃,缺乏對(duì)前后關(guān)系的邏輯判斷,從而導(dǎo)致無法找到問題的最佳解決方案;在對(duì)解題步驟和結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)缺乏判斷．

3.4 第4層次(LCT-4)

全班大概有二分之一的學(xué)生給出了正確的解答過程,在和這部分學(xué)生交流的過程中我們發(fā)現(xiàn),他們讀取信息和進(jìn)行解題計(jì)劃的能力都比前幾個(gè)層次的學(xué)生更勝一籌．這部分學(xué)生能夠很快地將題目中給出的信息進(jìn)行整理,結(jié)合原有解題經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析,判斷出此題只能用動(dòng)能定理求解．“題目中說明了機(jī)車功率不變,但是速度在變大,所以F會(huì)變?。@類變力做功問題通常會(huì)用到動(dòng)能定理,題目求的是位移,那就更是用動(dòng)能定理了——合外力做功等于動(dòng)能的改變量,位移和做功有關(guān)．”學(xué)生對(duì)選擇用動(dòng)能定理解題并不是盲目的,他們是在將題目所給信息和所求物理量進(jìn)行了認(rèn)真分析之后做出的決定．在分析的過程中,學(xué)生發(fā)現(xiàn)此題中的機(jī)車并非做勻變速運(yùn)動(dòng),因此他們?cè)谇笞龉Φ膯栴}上并沒有使用W=Fs這個(gè)常見公式,而是選擇了W=Pt．

這種表現(xiàn)與SOLO模型中定義的第4層次關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次對(duì)應(yīng),我們將其定義為第4層次,用LCT-4來表示．這部分學(xué)生的表現(xiàn)是:能夠分清題目給出的各種信息,并能夠利用已有的解決問題經(jīng)驗(yàn)對(duì)問題進(jìn)行歸類;學(xué)生在表達(dá)可以用于解決問題的前提知識(shí)(定義/定理/數(shù)據(jù))時(shí),精確而清晰,最終能夠根據(jù)所提供的事實(shí),前提知識(shí),明確的程序,制定解決問題的方案,并且邏輯非常清晰;對(duì)解題過程中的每一步都能非常清楚和詳細(xì)地進(jìn)行描述,并能建立起相應(yīng)的物理模型;以清晰、精確、相關(guān)和深刻的方式解決問題;在對(duì)解題步驟和結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)能夠做到有根有據(jù),邏輯清楚．

SOLO模型中定義的最高思維層次是抽象拓展層次,表現(xiàn)為能對(duì)問題進(jìn)行抽象概括,從而做到舉一反三．這種應(yīng)用遷移能力無法從答卷中看出,但在隨后的訪談中我們發(fā)現(xiàn),能夠給出此題正確解答的學(xué)生基本都能對(duì)這類問題的解決過程進(jìn)行總結(jié)和反思,明確這類問題的解決方案．當(dāng)然,這和任課教師曾經(jīng)在課堂上強(qiáng)調(diào)過此類問題的解決方法有很大關(guān)聯(lián)．單從學(xué)生在解決此問題的表現(xiàn)上看,基本能夠達(dá)到關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次的學(xué)生也都達(dá)到了抽象拓展層次．

4 結(jié)論

調(diào)查結(jié)果說明高二學(xué)生在解決物理問題中的批判性思維水平是不一致的,可以根據(jù)他們的不同表現(xiàn)分為由低到高的4個(gè)層次,這和我們的研究假設(shè)基本吻合．

關(guān)于學(xué)生解決物理問題過程中的批判性思維分層結(jié)果可概括如下: (1) 無法在解決問題時(shí)使用批判性思維的學(xué)生(LCTA-1):只能識(shí)別給定的事實(shí)和問題,但不能和頭腦中已有信息發(fā)生聯(lián)系以進(jìn)行更深層次的分析; (2) 在解決問題過程中批判性思維技能較弱的學(xué)生(LCTA-2):可以識(shí)別事實(shí)和問題,能夠和已有知識(shí)(概念/定理/數(shù)據(jù))進(jìn)行聯(lián)系,但在制定問題解決方案的過程中缺乏對(duì)相關(guān)信息的判斷和思考,缺乏自我反思的能力; (3) 在解決問題過程中具有一定批判性思維技能的學(xué)生(LCTA-3):可以識(shí)別事實(shí)和問題,可以根據(jù)給定信息激活頭腦中已有的相關(guān)圖式,進(jìn)行解題規(guī)劃,并能對(duì)自己解決問題的過程有一個(gè)大致的判斷; (4) 在解決問題過程中批判性思維技能較強(qiáng)的學(xué)生(LCTA-4):可以清楚地識(shí)別提供的各種信息,迅速激活相關(guān)圖式,進(jìn)行正確的解題規(guī)劃,對(duì)自己的解題步驟和結(jié)果能進(jìn)行有根據(jù)的判斷和評(píng)價(jià)．

由于樣本和所選題目的限制,在此次研究中發(fā)現(xiàn)處于第1層級(jí)和第3層級(jí)的學(xué)生人數(shù)都非常有限,學(xué)生基本集中在第2層級(jí)和第4層級(jí),這個(gè)結(jié)論是否可以推廣還有待進(jìn)一步的研究．

參考文獻(xiàn)：

1 Cindy L. Lynch and Susan K. Wolcott WolcottLynch Associates. Helping Your Students Develop Critical Thinking Skills[J]. Journal of College Teaching & Learning,2015(2):101-108.

2 武宏志,張志敏,武曉蓓. 批判性思維初探[M]. 北京:中國社會(huì)科學(xué)出版社,2015:61.

3 戴維·希契柯克, 張亦凡, 周文慧. 批判性思維教育理念[J]. 高等教育研究, 2012(11):54-63.

4 Biggs J,Collis K. Evaluating the Quality of Learning——SOLO Taxonomy.New york:Academic Press,1982:13-15.