摘 要：科學(xué)論證能力是培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的重要載體.教師在初中物理課堂教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合物理學(xué)科特點(diǎn)，緊緊圍繞物理知識(shí)建構(gòu)，以科學(xué)探究問題為引領(lǐng)，以圖爾敏科學(xué)論證模型為支撐，引導(dǎo)學(xué)生開展嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)論證活動(dòng)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行批判性思維訓(xùn)練，以期發(fā)展學(xué)生批判性思維能力.

關(guān)鍵詞：批判性思維;科學(xué)論證;圖爾敏模型;物理教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）06-0009-03

作者簡介：葉成林（1969-），男，江蘇儀征人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：初中物理課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)研究.

1 圖爾敏模型

批判性思維是決定學(xué)生信念和行動(dòng)而進(jìn)行的合理的反思性思維[1].批判性思維是學(xué)生受用終身的能力與品格，是創(chuàng)造性思維的基礎(chǔ)[2].培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的重要載體是科學(xué)論證[1].科學(xué)論證的內(nèi)涵是“利用證據(jù)建立科學(xué)理由以推理得出科學(xué)主張”[3].英國哲學(xué)家斯蒂芬·圖爾敏在20世紀(jì)提出一個(gè)科學(xué)論證模型，以明晰、支撐學(xué)生的科學(xué)論證活動(dòng)，規(guī)范學(xué)生的批判性思維路徑，提高學(xué)生批判性思維能力.圖爾敏模型包括6個(gè)論證元素：根據(jù)、斷言、保證、支撐、辯駁、限定.其中，根據(jù)是用來論證的事實(shí)證據(jù)，斷言是論證的結(jié)論，保證是連接證據(jù)和結(jié)論之間的普遍性原則，支撐是用來支持保證的陳述，辯駁是反駁和說明，限定是對(duì)論證結(jié)論限定的修飾詞.

我國董毓博士也認(rèn)為批判性思維的培養(yǎng)，根子在基礎(chǔ)教育[4].在初中物理教學(xué)中培養(yǎng)初中生批判性思維，教師應(yīng)圍繞物理知識(shí)建構(gòu)，積極倡導(dǎo)批判性思維教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生以圖爾敏模型為支撐，緊緊圍繞論證6要素，開展科學(xué)論證活動(dòng)，以顯化初中生在認(rèn)識(shí)物理知識(shí)過程中內(nèi)在的科學(xué)思維活動(dòng)，促進(jìn)初中生深刻理解物理知識(shí)的內(nèi)涵及外延，掌握物理知識(shí)建構(gòu)過程中蘊(yùn)含的科學(xué)思想方法，在發(fā)展初中生批判性思維技能的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度.

2 基于圖爾敏模型的初中生物理科學(xué)論證能力提升策略

教師在初中物理教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)以科學(xué)探究問題為引領(lǐng)，以圖爾敏模型為科學(xué)論證模型，對(duì)初中生進(jìn)行批判思維訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生理性思維，促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的深度認(rèn)知，發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究能力.

2.1 基于物理情境，確認(rèn)論證根據(jù)，明晰科學(xué)探究問題

問題，處于人類認(rèn)知和生活的樞紐位置.學(xué)生能夠提出科學(xué)探究的“好”問題，是啟動(dòng)科學(xué)探究的起點(diǎn)，是科學(xué)探究成敗的關(guān)鍵[1].問題通常存在于情境中.初中學(xué)生抽象思維欠缺，形象思維仍占主導(dǎo)地位.而且，一個(gè)好的推理從根據(jù)開始，而最值得信賴的根據(jù)來源通常是基于真實(shí)物理情境直接觀察的書面記錄或經(jīng)歷者的記憶、個(gè)人證言[5].為讓學(xué)生能從日常物理現(xiàn)象的觀察中發(fā)現(xiàn)并提出有價(jià)值的科學(xué)探究問題，教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)的物理情境十分重要.

筆者在進(jìn)行“歐姆定律”的教學(xué)時(shí)，為了讓學(xué)生基于直接觀察到的物理現(xiàn)象，提出科學(xué)探究問題，并在此基礎(chǔ)上猜想提出個(gè)人斷言，筆者創(chuàng)設(shè)以下真實(shí)的物理情境.

情境1：將小燈泡、干電池、開關(guān)用導(dǎo)線連接，閉合開關(guān)，小燈泡發(fā)光.改變干電池的節(jié)數(shù)，觀察到燈泡的亮度發(fā)生變化.

學(xué)生仔細(xì)觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：干電池節(jié)數(shù)越多，小燈泡兩端電壓越大，燈泡越亮，即燈泡中的電流越大.

情境2：將滑動(dòng)變阻器接入上述電路中，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，改變接入電路中的電阻大小，觀察到燈泡的亮度發(fā)生變化.

學(xué)生仔細(xì)觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：干電池的節(jié)數(shù)不變，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，改變電路中的電阻，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻越小，燈泡越亮，即電路的電流越大.

教師引導(dǎo)，學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提出探究問題：通過燈泡的電流大小與電壓、電阻有什么關(guān)系？

教師引導(dǎo)，學(xué)生基于確認(rèn)的根據(jù)（實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象），猜想問題斷言（結(jié)論）：通過燈泡的電流大小與燈泡兩端的電壓成正比，與燈泡的電阻成反比.

2.2 基于實(shí)證研究，得出普遍規(guī)律，為斷言提供保證

學(xué)生能夠提出問題僅是啟動(dòng)科學(xué)探究、進(jìn)行批判性思維訓(xùn)練的第一步.西方學(xué)者認(rèn)為，批判性思維更應(yīng)看成問題的解決過程.學(xué)生在解決科學(xué)探究問題過程中發(fā)展批判性思維能力的關(guān)鍵在于科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)證據(jù)的收集、分析、鑒別和評(píng)估，科學(xué)探究結(jié)論的推理及其評(píng)估，對(duì)其他的證據(jù)、解釋和論證的考察，對(duì)其他解釋、論證全面綜合的判斷等，通過以認(rèn)識(shí)論為基礎(chǔ)的批判性思維訓(xùn)練，以期學(xué)生更全面地理解和掌握所獲得的物理知識(shí)，發(fā)展學(xué)生能力.

對(duì)于學(xué)生提出的斷言，教師提出質(zhì)疑：你根據(jù)什么理由得出上述斷言？難道僅憑偶然的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察就能得出電流大小與電壓、電阻大小之間的定量關(guān)系？我們要基于圖爾敏論證模型，開展科學(xué)論證活動(dòng).精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獲取精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，開展實(shí)證研究，在此基礎(chǔ)上得出普遍規(guī)律，為斷言（實(shí)驗(yàn)結(jié)論）的得出提供重要的保證.

2.2.1 基于合理論辯，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

教師在設(shè)計(jì)“探究電流與電壓、電阻關(guān)系”實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，首先讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)所應(yīng)采用的物理方法：“控制變量法”.教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)初中物理學(xué)習(xí)以來運(yùn)用這個(gè)方法進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的所有實(shí)驗(yàn)，在引領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固所學(xué)物理知識(shí)同時(shí)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)控制變量法的理解，為本科學(xué)探究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ).

在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生利用給予的實(shí)驗(yàn)器材：干電池、定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω）、電流表、電壓表、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、導(dǎo)線等，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案.在運(yùn)用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生通常會(huì)呈現(xiàn)如圖1所示的實(shí)驗(yàn)方案.教師引導(dǎo)學(xué)生從可行性、便捷性、可操作性、安全性等方面出發(fā)對(duì)該方案進(jìn)行分析、評(píng)估.討論時(shí)教師鼓勵(lì)學(xué)生大膽發(fā)表自己意見，為自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的可行性提供證據(jù)，同時(shí)教育所有學(xué)生包容其他學(xué)生之間的不同建議，尊重別人的研究成果，注重自我反思，批判性地吸收別人好的建議，以完善自身方案設(shè)計(jì)，養(yǎng)成良好的批判性思維品德.

小組1：我們學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案如圖1所示.在探究電流與電壓關(guān)系時(shí)，保持定值電阻大小不變，只要改變干電池的節(jié)數(shù)，就可以讓電阻兩端電壓成整數(shù)倍變化，記錄并觀察電流大小變化;在探究電流與電阻關(guān)系時(shí)，保持干電池節(jié)數(shù)不變，更換定值電阻，記錄并觀察電流大小變化.

論辯1：該方案便捷性較好.但可操作性不好，在探究電流與電壓關(guān)系時(shí)，不能連續(xù)改變電壓大小;安全性不高，隨著電池節(jié)數(shù)變多，可能會(huì)損壞電路元件.

論辯2：該方案可行性不高.在探究電流與電阻關(guān)系時(shí)，我們小組對(duì)此方案進(jìn)行實(shí)際操作，發(fā)現(xiàn)隨著電阻大小的變化，電壓表的示數(shù)也在發(fā)生變化，說明此方案不能控制電壓一定.

小組2：通過剛才同學(xué)們的論辯與我們的自我反思，我們小組設(shè)計(jì)如圖2所示的實(shí)驗(yàn)方案.在如圖1所示的實(shí)驗(yàn)方案的基礎(chǔ)上，我們在電路中接入滑動(dòng)變阻器.通過移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，以改變定值電阻兩端的電壓或控制其兩端電壓不變，同時(shí)還可以起到保護(hù)電路的作用.這樣的實(shí)驗(yàn)方案可行性、便捷性、可操作性、安全性都較好.

2.2.2 基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)普遍規(guī)律

教師引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)方案2小組合作開展實(shí)驗(yàn)探究，將采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入自行設(shè)計(jì)的表格中.教師巡視，幫助學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題，并提醒學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)間不可過長.在學(xué)生實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上采集展示部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1、表2.

教師引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，很容易總結(jié)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)導(dǎo)體電阻一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端電壓成正比;當(dāng)導(dǎo)體兩端電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體電阻成反比.

在此基礎(chǔ)上，教師對(duì)照科學(xué)論證圖爾敏模型，向?qū)W生指出：這個(gè)普遍規(guī)律為歐姆定律內(nèi)容的推理得出提供重要保證，而精確的數(shù)量關(guān)系又是該普遍規(guī)律的重要支撐，由此培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力，發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究能力.

2.3 基于批判反駁，界定適用范圍，完善科學(xué)斷言

圖爾敏模型還提醒人們對(duì)于斷言有無辯駁和反例，以限定推理的范圍和結(jié)論[1].歷史上，認(rèn)識(shí)的革命，常常就是推翻人們已經(jīng)下意識(shí)接受的共同觀念.不同的甚至對(duì)立的觀念對(duì)發(fā)展學(xué)生的批判性思維具有重要的作用，它不僅突破人們看問題的視角，而且培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維.在科學(xué)論證活動(dòng)中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生基于不同的事實(shí)證據(jù)對(duì)已經(jīng)形成的斷言進(jìn)行批判反駁，全員參與正、反方批判性討論，通過討論讓學(xué)生比較各種觀點(diǎn)的優(yōu)缺點(diǎn)，評(píng)估各種信息的真?zhèn)?，促進(jìn)學(xué)生深入思考，拓寬學(xué)生認(rèn)知邊界，提高學(xué)生綜合判斷能力，從而促使學(xué)生全面深入認(rèn)知所獲取的知識(shí).

基于初中學(xué)生認(rèn)知的局限，在學(xué)生推理得出歐姆定律內(nèi)容和數(shù)學(xué)表達(dá)式后，教師主動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生提出質(zhì)疑：歐姆定律是否對(duì)所有導(dǎo)體都適用？為什么本節(jié)課教學(xué)問題引入從小燈泡開始，而在實(shí)驗(yàn)探究過程中老師要提供給大家的是定值電阻？在實(shí)驗(yàn)操作過程中，為什么要提醒同學(xué)們實(shí)驗(yàn)時(shí)間不要過長？下面請(qǐng)同學(xué)們利用所提供的小燈泡利用實(shí)驗(yàn)方案2來探究電流與電壓關(guān)系，并計(jì)算出電阻，分析思考上述問題.

學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究電流與電壓關(guān)系，教師采集部分?jǐn)?shù)據(jù)見表3.小燈泡的規(guī)格為“2.5V 0.3A”.

學(xué)生反駁：通過對(duì)所采集的精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，通過小燈泡的電流大小與小燈泡兩端的電壓不成正比關(guān)系，不適用于歐姆定律.利用前面學(xué)過的知識(shí)，我們初步分析原因在于燈泡的電阻受溫度影響，不是定值電阻.

教師：看來，歐姆定律的適用有條件限制.請(qǐng)大家利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別畫出定值電阻和小燈泡的I-U圖像，結(jié)合圖像小組集體批判論辯與總結(jié)定律適用的條件.

學(xué)生界定：定值電阻I-U圖線是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的傾斜直線，而小燈泡I-U圖線的斜率不斷改變.歐姆定律適用于I-U圖線斜率不變的定值電阻，不適用于I-U圖線的斜率不斷改變的非定值電阻.

教師在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到滿足歐姆定律的元器件一定是線性元件.其I-U圖線是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，斜率不變，具有這種性質(zhì)的電器元件叫線性元件，其電阻叫線性電阻或歐姆電阻（如常溫下的金屬、電解質(zhì)溶液）.對(duì)于I-U圖線的斜率不斷改變的非線性元件（如實(shí)際燈泡、半導(dǎo)體元件等），其電阻隨電壓的改變而改變，就不適用于歐姆定律.

但教師需向?qū)W生進(jìn)一步指出，盡管非線性元件不適用于歐姆定律，但電阻R=U/I的定義式依然成立，該公式適用于所有的導(dǎo)電元件.雖然導(dǎo)體的電阻隨溫度、環(huán)境條件的影響而發(fā)生變化，但我們?nèi)钥梢杂酶淖兒竽骋粫r(shí)刻電壓和電流求解出電阻.如實(shí)際燈泡的工作I-U圖線是一條曲線，我們可以用此曲線求解出某時(shí)刻的燈泡電流、電壓和電阻關(guān)系.

教師最后引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)圖爾敏模型，構(gòu)建本節(jié)課基于科學(xué)探究問題解決的科學(xué)論證活動(dòng)的邏輯框架，如圖3所示，目的在于讓學(xué)生進(jìn)一步理解科學(xué)論證各要素間的邏輯關(guān)系，為學(xué)生以后開展科學(xué)論證活動(dòng)奠定基礎(chǔ).

在初中物理教學(xué)中，教師以圖爾敏模型6要素為支撐，緊緊圍繞物理知識(shí)建構(gòu)，以科學(xué)探究問題為引領(lǐng)，引導(dǎo)學(xué)生開展科學(xué)論證活動(dòng).此外，教師通過設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)論證活動(dòng)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行批判性思維訓(xùn)練，以期培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力、科學(xué)研究能力，為學(xué)生終身發(fā)展奠定基礎(chǔ).針對(duì)初中學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，剛開始的時(shí)候，教師應(yīng)幫助學(xué)生厘清圖爾敏論證模型6要素內(nèi)涵，重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生理解6要素之間的邏輯關(guān)系，并在課堂上結(jié)合實(shí)例注重示范，以使得學(xué)生充分理解圖爾敏論證模型.在此基礎(chǔ)上，教師便可結(jié)合物理科學(xué)探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)開展論證活動(dòng)，逐步提高學(xué)生科學(xué)論證能力，提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng).

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（收稿日期：2020-11-21）