400多年前，伽利略在比萨斜塔上同时让10磅和1磅的铁球自由下落，结果两个铁球同时落地，令人们惊讶不已。这一经典故事广为人知，不过，很多人往往聚焦于实验内容本身，忽视了对其背后思维方式的挖掘。在伽利略的自由落体实验中，他首先提出假设，随后进行了多次实验验证，所得结论不仅与猜想假设高度吻合，还通过恰当的逻辑推理，赋予了结论更广泛的适用性。这一过程正是逻辑思维与物理学科紧密结合的生动体现。
教育的价值并非让学生记忆很多事实，而在于锻炼他们的大脑学会思考。在信息化高速发展的当下，青少年儿童迫切需要掌握逻辑思维能力，以识别、处理纷繁复杂的信息。从学科特性来看，物理学科为逻辑思维的培养提供了诸多契机。比如，许多物理概念和规律本身就是推理与演绎逻辑的综合体现，学生在掌握这些概念和规律时，需要深入理解其步骤之间的逻辑关系，明晰物理定律的适用范围及局限性。物理教学以实验为基础，学生在设计实验方案、分析数据时，需要做出合理的假设，进而规划实验步骤、选择恰当的测量工具，并通过比较等方式进行误差分析。此外，从生活中的物理现象出发，学生还可以多维度剖析物理问题，构建并应用抽象的物理模型，通过推理论证得出结论。
批判性思维是逻辑学的日常应用。在日常的教育教学过程中，我注重向学生渗透批判性思维，打破他们的思维定式，培养他们理性思考、反思总结的习惯，使他们在面对真实问题时，能够运用逻辑进行深入分析，作出恰当的判断。
一、透视批判性思维的八大维度
为了便于分析与研究，我们可以结合物理教学将批判性思维分为八个具体维度。这些维度并非孤立存在，而是相互关联的。在分析现实问题时，往往需同时调动多个维度进行考量。
猜想与假设。指基于已知信息提出的一种尝试性解释或预测，基于假设，学生可以进一步通过设计实验来验证这些预测的准确性。
形象与直觉。指形象化的思维和直观的感受，在物理教学中，形象化思维的运用能够帮助学生更好地理解抽象概念、建立物理直觉。
求同与求异。两者分别指的是寻找事物之间的共同点与差异，有助于学生更深入地理解和分类物理现象。
比较与类比。比较不同的物理现象或概念，找出它们之间的相似性和差异性，从而深化对这些现象或概念的理解。
归纳与演绎。前者是指从具体事例中总结出一般规律，后者指从一般规律推导出具体结论的思维方式。
分析与综合。前者是指将复杂的物理问题分解为更小、更易于理解的部分。后者则是将不同的物理概念和定律结合起来，以形成对整体物理现象的理解。
模型与抽象。模型建构是从现实世界提取关键要素并忽略次要因素的过程。抽象思维则是识别、概括不同物理现象之间的共性和特征。
溯因与推理。溯因过程鼓励学生基于观察到的物理现象探索可能的因果关系。推理过程则注重从已知的物理原理和定律推导出新的结论。
从学生反馈来看，他们对最后三个维度的理解与应用相对薄弱，这也反映了这些维度在教学中的缺失。以高中物理模型的构建与应用为例，许多教师习惯直接为学生讲解模型，导致学生缺乏自我探索构建的过程，未能习得过程中的逻辑思维，洞察各个要素之间的本质关系，只停留在模仿和记忆的层面，一面对新的情境和题目，就往往习惯于套用已有的模型，而不是将其抽象出来进行分析和推理。这也是许多教师反馈学生“一听就懂，一做就错”的一个重要原因。
二、向思维深处再迈一步
我长期在一线担任教学校长，现在还负责省里的教研工作，深刻感受到许多教师在物理教学中渗透批判性思维时所面临的挑战。他们在知识体系上并没有什么问题，但在实际操作中仍觉得困难。其实，教师不需要完全推翻旧有的教学模式，而是在原来的教学基础上进行改良，带领学生向思维深处再迈一步即可。
以曲线运动的教学为例，许多教师习惯于通过设计情境，带学生观察旋转雨伞边缘水滴飞出的方向、链球旋转后的飞行路径等，来归纳做曲线运动的物体瞬时速度的规律。然而，这种做法在逻辑上并不完全自洽，因为它基于的是不完全归纳法，所涉及的案例均对应圆这种特殊曲线。不完全归纳的一个重要特点是，只要有一只“黑天鹅”存在，“所有天鹅都是白色的”这个命题就无法成立。在此基础上，教师可以进一步引导学生思考：如果是一般的曲线，这个规律是否还成立？进而通过假设实验进行验证，如利用无限分割的思想，将任意曲线看作许多短线段的组合，然后发给学生一些小球和可塑钢轨材料，让他们自由组合成各种形状的曲线，而后用小球蘸取红墨水，观察并记录小球在轨道末端呈现的运动轨迹，进而更直观地验证曲线运动的规律。此外，还需结合数学推理，确保结论的普遍适用性。
当然，这种改良并非随意为之，而是需要在紧密贴合学情和学生需求基础之上进行创新。比如，在讲授楞次定律时，很多教师会通过实验带学生探究影响感应电流方向的因素，再通过记录并归纳实验现象，总结出楞次定律。不过，部分学生难以将实验现象归纳为一般规律。此时就需要教师为学生搭建“桥梁”，帮助他们顺利完成归纳的过程。在这一环节中，我购置了一根一米长的铜管，将其竖直放置后，首先让一个粉笔头从铜管的上端自由下落。接着，我又将一块强力纽扣磁铁放置在铜管的上端并静止释放，磁铁下落的速度明显比粉笔头要慢，从而帮助学生理解了“感应电流的磁场总要阻碍那些引起它的磁通量的变化”。
像这样的案例还有很多。基于以上经验，我提出了“提出命题→尝试解释→理论预言→实验验证→反思完善理论”的思维范式。以教学牛顿第三定律为例，学生在初中就学习过“力的作用是相互的”，有些教师会采用弹簧测力计来探究作用力和反作用力的关系，之后直接引出牛顿第三定律的内容，并立即带学生开始练习。这种方式看似高效，实则忽略了学生的即时反应和他们思维发展的需求。
在实际教学中，常有学生会针对定律的适用范围、实验误差等方面提出疑问，如：“在运动状态下或非接触状态下，这个定律还适用吗？”“如果竖直放置两个弹簧测力计，结果还会一样吗？”这些问题正是学生调用多种维度主动思考、提出命题的体现。如果学生暂时未能主动质疑，教师应主动询问并引导，适时为他们提供思考的方向和支持。随后，结合学生提问，从理论上进行分析和假设，并组织学生讨论实验验证的方法。如针对该定律适用范围的问题，可借助DIS传感器，通过实际操作和观察传感器图像，让学生直观地看到力的大小、方向及其随时间的变化情况。最后，完善理论：作用力和反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，并且同时产生、同时消失、同时变化。
三、批判性思维的跨学科探索
批判性思维是一种适用于所有学科的思维能力，具有可迁移的特性。随着新高考、新课标、新教材的落地推行，我开始在教学中积极探索运用跨学科学习培养学生的批判性思维。具体而言，分为如下四个步骤。
首先，选择跨学科主题。立足高中物理教学，常见的跨学科主题包括能源的转化与利用、健康与运动、信息技术等。以“能源的转化与利用”为例，其所涉及的内容包括物理学科的能量守恒定律、化学学科的化学反应与能量释放、生物学科的生物能源等。
其次，确定核心概念。结合选定的跨学科主题，确定相关学科需要涉及的核心概念。上文案例中，涉及的核心概念包括热力学第一定律、燃烧反应原理、食物链与能量流动等。
再次，设计跨学科活动。组织进行“太阳能电池与植物光合作用的比较”实验，学生能直观地理解太阳能电池和植物光合作用在能量转化效率上的差异，同时引导他们分析实验数据，思考影响能量转化的各种因素，并提出改进建议。
最后，促进生成跨学科思维。鼓励学生在学习过程中提出疑问，反思不同学科解释的合理性和局限性，并引导他们综合运用不同学科知识，提出具有创新性的解决方案。这样，学生就能认识到不同学科在解释同一现象时同时具有合理性与局限性，并能逐渐运用综合的观点看待问题。
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