普通高中物理 物理习题解决中学生批判性思维技能的培养

物理习题解决中学生批判性思维技能的培养
内容提要：本文主要根据问题解决理论，分析物理习题解决过程与批判性思维技能之间的联系，从物理习题的设计、物理习题的解答、物理习题的反思三个方面提出在习题解决中培养学生批判性思维技能的策略，培养学生的科学推理能力，提升学生的科学思维。

《普通高中物理课程标准（2017版2020修订）》中指出物理教学中要培养学生的核心素养，包含物质观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任，同时在课程目标中指出学生通过物理学习应“具有使用科学证据的意识和评估科学证据的能力，能运用证据对研究的问题进行描述、解释和预测；具有批判性思维的意识，能基于证据大胆质疑，从不同角度思考问题，追求科技创新”，能够“基于经验事实建构理想模型，能提出问题、分析问题、推理论证”，能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、检验和修正，并提出创造性见解的能力与品质。

对于物理问题模型构建、解决物理问题所需要论证和推理、对不同观点和结论进行说明、批判、解释和修正，这些都是批判性思维的核心内容。

批判性思维能力包括批判性思维倾向和批判性思维技能。

批判性思维倾向包含求真度、思想开放度、分析性、系统性、自信心、求知欲和认知成熟度；而批判性思维技能包含解释、分析、评估、推理、说明和自我调节。

根据《中国高考评价体系》从考查学生的五种能力向物理核心素养，从解题向解决问题转变，物理习题是物理情境指向物理问题的载体，教师习题教学和学生习题解答过程都是对信息的处理、加工和辨析，在分析中去评估、推理、质疑，最终达到问题解决的目的。

这个过程是批判性思维深度参与的过程，也是形成学生辩证解决物理问题的过程。

一、物理习题解决过程与批判性思维技能的联系
将物理习题的解决过程看成问题解决的过程，根据问题解决中的信息加工理论可知，问题解决包括问题表征、确定问题的解决策略、运用算子和评价当前状态四个阶段。

而物理习题的解决过程一般可分为：感知图文信息、梳理物理情景、构建物理模型、谋划解题策略、生成解答过程和反思诊断拓展六个环节分为信息分析阶段、解题规划阶段、解题实施阶段、自我评价阶段四个阶段。

在这四个阶段中对学生批判性思维的解释、分析、评估、推理、说明和自我调节这六大技能都有一定的体现和要求。

它们之间的联系
如下图所示：
二、物理习题教学中培养学生批判性思维技能的策略 1.物理习题设计 当前高中阶段学生的物理习题主要来源教材课后习题、教辅资料或教师自编资料，在巩固学生所学物理基础知识和规律的基础上，侧重于培养学生的解题技巧，让大量的学生被动式地刷题，缺乏对物理思维的思考，导致学生物理核心素养没有得以很好提升。

多角度、多样化地摆脱传统习题设计思路，是提升学生习题解决中批判性思维技能的首要策略。

可从以下几方面思考：
（1）设置不定项选择题。

选择题是学生根据题目所给的题干情景，判断所给的选项是否正确。

完成一道选择题就需要对每一个选项的正误进行分析、推论、评估，说明等，很好的体现学生的批判性思维。

当前物理选择题含单选和多选，出题时单选和多项评估 物
理习题 感知图文信息 梳理物理情境
构建物理模型 谋划解题策略 生成解答过程 反思诊断拓展 分析信息阶段： 将习题内容表征为物理问题； 抓取题中各类信息（直接、隐藏）； 理清各信息的含义及关系。

解题规划阶段： 提取和题目有关的物理知识，将题目信息和已有知识建立联系； 在各种解决方案中选择自认为合适的方案，确立解题基本思路。

解题实施阶段： 按照既定方案解题，在遇到困难时及时调整解题方案。

自我评价阶段： 对解题结果的对错做出判断； 对解题策略的选择做出解释； 对解题的步骤是否合理做出说明。

阅读理解 信
息加
工
理论
批判
性思维
技
能 解释、分析 分析、推理 推理、说明 自我调节
是在题干上有明确提示的，这样的设置其实降低了学生做题时思维难度和判断难度。

平时物理习题的设计可以省去提示，增强学生的分析、评估难度，有助于学生批判性思维的培养。

（2）设置解释、推理证明类习题
物理习题中大量题目涉及是对实际生活情况的处理，对学生有较高的能力要求，往往对于一些没有对基本知识和规律以及物理建模能力、思维方法有很好理解的学生来说，要完成是非常吃力的。

很多学生对于基本的物理知识和规律的理解是机械地记忆，没有很好地从解释、分析这个理性逻辑思维的角度消化、融合，导致其解决物理问题的能力不够理想。

解释和推理证明类题目往往来源于教材，特别是教材中的讨论活动和教材编写的内容，对这一部分材料进行改编，可以得到很多有“味道”的好题目，其思考过程更需学生具备较好的批判性思维技能。

比如，解释性题目可以这样命制：“牛顿第一定律中的‘运动状态’指哪个物理量？其中有引出了哪个物理量？”，“楞次定律中‘阻碍’是什么意思？为什么说楞次定律是能量守恒定律的必然结果？”这类题目的解答就需要学生充分理解物理概念、物理规律。

比如，推理证明类的题目可以这样命制：“利用牛顿第二定律和运动学公式证明动能定理和动量定理”，“根据碰撞模型，用动量定理证明碰撞过程系统动量守恒”，“利用电动势的定义，根据能量守恒定律，证明电动势数值上等于内外电路电势降落之和”等等。

这些证明类题目更多是让学生对规律的理论推导有更清晰的认识，对物理的思维过程有直观的理解，而非机械式的记忆。

（3）习题设问另类性
平时物理计算题的设问对题目题意理解及过程分析等需较强文字性描述题目。

一方面让学生明白物理习题的解答不是只有一个个字母公式，也需要适当准确的文字描述；另一方面加强在培养学生抓取、分析题干图文信息的基础上，将原来需要学生在大脑中思考的问题显像化、具体化、书面化，加强学生语言描述和说明的准确性。

例如，“请找出题目中关键的物理专有名词，并解释其意义。

”“该题的研究对象是什么？其物理过程分为几个阶段？每个阶段怎样的物理过程（物理过程：运动过程、振动状态、电路结构状态、光路状态等）”“研究对象在各阶段物理过程对应的物理模型及使用的物理规律是什么？”等。

（4）设计开放性试题
2021年高考命题原则指出“试题开放，探究创新”，指出高考试题要增大探究性，
扩大开放性，同时鼓励有独特见解、有思想水平、有创新精神的答案。

所以物理习题在设计时，既需要与自然现象相关，又要与生活生产紧密相连，还要增加学生思考的灵活度、开放性与思辨性。

例如，学生设置条件再求解问题，或是学生自主设计问题（由问题的难易程度赋分）等。

（5）设计活动式习题或项目式习题
人教版教材每册后面都设计了一个课题研究并给出了研究样例和参考选题，例如必修一给出了“球形物体空气阻力大小与速率关系的研究”的研究样例和“橡皮筋会不会‘疲劳’？同一橡皮筋每次实验的F—x图像是不是都相同？”的参考选题。

利用这些课题可以布置成活动式或者项目式习题，学生分小组合作完成。

课题研究中涉及到实验探究的设计，考查学生提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。

在课题研究的过程中，也渗透了学生批判性思维的培养。

除去教材中涉及的课题外，还可以从教材习题中或者实验中设置学生熟悉常见的题目供学生进行项目式学习研究，比如“多种方法测量动摩擦因数”、“多种方法测量重力加速度g”、“测量地
磁场”等。

通过多视角设计物理习题，给学生提供更多自由的思考，多角度的发散，更加有助于培养学生批判性思维能力。

2.物理习题解决过程的调控
物理习题解决过程前面已叙述，其与学生的批判性思维紧密相连。

在解题过程中培养学生的批判性思维，可以加强对解题过程的自我监控与调节。

（1）自我提问法
自我提问法是指学生在解决物理习题过程中给自己提出问题，启发自己的思路，监测调节自我解题进程，使习题获得解决的方法。

依据前面物理习题解决的一般模式，可以将自我提问分为四个阶段：解题前的自我提问——明确任务、制定计划，解题中的自我提问——构建模型、谋划策略，书写解答过程的自我提问——思路清晰、解答规范。

例如，“题目的已知条件是什么？求解问题是什么？我是否已经明确题中物理专有名词的含义？是否已经找出题中所有关键信息？”“是否正确使用题中的关键信息谋划出解题思路？”“是否正确作出相应的图示？物理规律公式是否书写正确？单位是否统一？”。

（2）思维框图法
解题过程中可借助流程图或者思维导图的形式将解题思路“画”出来。

比如解决动
力学问题的流程图如下：
3.物理习题解决后的反思
习题解决后的反思不是单纯大脑重新回顾一遍，更应该以可实体化的形式让学生真正脚踏实地的反思，有料的反思。

（1）错题、类型题归纳整理。

错题、类型题的归纳总结不仅仅是将所有的错题在笔记本上超一遍，然后写上解题过程就完了。

在培养学生批判性思维的过程中，更应该提倡学生精选错题和典型题，可通过裁剪的形式（加快效率）贴在错题本上，错题、典型题旁边需记录：①习题解答过程中出现的思维障碍及解决方式、心理历程；②该类题目考查的知识点形成的知识网络（思维导图或框图）；③同一题目不同的解题思路及方法；④1至2道同类型题目的摘抄及求解过程；⑤该类型题目的自我创作：题目内容、解答过程及编题思路、编题反思过程。

（2）命题思路分析。

对于典型、常考型习题，教师在学生完成习题后可给学生进行
动能
定理的解题步骤 1）明确研究对象，一般为单个物体； 2）明确研究过程，确定初、末状态； 3）明确研究对象在研究过程中的受力情况、各力做功情况以及合力做功； 受力分析 1）受力分析顺序：已知力、重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力； 2）方法：整体法和隔离法； 依据运动状态分析 牛顿运动定律 力做功的情况 1）做功的计算：W =Fx cos α（包括功的正负） 2）合力做功的计算：W 合=F 合x cos α（F 合为恒力）或W 合= W 1+W 2+W 3+······ 4）明确研究对象在研究过程中的初、末状态的动能，并及算出动能改变量； 动能：E k =mv 2/2 动能改变量：ΔE k =E k 2—E k 1=mv 22/2－mv 12/2 5）根据动能定理列方程；
表达式：W 合=ΔE k 6）解方程，验证答案； “动能定理”规律运用知识结构网络图
牛顿第二定律 对象受力分析
明确研究对象及研究过程
确定各运动阶段的运动情况 确定各运动阶段的已知量和待求量
选用合适的物理规律求解问题 牛顿第二定律
运动学公式
能量观点
动量观点 对象的选取 对象的状态 对象的过程 对象运动草图 列出方程 求解方程 检验结果
命题思路的分析，这道题目考的知识点是什么？为什么要给这些条件？为什么要这样设问？让学生明确出题者的意图，知其然也知其所以然。

（3）设计反馈习题（教师为主）。

反馈习题主要针对已完成习题改编。

改编思路：保留原有题干不变，增加设问（设问也可由学生自行设计）；或是改变题干中的部分条件，重新求解原问题或增加新问题。

核心保持原有考点不变，引导学生对习题的自我评估和反思。

特别针对月考、期中考试等大型考试，题目的改编更加有利于学生理解物理模型，掌握物理知识。

（海淀区考题展示）
（4）学生自编习题（学生为主）。

在学生理解习题编写的思路过程和明确命题规律后，可引导学生自主改编或原创物理习题，以学生命制习题为作业，供学生选用完成，并通过相互交流和分享，对试题进行评价、修改，加强学生深化物理知识的理解。

（5）解题过程的自我评价与他人评价。

学生对“自我”出声是学生对自己讲述自己整个解题过程，同时自我对讲述过程作出的评价，实现解题过程的自我监测。

学生对“他人”出声是学生对同学或教师讲述自己的整个解题过程，由同学或教师对其解题过程作出评价，帮助其指出解题过程的优劣处及思维障碍，实现解题过程的他人监测。

（6）情景再现原则。

为增加习题课课堂的吸引力，激发学生学习兴趣和积极性，提升学生课堂参与度，增强学习的有效性，可将由文字表述或图像（表）表述的物理情景采用图片、视频或现场实验演示等形式在教学过程中再现化。

学生通过直观地观察物理情景，能清晰认识其所呈现的物理现象、过程及结果，更有效地从中忽略次要因素，找到关键要素，构建物理模型，极大提升自身解决物理习题的主动性，并能真实感受物理规律是如何解决实际问题的，让整个课堂教学更具有立体感。

从习题的设计到习题的反思过程中都是学生物理科学思维的学习与吸纳过程，在习题解决过程中渗透学生批判性思维的培养，更加有助于学生进行科学推理，形成科学思维。

在物理习题教学中培养学生的批判性思维技能是一样长期的事情，需要在平时的习题练习和习题课教学过程中持续性进行，慢慢养成学生的习题解决的习惯，需要学生和教师具有持之以恒的态度和精神。

只要能够坚持不懈地做下去，一定会有好的收获！
参考文献
[1] 李智慧.新课程背景下的物理习题课实践思考.当代教育理论与实践.2011（9）
[2] 中华人民共和国教育部制定，普通高中物理课程标准（2017版）.北京：人民教育出版社，2018，55页.
[3] 安淑盈.高中生物理解题中自我监控能力的培养策略研究[D].河南师范大学，2014.。