1. 引言
随着教育改革的不断深入，培养学生的综合素质和创新能力成为教育领域的重要目标。批判性思维能力作为创新能力和综合素质的重要组成部分，其培养日益受到教育界的关注。除此之外，在当今社会创新已经成为推动社会发展的重要动力，而批判性思维能力是创新能力的重要基础。在物理学科中，由于物理现象和规律的复杂性和多样性，学生需要不断地提出问题、分析问题、解决问题，这一过程本身就蕴含着批判性思维的培养。同时，物理学科的发展也充满了对已有理论的质疑和修正，这种科学精神与批判性思维的核心内涵不谋而合[1]。
而传统教学方式显然忽略了培养学生批判性思维能力这一环节，以高中物理“滑动摩擦力”这一小节为例，在传统教学中教师教学方式较为单一，缺乏生动性、以及实验和探究式教学，从而导致学生概念模糊不清，缺乏直观感受，体会不到其应用价值[2] [3]。
笔者尝试以PCRR教学模式为理论基础，结合“滑动摩擦力”的内容特点，以滑动摩擦力的大小、方向、作用点等学生学习的重点和难点为论证内容，通过呈现与记录学生的论证过程，针对“探究滑动摩擦力的大小、方向、作用点”核心问题引导学生进行论证，进而培养学生的批判性思维能力，突破教学重难点，理解科学概念。
2. PCRR教学流程
Figure 1. PCRR scientific demonstration teaching model
图1. PCRR科学论证教学模式图
PCRR (Present, Critique, Reflect, Refine)论证教学模式是由Kujawski于2015年创新提出[4]，它采用了一种深入渗透的教学策略，常见的渗透式教学模式有ADI教学模式、SWH教学模式、PCRR教学模式。前两者更适合应用于实验探究的学习，教学流程复杂。相较于前两种教学模式，PCRR教学模式具有结构简洁、形式灵活多变等优势，非常契合基础概念及简单实验教学需求，其应用范围广泛，且整个操作过程耗时较短，更适合基础教育阶段的课程设置。PCRR论证教学模式如“图1”所示。
阶段1：呈现
该阶段要求学生创建论点和呈现论证。教师可以选择实施两种教学策略：第一种，教师可着眼于学生的既有知识和日常生活经验，进行针对性的引导，鼓励学生根据个人理解形成独特的论点。随后，围绕研究主题提供必要资料，引导学生思考并发展出新的论点，最终通过自我对比与反思，评估学习成果。第二种，教师直接针对研究课题提供资料库，学生则利用观察与这些资料的支持，自主构建论点体系。此过程中，教师需指导学生详细记录在记录表上的论点、支撑证据及论证步骤，之后组织小组间交流，进行同伴间的评审与反馈活动。
阶段2：批判
在此阶段，教师向每个小组分发便签纸，鼓励学生以书面形式向同伴提供反馈。完成反馈后，教师收集并归还各组的便签，随后引导小组成员进行深入的讨论交流。在此过程中，教师需特别强调尊重他人观点的重要性，这不仅有助于促进对概念的深刻理解，还能培养学生依据证据构建清晰论证的能力，从而更有效地促进学生批判性思维的发展。
阶段3：反思
在此阶段，学生需要仔细阅读和深入反思同行评审过程中收到的反馈意见。基于这些反馈，学生应重新审视并深入分析其原始论点与推理流程，对证据的准确性和充分性进行严谨考量。为了加强论点的支撑力度，学生可采取多种途径，如通过查阅相关文献资料或进行实验观察，以搜集更多能够强化其论点的有力证据。该阶段学生可能会出现以下情况，如“图2”所示[4]。
Figure 2. Situations that may occur to students in the reflection stage
图2. 反思阶段学生可能会出现的情况
阶段4：提炼
此阶段强调学生在深入反思后，需利用搜集的资料来验证并完善论点，同时对比原始论点与经过提炼后的论点，全面回顾从讨论到推理，最终形成主张的全过程。
通过分析PCRR教学模式的各个教学阶段，不难发现，这一教学流程形成了一个紧密相连、循环往复的闭环结构，因此，它本质上属于循环式论证教学模式[5]。PCRR教学模式通过其独特的呈现、批判、反思与提炼四大环节，旨在加深学生对核心概念的理解，培养其科学思维方式，并有效提升学生在批判性思维、科学表达、质疑能力、团队合作及科学论证等多方面的学科素养。这一教学模式与高中物理教学中对学生核心素养的培养目标高度契合，为其提供了有力的实践路径。
3. PCRR教学模式的应用——以“滑动摩擦力”一节为例
3.1. 呈现与生成
在课始，教师先向学生呈现物理学家玩抽桌布游戏的视频(用跑车来测试，当跑车抽走桌布的同时，桌面上的餐具是否会掉落)，接着从抽桌布游戏进而转换到抽纸游戏(用草稿纸代替桌布、课本代替餐具，从身边材料入手，就地取材，同时也能使学生发现生活中处处充满物理)，随后教师提出核心问题：当纸抽出时，为什么纸会带动课本向前运动？当纸完全抽出时，课本为什么会停下来？我们又如何判断滑动摩擦力的方向？设置悬疑，构建论点。
评析：对于上述环节中出现的疑问，教师应当给予学生充裕的时间，使他们能够自由地表达个人观点。根据抽纸游戏，以学生的情感体验为纽带，引导学生回溯初中阶段关于滑动摩擦力的知识点记忆，相比高中关于摩擦力的学习，初中的不足之处主要体现在深度和广度不足，主要侧重于对摩擦力的初步感知，同时对摩擦力的定义理解较为浅显，因此较多的学生会根据已有知识认为滑动摩擦力的作用点在两个物体的接触面上，方向与物体相对运动方向相反，但不排除有些学生认为滑动摩擦力的方向可能还有其他情况。在这种情况下，教师对于学生的观点不要及时评价，而是先引导学生深入思考，通过实践操作来发现问题，随后针对问题组织小组开展论证，并填写论证记录表(如“表1”形式)。
在这一阶段，教师应当使学生认识到，针对同一问题，不同个体持有不同看法是自然且合理的现象，而对于这些观点的正确性评估，不应仅凭个人主观感受来判断，而应依据科学实验所得的数据作为支持观点的客观依据。
3.2. 引导与质疑
通过前面的例子发现，关于滑动摩擦力方向的规律可知，物体的运动和相对运动的区别是非常重要的，要想研究滑动摩擦力的方向就要先来研究物体的运动和相对运动；教师可通过引出生活当中的实例——如前段时间网络上爆火的段子：“两名保洁员用不同方式擦拭电梯扶手”；紧接着提出问题：哪位保洁员的打扫方式是正确的？明确运动和相对运动的区别。
评析：在此阶段，教师可组织各小组互换记录纸张，开展小组互审，并用不同颜色的笔书写意见和反馈，其他小组要根据实验现象进行完善补充。随后，每个小组需派出一名代表来阐述本组的论证观点，而其他小组则针对这些汇报内容提出证据、举出反例，进行质疑和批判性讨论。在此过程中，教师需要适时调控讨论氛围，并及时将关键信息板书记录下来。
在呈现与批判阶段结束后，教师需补充事实材料： 通过多媒体教学手段(如动画、视频、生活中常见的实例等)展示滑动摩擦力的直观效果，帮助学生形成清晰的概念。指导学生依据实验观察和同行提供的反馈信息，回顾并评估所收集证据的完整性和精确度，以及推理过程中逻辑的一致性和正确性。
擦电梯扶手的动作是一个日常生活中常见的现象，学生可以很容易地观察和感受到。当用抹布擦拭电梯扶手时，抹布与扶手之间的相对运动产生的滑动摩擦力是显而易见的。这种直观性有助于学生更快地理解滑动摩擦力的方向。
上述教学环节实施后，教师能够自然地引出滑动摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体相对运动的方向相反的概念。在此过程中，教师能够更好地协助学生准确理解“相对运动”的含义，即指两个物体以彼此为参照系时所呈现出的运动状态，而非相对于地面或其他物体的运动。概括而言，通过结合实验观察和生活实例，明确引入条件，逐步构建起学生的物理观念，得出初步概念。
通过呈现与批判，教师引导学生揭示现象背后的本质问题，并提炼出一个有意义的探究议题，为接下来的深入探索活动打下良好基础。在初步概念得以确立之后，教师可顺势提出疑问：“滑动摩擦力的大小跟什么有关？”
评析：教师应当激励学生针对当前问题，积极发表个人见解，并营造一个开放包容的氛围，让学生能毫无顾忌地提出自己的观点及支撑论据。研究表明，新想法的数量与质量之间存在一定的正相关。故而，在运用批判性思维审视各种观点之前，首要之务是激励学生提出多样化的方案。在此阶段，教师应保持中立，避免对学生的观点做出即时的评判[6]。
3.3. 反思与提炼
在此阶段，各小组将本组构建的论点进行交换，传阅论证记录表，并用不同颜色的笔书写意见和反馈(参考论证内容如“表1”)。学生收到其他小组的评审意见，开展小组讨论，针对其他小组给出的意见，对本组的论证记录表进行完善和修正。例如，学生通过反馈知道表达不够完整，推理论证不够明确、不科学等问题，也能从其他小组给出的建议中明确如何修正和完善本组的论点或者个别小组只写出了滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关，漏写且成正比，那么其他小组要根据实验现象进行完善补充。并在教师的指导下，对比分析初步论证内容(主张、证据、推理)与提炼后论证的差异，回顾整个修订历程。与此同时，教师需展示论证要素关系图(如“图3”所示)，从而辅助学生更好地把握这些要素之间的逻辑关联。
Table 1. “Sliding friction force” demonstration record sheet
表1. “滑动摩擦力”论证记录表
记录项目 |
记录内容 |
问题 |
滑动摩擦力的方向、作用点是什么？ |
主张 |
滑动摩擦力的作用点在两个物体的接触面上，方向与物体相对运动方向相反 |
证据 |
抽纸游戏、擦电梯扶手实验现象 |
推理 |
由“抽纸游戏、擦电梯扶手实验现象”可以看出，两个相互接触的物体，当它们相对滑动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力叫做滑动摩擦力；其方向总是沿着接触面，并且跟物体相对运动的方向相反[7] |
条件限定 |
与物体的相对运动方向相比较 |
反驳 |
摩擦力的性质，滑动摩擦力的方向总是沿着接触面，并且与物体的相对运动方向相反。这是为了阻碍物体的相对滑动，使其减速或停止。这个原理在日常生活和工程应用中都有广泛的应用，比如刹车系统、轮胎抓地力等都是利用滑动摩擦力来实现的 |
Figure 3. Argumentative element relationship diagram
图3. 论证要素关系图
评析：相比PCRR教学模式，课本在介绍滑动摩擦力方向和大小时，往往侧重于理论阐述，如“滑动摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体相对运动的方向相反”，“滑动摩擦力的大小跟压力大小成正比。”这种表述虽然准确，但对于部分学生来说可能过于抽象，缺乏直观性，难以形成深刻的理解。学生需要通过具体的实例和实验来加深对滑动摩擦力方向和大小的理解，而课本中的实例往往有限，且可能缺乏与日常生活的紧密联系，导致学生难以将理论知识与实际应用相结合。
尽管“灌输式”教学方法能在短期内让学生迅速积累大量知识，但它严重限制了学生的主动参与和实践锻炼的机会，对学生的批判性思维的培养和发展造成了不利影响。除此之外，教师应当引领学生以批判性的眼光去审视当下的科学知识与观念，让学生明白学科知识是不断发展变化的，当前普遍认可的科学观念在未来也可能会面临质疑与修订[6]。
3.4. 完善与修正
教师结合现有的教学设备，进行一场直观的演示实验(可参考人教版必修一中的图3.2-1作为示例)。通过展示多样化的实验数据，引导学生自行计算滑动摩擦力的大小，并填写论证记录表(如“表2”)。完成记录后，组间交换、开展小组互审。
在上述环节结束后，教师补充讲解课本第61页上关于“几种材料间的动摩擦因数”的内容，并引入动摩擦因数的概念。随后，教师指导学生结合现有证据、反馈意见及新获取的补充资料，对论证记录表进行重新编排和完善(参考论证内容如“表2”)。在此过程中，教师需展示论证要素的关系图(“图4”所示)，旨在帮助学生清晰理解各论证要素之间的逻辑关系。通过反思与提炼论证内容，学生最终将得出关于“滑动摩擦力”的方向、大小以及作用点的全面认识[7] [8]。
评析：在提炼阶段，教师需指导学生以批判性的眼光，根据实验现象深入反思所得结果，并对整个论证过程进行系统性的梳理，明确界定个人的论点、支撑论点的论据以及逻辑论证框架。在此过程中，教师让学生理解到，科学家在研究道路上遭遇错误是常态，这是科学进步不可或缺的环节，有时这些错误甚至能为最终的成功奠定重要的基础。
最后一阶段，是师生共同总结科学知识的生产过程。通过PCRR教学模式的呈现、批判、反思、提炼四个阶段，学生就会对滑动摩擦力有了更加深入的认识和了解，并且能够通过自己的语言来对内容进行科学论证及下定义。通过上述阶段中的案例研究与实证分析，教师不仅成功地将PCRR教学模式融入物理教学实践中，还有效促进了学生批判性思维的发展，使他们能更好地应对复杂的真实世界问题。
Table 2. New argument record sheet
表2. 新论证记录表
记录项目 |
记录内容 |
问题 |
滑动摩擦力的大小跟什么有关？ |
主张 |
滑动摩擦力的大小跟压力大小成正比；滑动摩擦力的大小：
|
证据 |
通过进一步的定量实验，测量同一接触面不同压力下的滑动摩擦力大小 |
推理 |
由探究滑动摩擦力大小因素的实验可以看出，当接触面相同时，压力越大，滑动摩擦力就越大；当压力相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力就越大。滑动摩擦力与压力、接触面粗糙程度成正比[7]。因此，可得出结论滑动摩擦力的大小：
|
条件限定 |
测量滑动摩擦力大小时物体做匀速直线运动 |
反驳 |
如果物体不做匀速直线运动，将会导致测量的滑动摩擦力与拉力大小不相等，就无法证明滑动摩擦力大小与压力、接触面粗糙程度成正比 |
Figure 4. New argumentative element relationship diagram
图4. 新论证要素关系图
4. 效果分析
笔者开展了一系列教学实验，通过设立采用PCRR教学模式的实验班与对照班进行对比分析(需注意的是，两班学生在实验前的学业成绩及批判性思维能力的前测结果均保持相近水平)。实验结果显示，实验班在批判性思维倾向的培养以及论证能力的提升上确实展现出了不同。调查数据进一步表明，实验结束后，实验班学生在批判性思维能力、论证方法及技巧的应用，以及问题解决策略的制定等方面，均实现了明显的进步与提升[9]。
4.1. 批判性思维倾向测试结果
在教学干预前，利用批判性思维倾向前测卷对两个平行班学生的批判性思维倾向进行调查，从“寻找真理、开放思想、分析能力、系统化能力、自信心、求知欲、认知度”等批判性思维的七个维度进行检测。数据显示：与批判性思维倾向严重对立的学生比例从17.9%缩减至7.7%，而处于批判性思维倾向摇摆不定状态的学生比例也从83.7%下降至69.5%，相反，展现出全面强烈批判性思维倾向的学生比例则从1.5%跃升至26.3%。这表明，经过PCRR教学模式的实施，大多数学生逐渐接纳并培养了批判性思维能力；原先在该能力上表现欠佳的学生占比显著下降；整体上，参与者的批判性思维有了显著增强，尤其是在分析能力、自信心以及求知欲方面，提升尤为明显[9] [10]。
4.2. 批判性思维技能测试结果
在教学介入之前，利用《康奈尔批判性思维测试-Z水平》对实验班与对照班学生的批判性思维能力进行了评估，结果表明：在教学介入实施前，两个班级在批判性思维能力上的整体表现并无明显差异。教学介入结束后，再次采用《康奈尔批判性思维测试-Z水平》对两个班级进行测试，并通过SPSS软件对所得数据进行处理，以全面对比实验班与对照班在批判性思维能力提升方面的状况。采用t检验对相关数据进行深入分析，结果显示实验班的批判性思维能力得分经换算后为2.346，而对照班则为2.177，两班之间的差距为0.169。此外，通过独立样本t检验，得出的P值为0.011，数值小于0.05的显著性水平，在统计学上具有显著性意义。因此，可以得出结论：经过一段教学介入后，两个班级在批判性思维能力上的整体表现呈现出显著差异[2]。
5. 结语
摩擦力这一节属于科学探究课，更加注重培养学生对于运动与相互作用观念以及模型建构等相关的物理学科核心素养。在生活实际中与摩擦力有关的现象随处可见，但对滑动摩擦力大小、方向的认识还比较困难，教师在设计这节课时，要让生活走进课堂，从感性认识到理性认识，利用PCRR教学模式，通过师生互动，在教师的引导下，经历呈现、批判、反思、提炼四个步骤，通过创造多样化的情境来引发学生对物理学习的兴趣，不仅能让学生具备正确分析和处理实验数据的能力，还能促进其批判性思维能力和科学探究能力的提升。与此同时，在采用PCRR教学模式设计教学时，针对PCRR教学各环节的特点总结出了各环节的应用实施策略。
5.1. 呈现现象，创建论点
教师应当依据学生的学习阶段及课程内容，重新筛选并整合所要研究的问题或主题，通过设置与教学内容相关的问题情境，激发学生的学习兴趣和好奇心。情境应具有真实性和挑战性，能够引发学生的思考与讨论。这要求教师重新学习并深化对知识的理解和加工，使自己成为教学过程中的持续学习者，并具备重新构建学科知识的能力。此外，在教学策划与实际执行时，教师需重视并融合学生的认知发展与情感体验。
5.2. 分享论点，小组互审
教师需引导学生对呈现的观点或信息进行质疑和批判，培养他们的批判性思维能力，鼓励学生提出自己的疑问和不同意见，形成多元化的讨论氛围，在此过程中，教师需要适时调控讨论氛围，并及时将关键信息板书记录下来。除此之外，学生需根据教师所提供的材料、事实依据，从中选择来支持自己的观点或反驳他人的观点，引导学生学会查找和引用可靠的信息来源，培养他们的信息处理能力和批判性思维能力。
5.3. 思考反馈，完善论点
在讨论过程中，教师应适当引导学生对自己的观点和论据进行反思，鼓励学生思考自己的观点是否合理、论据是否充分，以及是否存在逻辑上的漏洞；组织学生进行小组交流，分享反思成果，通过交流学生可以互相启发、相互补充，最终形成更完善的观点和论据。
5.4. 明确论点，修正完善
在讨论结束后，教师应引导学生对讨论的成果进行总结和提炼，其总结内容需包括主要观点、论据和结论，形成清晰、有条理的知识框架。同时鼓励学生将讨论的成果以书面形式表达出来，如：论证记录表。通过书面表征，学生能够更深入地理解和巩固所学知识，从而提升自己的表达能力。最后，在整个PCRR教学模式的实施过程中，教师需营造良好的互动氛围，提供教学支架，在学生遇到困难时，教师应及时提供指导和帮助，注重教学评价。
综上所述，由于PCRR教学模式的各个环节紧密相连，形成了一个闭环系统，因此它非常适合在一堂课内灵活循环应用。学生通过PCRR教学模式的实施，能够更明确地把握论证的关键要素，学会依据确凿的事实和充分的证据材料来进行论证，并有效地构建自己的观点。同时也能够学会面对不同的论点进行批判和质疑、通过辩驳来维护自己的论点，能够有效促进学生的深度学习，培养学生批判性思维能力。
基金项目
河南省2023年度教师教育课程改革研究重点项目“核心素养导向的物理学师范生培养模式创新研究与实践”(项目编号：2023-JSJYZD-022)。