Việc rèn luyện các kĩ năng tư duy cho học sinh, trong đó có tư duy phản biện là cần thiết và phù hợp với yêu cầu dạy học theo định hướng phát triển năng lực và phẩm chất của chương trình giáo dục phổ thông 2018. Sử dụng hình thức tranh luận trong dạy học toán rất thích hợp với tiến trình phát triển năng lực tư duy phản biện cho học sinh bởi vì phương pháp này giúp người học rèn luyện khả năng xem xét nhiều mặt của vấn đề; suy luận, tranh luận và đưa ra quyết định. Tuy vậy, ở Việt Nam các nghiên cứu về cách thức dạy học toán bằng tranh luận còn khan hiếm. Bài viết này nghiên cứu cách thức tổ chức dạy học toán bằng tranh luận nhằm phát triển năng lực tư duy phản biện cho học sinh Trung học phổ thông. Sau đó, thực nghiệm tình huống dạy học được tiến hành bằng tranh luận chủ đề Quan hệ vuông góc trong không gian và sử dụng công cụ đánh giá năng lực tư duy phản biện của Rasiman. Kết quả cho thấy tranh luận trong dạy học có hiệu quả để phát triển năng lực tư duy phản biện của học sinh.