在物理教學(xué)中滲透科學(xué)推理能力的培養(yǎng)

摘?要：科學(xué)推理是一種重要的科學(xué)思維形式，是認(rèn)識客觀世界的重要工具.高中階段是發(fā)展學(xué)生“科學(xué)推理”能力的關(guān)鍵時(shí)期.在物理教學(xué)中加強(qiáng)對科學(xué)推理思維培養(yǎng)，有利于學(xué)生科學(xué)思維的全面發(fā)展，有助于實(shí)現(xiàn)知識的融會(huì)貫通.在實(shí)際教學(xué)中，可以通過知識的構(gòu)建、情景問題解決以及科學(xué)家對重大問題發(fā)現(xiàn)時(shí)的各種推理思維的滲透，以加強(qiáng)對學(xué)生科學(xué)推理能力的培養(yǎng).

關(guān)鍵詞：推理能力;物理教學(xué);培養(yǎng)途徑

文章編號：1008-4134（2019）21-0025?中圖分類號：G633.7?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

作者簡介：劉成剛（1966-），男，河南淅川人，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：中學(xué)物理學(xué)科教學(xué).

1?科學(xué)推理概述

科學(xué)推理是根據(jù)一個(gè)科學(xué)判斷或一些科學(xué)判斷得出另一個(gè)判斷的重要科學(xué)思維形式，是認(rèn)識客觀世界的重要工具，是進(jìn)行模型建構(gòu)、科學(xué)論證和科學(xué)探究的重要思維路徑.可以說，科學(xué)推理能力是理解物理概念、研究物理過程不可或缺的重要能力.加強(qiáng)科學(xué)推理教學(xué)，有助于學(xué)生科學(xué)思維的全面發(fā)展，有助于實(shí)現(xiàn)物理知識的融會(huì)貫通、舉一反三.

根據(jù)推理方式的不同，可將科學(xué)推理分為歸納推理、演繹推理和類比推理三種：歸納推理是由一些個(gè)別的、特殊的判斷推出一般的判斷的思維方式;演繹推理是由一般性的判斷推出個(gè)別性的判斷的推理，即從一般的原理、結(jié)論出發(fā)，導(dǎo)出新的結(jié)論的一種思維形式;類比推理是根據(jù)兩個(gè)（或兩類）對象在某些屬性上相似而推出它們在另一個(gè)屬性上也可能相似的一種推理形式[1].高中學(xué)生物理課中用得較多的是歸納推理、演繹推理.

2?發(fā)展科學(xué)推理能力的生理基礎(chǔ)

根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知階段發(fā)展理論，中學(xué)生正處在形式運(yùn)算階段，即已經(jīng)具備了進(jìn)行邏輯推理、歸納推理和演繹推理的生理心理基礎(chǔ)，能夠?qū)γ}做出富有創(chuàng)造性的反映.近幾年，國內(nèi)學(xué)者對我國不同年齡段的學(xué)生的推理能力進(jìn)行了較多的實(shí)證研究，進(jìn)一步證實(shí)了皮亞杰的認(rèn)知階段發(fā)展理論.例如，魏昕研究發(fā)現(xiàn)，從小學(xué)二年級到初中一年級，學(xué)生的推理能力無明顯差別，但從初一到高三，則呈顯著的上升趨勢[2].因此，中學(xué)階段是發(fā)展“科學(xué)推理”的關(guān)鍵時(shí)期，教學(xué)中要順應(yīng)這一思維發(fā)展的規(guī)律，加強(qiáng)物理學(xué)科推理思維教學(xué)，以利于學(xué)生科學(xué)思維能力的有效進(jìn)階.

3?在物理教學(xué)中對學(xué)生科學(xué)推理能力培養(yǎng)的途徑

3.1?在知識的構(gòu)建中滲透各種推理思維

在知識的構(gòu)建中，滲透各種推理能力的融合培養(yǎng)，有利于學(xué)生對學(xué)科知識的理解和概念規(guī)律的建構(gòu).

例如，“牛頓第三定律”的建立，在傳統(tǒng)的教學(xué)中，往往是通過幾個(gè)定性事實(shí)和兩個(gè)彈簧秤對拉的定量實(shí)驗(yàn)，就以偏概全地得出結(jié)論，這樣做不利于對學(xué)生歸納能力的培養(yǎng).教學(xué)中可以通過以下幾個(gè)過程，提高學(xué)生的推理能力：（1）提出問題：通過若干個(gè)定性事實(shí)（如坐在椅子上用力推桌子，會(huì)感到桌子也在推我們等）和定量實(shí)驗(yàn)（如兩個(gè)彈簧秤對拉），初步提出猜想：物體間的作用是相互的，作用力與反作用力大小相等，方向相反;（2）演繹：如果猜想是正確的，對不同物態(tài)、不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的相互作用力物體（如固體、液體和氣體之間，物體在加速、減速運(yùn)動(dòng)的過程中）也應(yīng)該遵循同樣的規(guī)律;（3）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：如對浸在液體中的固體，受到了液體對它的浮力，必須通過實(shí)驗(yàn)證明它反作用于液體的力的存在，并且定量驗(yàn)證它們之間的相互作用的力滿足“大小相等，方向相反”;（4）理論分析：如對液體、對固體之間的相互作用力，還要通過理論分析它們是同種性質(zhì)的力，以解決實(shí)驗(yàn)所不能解決的問題;（5）實(shí)踐關(guān)聯(lián)：如學(xué)習(xí)“牛頓第三定律”的過程中，學(xué)生常常提出這樣的問題：“既然作用力與反作用力大小相等，方向相反，為什么馬拉車時(shí)，是馬把車向前拉，而不是車把馬向后拉？”.教師必須通過對類似這樣看似正確而實(shí)際錯(cuò)誤的認(rèn)知做出合理的解釋，以保證歸納推理的可靠性.從而達(dá)到深化知識、培養(yǎng)推理能力的目的.

不難看出，物理學(xué)中概念和規(guī)律的建立多數(shù)都是運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)歸納和理性思維， 從中發(fā)現(xiàn)這些事物的共同特點(diǎn)，尋求其本質(zhì)特征，得出結(jié)論.

3.2?在情境問題的解決中滲透科學(xué)推理思維

在情境問題的解決中加強(qiáng)科學(xué)推理滲透，有助于強(qiáng)化物理知識與實(shí)踐情景的關(guān)聯(lián)，有助于物理觀念的形成和模型的建構(gòu).

例如，2018年全國Ⅰ卷第18題就是一道注重邏輯推理的好題，有助于功和能關(guān)系觀念的形成.問題情境如圖1所示，abc是豎直平面內(nèi)的光滑固定軌道，ab水平，長度為2R;bc是半徑為R的四分之一圓弧，與ab相切于b點(diǎn).一質(zhì)量為m的小球，始終受到與重力大小相等的水平外力的作用，自a點(diǎn)處從靜止開始向右運(yùn)動(dòng).重力加速度大小為g.小球從a點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)到其軌跡最高點(diǎn)，機(jī)械能的增量為

A.2mgR?B.4mgR?C.5mgR?D.6mgR

解決本題的關(guān)鍵是對兩個(gè)運(yùn)動(dòng)過程的邏輯推理，一是小球脫離軌道末端c到最高點(diǎn)這一過程：此過程可看成是水平方向的初速度為零加速度大小為g的勻加速運(yùn)動(dòng)和豎直方向的豎直上拋運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)，根據(jù)分運(yùn)動(dòng)的等時(shí)性和豎直上拋運(yùn)動(dòng)的對稱性及加速度大小都為g的特點(diǎn)，小球自c點(diǎn)上升到最高點(diǎn)的過程中，豎直分位移大小與水平分位移大小相等，最高點(diǎn)時(shí)，水平速度的大?。ㄒ布醋罡唿c(diǎn)的速度大小）等于脫離軌道末端c處瞬間速度的大小.二是小球在bc段運(yùn)動(dòng)過程：這一過程中根據(jù)水平外力大小與重力大小相等，由動(dòng)能定理可知，小球在b點(diǎn)和c點(diǎn)的動(dòng)能相等.即b點(diǎn)速度大小與c速度大小相同.最后對比小球在ab段的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和小球脫離軌道后到最高點(diǎn)過程中的水平分運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，不難發(fā)現(xiàn)，它們具有完全相同的運(yùn)動(dòng)（初速度為零，加速度大小為g，末速度相同），因此脫離軌道末端c到最高點(diǎn)時(shí)的水平位移和a點(diǎn)到b點(diǎn)的位移相同，即為2R，從而研究出a點(diǎn)到軌跡最高點(diǎn)的水平距離為5R，水平外力做的功為5mgR，根據(jù)功能關(guān)系，小球機(jī)械能的增量5mgR，答案為C[3].

不難看出，推理的每一步都是以理論為依據(jù)，同時(shí)伴隨著邏輯思維的發(fā)生.在情境問題的解決中滲透科學(xué)推理思維，有助于實(shí)現(xiàn)物理知識的融會(huì)貫通、舉一反三.

3.3?滲透科學(xué)家對重大問題發(fā)現(xiàn)的推理過程

幾乎每一個(gè)物理定律背后，都蘊(yùn)含著對科學(xué)研究的思辨和推理過程.

例如，伽利略質(zhì)疑亞里士多德的落體學(xué)說和建立落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律就是一個(gè)演繹推理的很好范例.他按照亞里士多德的 “重的物體比輕的物體下落快”的觀點(diǎn)，演繹出兩個(gè)互相矛盾的結(jié)論，從而確立了“重物與輕物落得一樣快”的論斷.他又從“落體運(yùn)動(dòng)應(yīng)該是簡單的”認(rèn)識出發(fā)提出假設(shè)：速度應(yīng)該是均勻變化的，通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)演繹出x與t2成正比，解決了當(dāng)時(shí)測量速度的困難.他又從斜面上的小球運(yùn)動(dòng)規(guī)律合理外推到豎直下落，建立了落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.顯示了他令人敬佩的演繹天賦.

又如，在研究電荷間的相互作用力時(shí)，庫侖利用其豐富的想象跟萬有引力進(jìn)行類比，做出了平方反比關(guān)系的猜想，再通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)了靜電力與距離的平方的反比關(guān)系，最終正確地建立了偉大的庫侖定律.

在物理教學(xué)時(shí)，經(jīng)常尋著物理規(guī)律發(fā)展歷程，把科學(xué)家提出問題、質(zhì)疑、思辨推理的過程呈現(xiàn)給學(xué)生，有助于學(xué)生在模仿中創(chuàng)新，在感悟中升華，有利于有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)推理能力.

科學(xué)推理是一種重要的科學(xué)思維形式，是認(rèn)識客觀事物和表達(dá)思想的重要工具，是學(xué)習(xí)物理、研究物理過程不可或缺的一種重要能力，是科學(xué)思維全面發(fā)展的基礎(chǔ).在教學(xué)中要重視滲透科學(xué)推理過程，重視通過科學(xué)家的科學(xué)推理思維的熏陶，重視滲透凸顯科學(xué)推理的問題情景，以加強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)推理能力，使學(xué)生真正理解物理知識和規(guī)律.

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡衛(wèi)平.科學(xué)思維培育學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2004：39-40.

[2]魏昕，郭玉英，徐燕.中小學(xué)生科學(xué)推理能力發(fā)展現(xiàn)狀研究[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，47（5）：463.

[3]蘇明義.2018年高考理綜物理試題特點(diǎn)及對物理教學(xué)的啟示[J].中學(xué)物理，2018，36（8）：22.

（收稿日期：2019-06-25）