邏輯思維促進高中生物理科學思維的形成策略

黃巧曦

摘 要 科學思維是物理學科核心素養之一，而落實科學思維培育的重點之一可放在邏輯思維能力的培養上：以高中物理教學內 容為載體，把歸納與演繹、分析與綜合、抽象與概括等邏輯思維方法融入物理課堂教學中，并注重適時運用比較、因果、遞 推、逆向等邏輯思維方法，予以不斷重復再現，促進學生的邏輯思維能力螺旋上升，確?？茖W思維素養培育落地。

關 鍵 詞 高中物理;邏輯思維;科學思維;素養培育

《普通高中物理課程標準（2017版）》把科學思維 確定為物理課程四個核心素養之一，并對科學思維教 育提出了更高的要求。^[1]發展學生的科學思維素養， 從物理教學的操作層面，可在落實邏輯思維能力的培 育上下功夫。

一、邏輯思維促進高中學生物理科學思維的形 成機制

（一）邏輯思維是培育科學思維的核心

《中國高考評價體系》把思維方法劃分為科學思 維、人文思維和創新思維。科學思維又包含邏輯思維 和非邏輯思維。于高中物理教學來說，發展學生的邏 輯思維是培育科學思維的核心。上海辭書出版社出 版的《辭海》（1989年版）把“邏輯”解釋為思想、思維、 理性等含義;“思維”是以概念、范疇為工具去反映認 識對象的。^[2]因此，邏輯思維是借助概念、判斷、推理 等去反映和表達認識對象、揭示事物本質的過程，具 有抽象性。在教學中要抓住邏輯思維的特點，以抽象 的概念、判斷和推理作為思維的基本形式，以分析、綜 合、比較、抽象、概括和具體化作為思維的基本過程， 引導學生揭露物理現象的本質特征和規律性聯系。^[3] 學生經歷邏輯思維方法訓練的過程，逐漸獲得邏輯思 維能力。

（二）物理觀念和科學探究是發展邏輯思維的 基礎

任何科學思維的培育過程都離不開物理觀念、科 學探究等核心素養的支撐。伽利略對理想斜面的推 理，一定離不開他關于物體間相互作用和物體運動的 知識積累。學科基礎知識既是學科思維的原材料，也 是為邏輯思維提供根本保證。課堂上引導學生觀察、 猜想、實驗、分析、綜合、比較、抽象和概括等教學活 動，都是通過發展學生的邏輯思維來促進科學思維能 力的提升。讓學生逐步學會用歸納、演繹和類比進行 邏輯推理，并能準確地運用物理術語，合乎邏輯地闡 述自己的思想和觀點，是科學思維培育的主要目標。 因此，課堂教學中必須以物理觀念為載體，通過科學 探究逐步發展邏輯思維。

（三）科學態度確保邏輯思維的規范性

科學態度與責任是高中物理學科核心素養之一， 為邏輯思維的規范性提供了保證。科學態度與責任 是創新人才最顯著的人格特征之一，科學本身就具有 實證性、客觀性、普遍性等精神要素，在科學探究中既 要敢于質疑創新、挑戰權威，又要通過規范而嚴密的 邏輯分析、理性思考，尊重數據、尊重邏輯、尊重事實。

二、邏輯思維促進高中學生物理科學思維的形 成策略

（一）領悟歸納與演繹的思維方法

1.演繹是科學認識中一種重要的方法。通常把 演繹推理劃分為大前提、小前提和結論三部分組成。 大前提是已知的普遍原理，小前提是研究的特殊情 形，結論就是把特殊情形歸結到普遍原理之中得出的 新知識。例如圖1所示的實例：

從這三部分可以看到，演繹推理的前提是普遍原理，推出的結論是特殊規律，表現出一般中概括了個 別，個別中包含了一般。所以，演繹推理揭示了個別 和一般的必然聯系，只要前提正確，推理合乎邏輯，那 么結論也就是正確的。正負電子轉化為光子的發現 就是通過演繹推理作出科學預見的。在唯心主義者 看來，正反粒子相遇湮滅是物質被消滅，而堅持唯物 主義思想的物理學家們卻堅信，物質和能量守恒定律 適用于任何物質形式或任何能量轉換，正負電子湮滅 將轉化為另一種能量形式——輻射出光子，這一運用 演繹推理得出的規律后來被實踐證明是正確的。

2.歸納是演繹的基礎。歸納是在獲得大量的觀 測數據之后，得出物理規律必須經歷的過程。第谷留 給開普勒最寶貴的財富不是宮廷數學家職位，而是大 量的天體觀測資料。開普勒正是利用第谷的觀測數 據，經過長期艱苦的歸納，最后提出著名的行星運動 三大定律。牛頓是在開普勒歸納得出行星三大定律 的基礎上，在運用牛頓運動定律，演繹得出萬有引力 定律。要從許多觀測數據中歸納出結論，本身又要用 到其他由演繹得到的知識，因此演繹又是歸納的 前導。

科學的真理是歸納和演繹辯證統一的產物。在 高中物理教學中，要充分引導學生從實驗測量數據中 歸納得出結論，也要讓學生經歷由牛頓運動定律演繹 得出動能定理和機械能守恒定律、動量定理和動量守 恒定律，切實把歸納和演繹的思維方法培養落到 實處。

（二）掌握分析與綜合的思維方法 分析是從事物各個部分、不同側面及各種屬性分 別加以研究，是完整認識事物的必由之路，更是研究 復雜問題的重要方法。如某一材料的特性通常有密 度、硬度、導電性能、導熱性能等等，人們只能對其逐 一進行研究。再如，某物體從斜面上下滑，經過一水 平地面后沖上另一斜面的運動。對于運動全過程來 說是一復雜的運動，如果根據物體受力的不同把運動 分解為若干階段，分別對每一階段進行研究，問題就 容易獲得解決。

綜合是把事物的各個部分、不同側面及各種屬性 根據內在聯系有機地統一為整體，從而掌握事物的本 質和規律。例如，探究電磁感應規律，高中教學通過 不同的方式產生感應電流，如圖2所示，從而綜合得出 電磁感應定律，使學生認識電磁感應的本質。

在分析的基礎上綜合，在綜合的指導下分析，二 者是相互滲透和轉化。如在光的研究歷史中，以牛頓 為代表的光的“微粒說”就是分析光的直線傳播、光的 反射、光的折射后綜合得出;以惠更斯為代表的光的 “波動說”則是分析光的干涉、光的衍射現象等現象后 綜合得出的;由于光具有跟水波類似的性質，光的微 粒說無法解釋，在人們測出各種光的波長，并提出光 的電磁理論后，人們才確信光是一種電磁波;但是，光 電效應的發現又無法用光的波動說解釋，于是又提出 了光子說。最后人們把這些綜合起來，提出光具有波 粒二象性。當然，這里的“粒子說”已經不再是早期的 “微粒說”。人類對光的本質的認識，充分體現了分析 與綜合循環往復，推動人們認識的深化和發展。一般 來說，科學論斷都是經過分析與綜合得出的結果。

（三）重視抽象與概括的思維過程

抽象與概括都是揭示一些具有共同屬性事物的 本質意義的思維活動。抽象是將客觀事物的一般的、 本質的屬性抽取出來的思維方法;概括是指把個別事 物抽象出來的本質屬性相連接，將同類事物的共同屬 性進行歸結統整的思維方法。

物理學中的抽象是人們對大量物理現象、物理實 驗的觀察、測量的基礎上，對這些觀測資料通過加工 處理，從中抽取出共同的、本質性的特征，形成概念、 判斷、推理等思維形式，反映事物的本質和規律。如 研究一輛客車的直線運動時，當我們研究車廂上各部 分的運動，就會發現它們具有相同的運動特征。在此 可以把客車抽象為一個點，即一個沒有形狀、大小而 集中全車質量的一個點，得到了“質點”的概念。有了 質點的概念，使得許多研究對象被大大簡化。質點是 高中物理運動學和動力學中的重要概念，是高中學生 遇到的第一個抽象概念，教學中要有意識地向學生介 紹這一科學抽象的方法。讓學生學會抓住問題中物 體的主要特征，簡化對物體的研究，把實際物體看作 一種理想化模型。

概括是由小范圍認識上升到大范圍認識，由某一 領域認識推廣到另一領域認識的思維方法。例如，人 們從許多物體的運動中，概括出勻速直線運動和勻變 速直線運動等理想過程模型。物理教學應充分利用教學內容的載體，讓學生充分加以理解和感悟。

（四）重現常用邏輯思維方法

相對上述邏輯思維的主要方法外，在具體問題的 解決中常用的邏輯思維方法，如比較、因果、逆向和遞 推等，教學中應予以重復再現，讓學生經常接觸到這 些邏輯思維方法，促進學生的邏輯思維能力螺旋 上升。

1. 比較邏輯思維。根據比較的對象有同類事物 之間的比較，如光的衍射與光的干涉、伏安法測電阻 的電流表內接與外接等同類事物的比較;有不同類事 物之間的比較，如電場性質與磁場性質、電容與電感 等不同類事物的比較。按比較形式又可劃分為求同 比較和求異比較，如庫侖力與萬有引力的相同點比較 和不同點比較。
2. 因果邏輯思維。這是由原因推理結果的思維 方式，其基本邏輯是：因為A，所以B。這種因與果的 關系中，原因 A 在前，結果 B 在后。物理教學有許多 因果邏輯思維的教學載體，包含有：一因一果，如彈簧 受到拉力一定伸長;多因一果，如一定質量理想氣體 的體積和溫度共同決定了它的溫度，再如物體所受的 合外力F和物體的慣性（質量）m決定著該物體運動的 加速度a，即內因和外因共同決定著事物的發展;⑷一 因多果，如外力的作用使物體的形狀發生改變，又會 使物體的運動狀態發生變化;多因多果，如較為復雜 的物理問題往往屬于此類關系。高中物理教學中讓 學生經歷各類型的因果關系邏輯思維，有利于促進辯 證唯物主義思想的形成。
3. 逆向邏輯思維。逆向邏輯思維與因果邏輯思 維恰恰相反，逆向邏輯思維是由結果反推原因。高中 物理教學中的逆向邏輯思維不乏其例，如英國物理學 家法拉第的兩大發明均是由逆向思維而引發： 1820年 奧斯特發現了通電導線能夠讓磁針轉動，即電流的磁 效應后，法拉第從中得到了啟發，認為假如磁鐵固定， 線圈就可能會運動。根據這種設想， 1821年他成功地 發明了第一臺使用電流將物體驅動的裝置，裝置雖然 簡單，但卻是世界上第一臺電動機;同樣是法拉第，他 受德國古典哲學中的辯證思想影響，提出既然電可以 產生磁，那么磁也應該能產生電，認為電和磁之間必 然存在聯系并且能相互轉化。經過近 10年的不斷努 力 ，到1831年終于用實驗揭開了電磁感應定律，并發 明了圓盤發電機，人類從此走進電氣化時代。
4. 遞推邏輯思維。這是按因果關系或層次關系 進行一步步的推理思維，形成一個因果關系鏈。在高 中物理電學領域的電路變化問題分析中，就常常需要 這樣的遞推邏輯思維。如圖3 所示，當滑動變阻器的 滑動片 P 向上移動時，引發電路各電表示數變化的推 理分析。這里遞推邏輯的起點就是滑動變阻器的滑 動片P向上移動，遞推的邏輯順序是：滑動片P向上移 -滑動變阻器接入電路的電阻R2增大一根據并聯電 路特點R2和R3并聯的電阻值變大-電源的外電阻 增大—由閉合電路歐姆定 律可知干路電流 I 減小- 通過電 阻 R1 的 電 流 I1 減 小 -電 路 ab 兩 點間 的 電壓 增大（電壓表的示數增大） -通過電 阻 R3 的 電 流 I3 增大（電流表的示數增大）。

三、結語

邏輯思維是科學思維的重要組成部分，也是科學 思維的基礎。在《中國高考評價體系》中，科學思維作 為思維方法下的二級指標，其指標表現明確要求“采 用嚴謹求真的 ，實證性的邏輯思維方式應對各種問 題”。^[4]要求在學科課程的實施中，引導學生運用抽象 與聯想、歸納與概括等思維方法來組織、調動相關的 知識與能力 ，解決生活生產實踐中、學習探索情境中 的各種物理問題。因此，高中物理教學應努力挖掘邏 輯思維教育素材，并精心設計教學認識過程，以確保 有效培育學生的邏輯思維能力，促進學生的物理學科 素養發展。

參考文獻：

[1]????????? 教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北 京：人民教育出版社，2018：5-6.

[2]????????? 辭海編輯委員會.辭海（1989年版）[M].上海：上海辭 書出版社，1990：1890.

[3]????????? 林明華.高中物理教學中科學思維教育的落實[J]. 物理教學探討，2018，36（10）：1-4.

[4]????????? 教育部考試中心.中國高考評價體系[S].北京：人民 教育出版社，2019：19-22.

責任編輯：周志平）