踐行核心素養，培養物理推理能力

沈妍

【摘? 要】推理能力是學生學業技能中的重要能力之一，也是學生思維發展的重要標志之一。推理能力的發展雖然與學生的自身成長有關，但教師的方向引導和方法指導可以促進學生推理能力的發展，提高推理的正確性。本文以一線教師的視角，從具體實例出發探討了物理推理能力的培養策略。

【關鍵詞】高中學生;推理能力;物理教學

一、物理學科的特點

物理學是一門自然科學，它是研究自然界中物體運動規律和物質結構及其應用的學科，是需要學生通過基礎概念的學習，透過事物的表象，深入探索現象背后的原因，找出物理原理和本質的學科。學習物理的過程就是發現問題、提出問題，并基于已習得的物理概念、物理規律做出合理推理，最終通過實驗等手段進行論證的過程。

二、核心素養中對推理能力的界定

推理能力是學生學業技能中的重要能力之一，也是學生思維發展的重要標志之一?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標準》（2017年版）中將物理學科的核心素養分為4個層面，教學應以物理觀念為基礎，科學思維為核心，科學探究為手段，將科學態度與責任貫穿整個教學過程。在科學思維的有序培養中就明確指出了包含科學推理能力在內的四種能力。

在《江蘇省普通高中學業水平測試（選修科目）說明》一書中對物理推理能力進行了解釋：推理能力是指能夠從相關的物理概念、物理規律出發，在一定的情境下導出相應的物理定理或物理公式;能依據已有的物理事實和給定的條件，結合已習得的知識及方法進行邏輯推理和論證，得出合理的結論或做出正確的判斷，并能夠把推理過程呈現出來。

推理能力并非與生俱來，而是需要通過自身成長，通過學習積累、探索訓練以及經驗總結，不斷提升發展。而教師的方向引導和方法指導對學生推理能力的發展起到了關鍵的促進作用，能幫助學生提高推理的正確性。

三、在物理教學中踐行核心素養培養推理能力

為了培養學生的科學思維能力，也為了給高考奠定基礎，教師要有意識地培養學生的推理能力。接下來本文就從物理學科的教學入手，通過具體的教學案例來談一談高中學生推理能力的培養策略。

（一）鼓勵反復閱讀，解讀關鍵詞語，找到推理的切入點

閱讀是學習的基石，對于淺顯易懂的描述性文字，通過逐字逐句地閱讀就能完全掌握，但對于一些有深刻內涵的文字，比如物理概念和規律，那就需要反復閱讀，在反復的閱讀中解讀文字中的關鍵詞語，通過對關鍵詞語的思考，找準推理的切入點，從而理解定律中包含的物理精髓。

現以牛頓第一定律“一切物體總保持勻速運動狀態或靜止狀態，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態”為例。教師通過牛頓第一定律的發展史，說明這看似簡單的一句話凝聚了多位科學家的努力，最終由牛頓總結升華得到的，是值得反復閱讀的。教師應引導學生在反復閱讀中體會：“一切”告訴我們它的適用對象，成立范圍，“總是”說明了是一切物體都有的屬性;“除非”指出了打破這種運動狀態的條件。通過深入閱讀我們就能深刻理解牛頓第一定律，并在實際生產生活中運用牛頓第一定律。之后抓住“除非”這個關鍵詞語，再深入推理，我們可以看到，一切物體只要受到外力作用，運動狀態就會發生改變，而描述運動狀態變化的物理量是加速度，由此可以推導出加速度和外力有關，這也就為接下來要學習的牛頓第二定律埋下伏筆。可見“除非”就是深入推理的切入口，為我們進一步認識規律提供了新的方向。

應對高考是我們的現實需求，在2019年的江蘇高考中有這樣一題：如下圖所示，輕質彈簧的左端固定，并處于自然狀態，小物塊的質量為m，從A點向左沿水平地面運動，壓縮彈簧后被彈回，運動到A點恰好靜止。物塊向左運動的最大位移為s，與地面間的動摩擦因數為μ，重力加速度為g，彈簧未超出彈性限度。下列選項中正確的有幾項？（A.彈簧的最大彈力為μmg;B.物塊克服摩擦力做的功為2μmgs;C.彈簧的最大彈性勢能為μmgs;D.物塊在A點的初速度為。）

題干的表面含義都能夠理解，但有些文字的背后還隱含著更多的物理含義，這就需要教師提醒學生通過反復閱讀，找到關鍵詞語，分析出其背后的隱含條件，再推理出結論。通過“自然狀態”可以聯想推理：彈簧原長，此時彈力為零，彈性勢能為零。“從A點向

左……運動”再結合上下文和圖像，可以看到物塊在A點有初速度，而不是在外力作用下開始運動?！斑\動到A點恰好靜止”，結合之前物塊在A點的初始狀態，我們可以得到：經過一個來回，物塊停下來了，從而推理出物塊在整個過程中損失了動能，彈簧在整個過程中經歷了彈性勢能的增加和減少，最終歸為零。再結合B、C選項，可以推理出解題的方向：對系統利用動能定理或能量守恒。通過“最大位移”結合“反彈”我們可以推理出此時彈力最大，速度為零，但加速度不為零，合力不為零，對應A選項分析，可以得出結論。閱讀、分析、推理至此，這道多選題也就迎刃而解了。

可見，在物理概念規律及物理習題的學習中，我們都需要運用推理能力深刻理解物理現象背后的本質，而通過關鍵詞語我們可以找準推理的切入口，激活背景知識，完成學習目標。

（二）設計進階問題，加強有效提問，推動推理進程

提問是課堂教學活動的重要組成部分，有效提問是調動學生思維積極性的重要手段，可以引領學生的推理方向，推動學生的推理進程。

比如，在研究牛頓第三定律時，我們會出示一些生活中相互作用的圖片和視頻，如果拋出的問題是“同學們，你們看到了什么？”學生不明白問題的指向性，回答就可能偏離我們的教學主題。但如果我們將問題的指向性變明確，“同學們，你們看到圖片中運動的主體有幾個？”“它們的運動情況分別是怎么樣的？”“促使它們運動狀態發生變化的力分別有什么特點？”引領學生一步一步接近課題的核心，從而可以推理出：兩個物體相互作用的力可能是方向相反的。這時就可以順勢提出：兩個物體相互作用的力的大小又會是什么關系呢？進而再次引導學生進行推理驗證。

對于難度相對較大的物理問題，要設計進階式問題，引導學生思考，推動推理的進程。江蘇高考題中有過這樣一道題：如下圖，磁感應強度大小為B的勻強磁場中有一水平絕緣薄板，其與磁場的左右邊界垂直，相交于M，N，已知MN=L，粒子打到板上時會反彈（設碰撞時間極短），反彈前后豎直分速度大小不變，方向相反，水平分速度不變，電量為-q質量為m的粒子，從左邊界的不同位置以一定速度水平射入磁場，在磁場中做圓周運動的半徑為d，且d<L。不計粒子重力，電荷量保持不變。在這里以第2問（欲使粒子從磁場左邊界射出，求入射點到M的最大距離dM）為例。

本題綜合性較強，需要學生有一定的數理結合能力，其中作圖是解題的關鍵一環，也是學生解題的難點所在，為此在講解該題時，要以問題為引領，帶領學生分析，幫助學生一步步突破。

問題1：你能繪出粒子剛好不經MN板反彈，直接從左邊界射出的圖像嗎？（強調關鍵詞“剛好”，這是物理中常用的臨界狀態的描述詞。）

學生回答并繪圖。

問題2：如果粒子的入射點升高，粒子一定能從左側射出嗎？那降低呢？

學生回答（升高一定從左邊界射出，降低未必）。

問題3：請你將入射點降低后的圖像和問題1中的圖像繪制到同一張圖上。想一想，你有幾種繪圖方法。

觀察學生的解答情況，以問題形式進行提示。

問題4：運動是具有相對性的，那么我們在繪圖時能不能利用這種相對性進行逆向思維？

最后，教師帶領學生一起總結：本題中粒子運動半徑不變，入射點為軌跡最高點也不變，只是和MN板間的距離發生改變，根據運動的相對性，升高射入點就是將MN板下移，降低射入點就是將MN板上移。（這一點為學生接下去的思考、繪圖、推理埋下伏筆。）

通過進階式提問，帶領學生不斷思索，推動推理進程，讓之后的數學論證變得水到渠成。要培養學生的推理能力，教師就要在所提問題上下功夫，多提具有啟發性和反思性的有質量的問題，對于難度過大的問題需要設計進階式問題，引導學生努力思考，認真分析，合理推理，完整作答。

（三）依托思維導圖，拓展思維廣度，實現歸納推理

高中物理絕對是一門有難度、有深度的學科，一個問題的發展方向往往會有多種可能性。為了清晰且不遺漏地展示各種可能性，教師可以利用思維導圖向學生清晰直觀地展示分析方向，給出思考脈絡，對事實論證的結論總結到位，讓歸納推理更全面、更嚴謹，結果更可信。

例題：物塊以向右的初速度v0，滑上如圖水平轉動的傳送帶所用時間為t1。當傳送帶不轉動時，通過傳輸帶的時間為t2，試分析t1，t2可能的大小關系，并說明原因。

由于木塊滑上傳送帶的速度大小具有不確定性，所以在研究過程中就需要分情況討論，這時利用思維導圖就可以清晰地展示各種情況，為推理提供方向。

通過思維導圖的展示，我們分情況有目的地研究木塊在速度等于、小于、大于傳送帶的速度時的受力情況，從而判斷木塊的速度變化情況。引導學生對該問題進行歸納推理：在水平傳送帶上木塊的運動速度總是趨向于傳送帶的速度，只要傳送帶足夠長，最終速度一定相同，此時摩擦力發生突變，加速度隨之突變為零，此后與傳送帶一起勻速向前?？梢姡锢硗评砟芰梢酝ㄟ^總結對事物的表象分析，分層判斷，進而歸納推理，最終上升到對學科性質的認識。

四、結束語

任何一種能力都不是獨立存在的，物理的核心能力除了推理能力還包括理解能力，分析、綜合的能力，利用數學工具解決物理問題的能力，以及實驗能力。理解和分析是推理的前提和基礎，推理又是綜合能力的體現。作為一線教師，我們要從物理學科的核心素養出發，在平時的教學過程中，在知識的傳授過程中，關注學生思維方法的訓練、科學思維的培養，全面提升學生的學習力。

【參考文獻】

[1]江蘇省教育考試院.2019年江蘇省普通高中學業水平測試（選修科目）說明[M].南京：江蘇鳳凰出版社，2019.

[2]馬瑩.發展心理學[M].北京：人民衛生出版社，2013：151，152，175，202.

[3]王亭朝.推理法在高中物理解題中的應用[J].學周刊，2016，12（34）：154.

[4]郁梅.在專題教學中落實物理核心素養[J].物理教師，2019，40（9）：13.