摘 要：初中物理是義務(wù)教育階段的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程，具有演繹性、歸納性、類比性等特征，課程教學(xué)具有實(shí)踐性、綜合性等特點(diǎn)。科學(xué)推理，是科學(xué)思維素養(yǎng)的重要組成部分，是學(xué)生在嚴(yán)謹(jǐn)、邏輯完整的探究過程中所形成的一種推理能力。立足科學(xué)推理的內(nèi)涵，初步分析初中生科學(xué)推理能力的基本特征，圍繞演繹推理、歸納推理、類比推理等方法，在初中物理教學(xué)實(shí)踐層面引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)推理，掌握推理方法，并能遷移應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題。

關(guān)鍵詞：初中物理；物理教學(xué)；科學(xué)推理

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)課程，具有基礎(chǔ)性、實(shí)踐性等特點(diǎn)，面向全體學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)。在物理課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)中，科學(xué)思維非常關(guān)鍵，要求學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中逐漸形成模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等關(guān)鍵能力。科學(xué)推理是科學(xué)思維的重要組成部分，在初中物理教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)推理與質(zhì)疑論證的過程，有助于學(xué)生發(fā)展抽象思維能力，有效達(dá)成課程教學(xué)目標(biāo)。

一、科學(xué)推理的內(nèi)涵

科學(xué)推理，是指從已有的科學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果出發(fā)，通過比較、分析、推斷等方法，推導(dǎo)出新的科學(xué)結(jié)論或理論的過程。科學(xué)推理是自然科學(xué)研究領(lǐng)域的重要能力，涉及演繹邏輯、歸納邏輯、類比邏輯［1］。其中，演繹推理是從一般到特殊的推理方法，依賴于前提的準(zhǔn)確性；歸納推理則是從特殊到一般的推理方法，具有不確定性；類比推理是將兩個(gè)相似的現(xiàn)象或事物進(jìn)行對(duì)比，重點(diǎn)總結(jié)、歸納分析兩者的相似點(diǎn)和不同點(diǎn)。

二、初中生科學(xué)推理能力的特征

在初中物理教學(xué)中，學(xué)生的科學(xué)推理能力具有以下特征：第一，科學(xué)推理能力發(fā)展處于線性上升的階段；第二，具有較高科學(xué)推理能力水平的學(xué)生所占比例較小，存在較大提升空間；第三，學(xué)生科學(xué)推理能力的不同維度不均衡，比如，有的學(xué)生擅長(zhǎng)運(yùn)用守恒推理、比例推理方法，有的學(xué)生擅長(zhǎng)控制變量推理、演繹推理方法。科學(xué)推理能力發(fā)展的均衡性、整體性，直接影響學(xué)生對(duì)抽象概念、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷纳疃葘W(xué)習(xí)［2］。

三、基于科學(xué)推理的初中物理教學(xué)實(shí)踐策略

（一）基于演繹推理，提升思維質(zhì)量

在初中物理教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生理解抽象的物理概念、公式和定理，并利用所學(xué)知識(shí)、概念進(jìn)行演繹推理。演繹推理具有內(nèi)在的邏輯性與嚴(yán)密性，即在公理系統(tǒng)內(nèi)證明命題（定理）正確的過程，如果這個(gè)系統(tǒng)是有效的，那么從中推導(dǎo)出的定理也被認(rèn)為是有效的［3］。培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)推理能力，有助于他們科學(xué)思維、科學(xué)探究等核心素養(yǎng)的發(fā)展和物理知識(shí)體系的構(gòu)建。

1.三段演繹法

三段演繹法，指的是由一個(gè)共同概念聯(lián)系著的兩個(gè)性質(zhì)判斷作為前提，推出另一個(gè)性質(zhì)作為結(jié)論的推理方法。它包括大前提、小前提和結(jié)論，邏輯結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、清晰。在初中物理教學(xué)中，三段演繹法多用于講解牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理、動(dòng)量守恒等課程內(nèi)容［4］。教師需要從具體的物理現(xiàn)象和結(jié)論出發(fā)，逐步推導(dǎo)出一般性原理，使學(xué)生能夠深入理解物理概念的本質(zhì)，提高科學(xué)推理能力。

以北師大版物理八年級(jí)上冊(cè)的“物態(tài)及其變化”的教學(xué)為例，教師可運(yùn)用三段演繹法，向?qū)W生闡述熔化與凝固、汽化與液化、升華與凝華三對(duì)物態(tài)變化現(xiàn)象的物理學(xué)原理。學(xué)生需要抓住物態(tài)變化的關(guān)鍵詞——溫度，將其作為演繹推理的核心概念。

示例：把0℃的冰放入0℃的水中，周圍氣溫為0℃。經(jīng)過一段時(shí)間后，冰和水的質(zhì)量都不會(huì)發(fā)生變化。

三段演繹法如下，（1）大前提：熱傳遞需要溫度差。（2）小前提：冰和水的溫度均為0℃，且周圍氣溫也是0℃。（3）結(jié)論：兩者之間不存在溫度差，不會(huì)發(fā)生熱傳遞，冰無法吸收熱量熔化，水也無法釋放熱量凝固，因此冰和水的質(zhì)量都不會(huì)發(fā)生變化。

在初中物理課堂上，教師可以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用三段演繹推理法，篩選示例中的大前提、小前提，并根據(jù)已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)出結(jié)論。在運(yùn)用三段演繹法進(jìn)行科學(xué)推理時(shí)，學(xué)生需要明確大前提和小前提之間的關(guān)系，確保推導(dǎo)出的結(jié)論符合一般性原則。

2.連鎖推導(dǎo)法

連鎖推導(dǎo)法，也被稱為“連鎖三段論”，是復(fù)合推理的簡(jiǎn)略形式，可分為前進(jìn)的連鎖推理和后退的連鎖推理。前進(jìn)的連鎖推理，其基本結(jié)構(gòu)為“D是E，C是D，B是C，A是B，所以A是E”。在此形式中，省略了兩個(gè)中間結(jié)論“C是E”和“B是E”。后退的連鎖推理，其基本結(jié)構(gòu)為“A是B，B是C，C是D，D是E，所以A是E”。在此形式中，“A是C”和“A是D”被省略。

連鎖推導(dǎo)法強(qiáng)調(diào)，上一個(gè)推理的結(jié)論是下一個(gè)推理的原因，從已推出的結(jié)論中還可以再推出新的結(jié)論。以北師大版物理八年級(jí)上冊(cè)的“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)為例，教師可運(yùn)用連鎖推導(dǎo)法，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)推理命題的因果關(guān)系的認(rèn)知能力。

示例1：天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船與天和核心艙在對(duì)接時(shí)，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船相對(duì)于天和核心艙是靜止的，而相對(duì)于地球是運(yùn)動(dòng)的，可見物體的運(yùn)動(dòng)和靜止是相對(duì)的。

示例2：在100米游泳比賽中，觀眾通過比較選手完成相同路程所用的時(shí)間來判斷速度快慢，若某運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)?yōu)?分20秒，則該運(yùn)動(dòng)員的平均游泳速度為1.25 m/s，合4.5 km/h。

在對(duì)上述示例進(jìn)行連鎖推導(dǎo)時(shí)，學(xué)生需要運(yùn)用“參照物”和“運(yùn)動(dòng)和靜止的相對(duì)性”等核心概念，明確每個(gè)命題之間的因果關(guān)系。例如，在飛船和核心艙對(duì)接時(shí)，二者形成一個(gè)整體，因此它們之間是相對(duì)靜止的，而這個(gè)整體相對(duì)于地球則處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。其中隱含的推理?xiàng)l件是：參照物不同，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也不同。無論是三段演繹法還是連鎖推導(dǎo)法，均有助于學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中提升科學(xué)推理能力和科學(xué)思維水平。

（二）基于歸納推理，優(yōu)化思維品質(zhì)

在初中物理教學(xué)中，演繹推理、歸納推理與類比推理是常見的三種邏輯推理形式，三者具有明顯的區(qū)別［5］。與演繹推理不同，歸納推理要求學(xué)生具備一定的抽象、概括和提煉能力，因此有助于抽象邏輯思維能力的快速發(fā)展。歸納推理可以分為完全歸納推理和不完全歸納推理兩種情形，這主要取決于推理對(duì)象的覆蓋范圍和應(yīng)用場(chǎng)景。學(xué)生在歸納推理時(shí)，需要注重驗(yàn)證結(jié)論的嚴(yán)謹(jǐn)性、準(zhǔn)確性和合理性，這對(duì)培養(yǎng)科學(xué)思維具有重要意義。在初中物理課堂上，物理實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驗(yàn)閷W(xué)生開展歸納推理提供良好的實(shí)踐平臺(tái)。

以北師大版物理八年級(jí)上冊(cè)的“聲現(xiàn)象”的教學(xué)為例，教師可借助以下三個(gè)物理實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練學(xué)生的歸納推理能力。

實(shí)驗(yàn)一：探究聲音的產(chǎn)生條件。（1）音叉實(shí)驗(yàn)：將乒乓球放置于音叉旁，當(dāng)音叉振動(dòng)時(shí)，乒乓球隨之彈起。該實(shí)驗(yàn)運(yùn)用轉(zhuǎn)換法，將音叉的微小振動(dòng)轉(zhuǎn)化為乒乓球的可見彈跳，直觀展示聲音的產(chǎn)生條件。（2）鼓面實(shí)驗(yàn)：將碎紙屑或玉米粒撒在鼓面上，輕輕敲擊鼓面，碎紙屑或玉米粒在鼓面上跳動(dòng)，說明鼓面在振動(dòng)。

歸納推理：聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的，振動(dòng)停止時(shí)，發(fā)聲也停止。

實(shí)驗(yàn)二：探究聲音在真空中是否能傳播。將一個(gè)正在響鈴的鬧鐘放入玻璃鐘罩內(nèi)，逐漸抽出鐘罩內(nèi)的空氣，聽到的鈴聲明顯減小。隨后打開閥門，讓空氣重新進(jìn)入鐘罩，鈴聲逐漸變大。

歸納推理：真空不能傳聲，聲音的傳播需要介質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)三：探究音調(diào)與物體振動(dòng)快慢的關(guān)系。將鋼尺的一端緊緊壓在桌面上，另一端伸出桌面，撥動(dòng)鋼尺使之振動(dòng)，觀察振動(dòng)的快慢，聽音調(diào)的高低。改變鋼尺伸出桌面的長(zhǎng)度，保持振動(dòng)幅度基本一致，繼續(xù)觀察振動(dòng)快慢和音調(diào)變化。

歸納推理：鋼尺伸出桌面越長(zhǎng)，振動(dòng)的頻率越小，發(fā)聲的音調(diào)越低。

在上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需要結(jié)合聲音產(chǎn)生的原理、聲音傳播的特點(diǎn)、聲音的特性等知識(shí)點(diǎn)，運(yùn)用歸納推理方法，將觀察到的現(xiàn)象加以概括、提煉和抽象，從而得出科學(xué)結(jié)論。學(xué)生需要詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，進(jìn)行完全歸納推理或者不完全歸納推理，以形成邏輯結(jié)構(gòu)相對(duì)完整的結(jié)論。在物理課堂上，學(xué)生需要理解、掌握、運(yùn)用歸納推理的一般形式和方法，將其作為思考、探究、解決復(fù)雜問題的工具。教師可以根據(jù)學(xué)生在歸納推理過程中的表現(xiàn)，評(píng)估其科學(xué)思維品質(zhì)。

（三）基于類比推理，完善思維樣態(tài)

類比推理是一種直觀、形象、具體的推理方式，常用于引導(dǎo)學(xué)生挖掘知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，即“相似性”。根據(jù)兩個(gè)物理對(duì)象在某些方面的相同或者相似屬性，學(xué)生能夠推導(dǎo)出在其他屬性方面的相似性特征。與演繹推理、歸納推理不同，類比推理更側(cè)重于從特殊到特殊的思維過程，所以教師需要引導(dǎo)學(xué)生借助觀察、比較等方法，運(yùn)用完全類推或者不完全類推的方式得出結(jié)論。

以北師大版物理八年級(jí)上冊(cè)的“光現(xiàn)象”的教學(xué)為例，教師在引領(lǐng)學(xué)生研究光的傳播規(guī)律時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生類比日全食、月全食兩種天文現(xiàn)象。

示例1：北京時(shí)間2024年4月9日凌晨，全球唯一一次日全食在北美洲上演。當(dāng)我們位于圖1中的什么區(qū)域內(nèi)，就能看到日全食現(xiàn)象？

圖1 日全食

示例2：北京時(shí)間2024年1月20日，發(fā)生月全食現(xiàn)象。月全食是一種自然現(xiàn)象，其本質(zhì)是地球遮擋了太陽射向月球的光線，使得月球部分或完全處于地球的影子中。月全食是理解天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律、分析地球大氣層特性的重要媒介。當(dāng)我們位于圖2中的什么區(qū)域內(nèi)，就能看到月全食現(xiàn)象？

圖2 月全食

通過類比日全食、月全食現(xiàn)象，學(xué)生能夠深入理解“光沿著直線傳播”這一物理規(guī)律。學(xué)生運(yùn)用類比推理，能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題之后，專注于尋找兩種現(xiàn)象或概念之間的相似之處，逐步提升分析能力與解決問題的能力。

（四）活用控制變量，鞏固推理能力

在初中物理課堂上，控制變量法是學(xué)生掌握科學(xué)推理能力的主要標(biāo)志之一。作為一種物理實(shí)驗(yàn)中常用的推理方法，控制變量法在學(xué)生建構(gòu)概念、探究規(guī)律時(shí)起著重要作用。通過活用控制變量法，學(xué)生可以在物理學(xué)習(xí)中鞏固推理能力，建構(gòu)全面的物理學(xué)知識(shí)體系。

以北師大版物理八年級(jí)下冊(cè)的“運(yùn)動(dòng)和力”的教學(xué)為例。牛頓第一定理，也被稱為慣性定律，揭示了物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與外力之間的關(guān)系，即如果不受外力作用，物體將保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。教師可以組織學(xué)生開展牛頓第一定律的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生理解控制變量法。在實(shí)驗(yàn)中，每次都將小車從相同高度釋放，以確保小車到達(dá)水平面時(shí)的初速度相同，減少變量干擾。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師可提出以下問題引導(dǎo)學(xué)生深度思考：

正在彎道勻速滑行的滑冰運(yùn)動(dòng)員，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否發(fā)生了改變？

靜止在水平地面上的大石塊被小石塊水平撞擊后，小石塊反彈，大石塊開始運(yùn)動(dòng)，然后逐漸停下來。大石塊最終停下來的原因是什么？

豎直向上拋出的小球達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)是否處于平衡狀態(tài)？若小球達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)所受外力全部消失，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)如何變化？斜向上拋出的小球在最高點(diǎn)是否處于平衡狀態(tài)？若小球達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)所受外力全部消失，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)又會(huì)如何變化？

在驗(yàn)證牛頓第一定律的過程中，學(xué)生不僅需要運(yùn)用控制變量法，還需要運(yùn)用理想實(shí)驗(yàn)法和轉(zhuǎn)換法。上述拓展性問題，能引發(fā)學(xué)生的深度思考，有利于他們把握控制變量法的本質(zhì)與精髓，發(fā)展假設(shè)演繹推理能力。教師在教學(xué)過程中需引導(dǎo)學(xué)生尋找影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的核心變量，如初始速度、摩擦阻力等，讓他們?cè)趯?shí)踐中探究力學(xué)規(guī)律，熟練掌握控制變量法，鞏固科學(xué)推理能力。

結(jié)語

綜上所述，科學(xué)推理是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，與科學(xué)思維、科學(xué)探究等素養(yǎng)密切相關(guān)。針對(duì)初中生在科學(xué)推理方面的特點(diǎn)，教師應(yīng)著力彌補(bǔ)學(xué)生在推理方法應(yīng)用上的不足。通過演示三段演繹法、連鎖推導(dǎo)法等演繹推理方法，教師可以有效提升學(xué)生的思維質(zhì)量。同時(shí)，歸納推理的運(yùn)用能夠優(yōu)化學(xué)生的思維模式，培養(yǎng)其批判性思維。教師可利用類比推理，引領(lǐng)學(xué)生在完善思維樣態(tài)的基礎(chǔ)上，提高概念建構(gòu)和規(guī)律應(yīng)用能力。此外，控制變量法的靈活應(yīng)用有助于鞏固學(xué)生的科學(xué)推理能力，進(jìn)一步推動(dòng)他們?cè)谖锢韺W(xué)科中的全面發(fā)展。

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