論邏輯學在高中物理習題教學中的作用

侯恕+翟爽+王雙維

摘 ? 要：本文從實際高考試題的邏輯學分析著手，從邏輯學可以有助于深化理解物理概念和規(guī)律，培養(yǎng)嚴謹?shù)倪壿嬎季S能力，幫助分析學生物理學習障礙三個角度闡述了邏輯學在物理習題教學中的重要作用。

關鍵詞：邏輯關系;思維能力;高考試題

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ?文章編號：1003-6148（2015）1-0045-3

邏輯學與教學關系的研究是歐美國家哲學研究的新興熱門問題之一。邏輯學是合理思維的工具，它能使人在思維過程中概念準確、判斷恰當、推理合乎邏輯;使人更準確，更嚴密地表達思想，反駁謬誤。隨著教育及課程改革的不斷深化，素質教育要求以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力為重點，“高分”不再是教學的唯一目標。學生良好的思維能力、思維習慣以及思維方法的培養(yǎng)成為教學的重點目標之一，這無疑對一線教師提出了更高的要求。高中階段是學生的形象思維向抽象思維轉化的重要階段，是邏輯思維發(fā)展的關鍵時期。要有效地培養(yǎng)學生的邏輯思維能力，教師必須有系統(tǒng)的邏輯學理論知識和實踐能力。本文從實際高考試題的邏輯學分析著手，從習題教學的視角分析邏輯學在教學中的重要作用。

1 ? ?邏輯學幫助深化物理概念和規(guī)律

通過習題教學能夠幫助學生牢固地掌握物理概念，深刻地理解物理規(guī)律。但是，很多時候，學生看似理解了所學的物理內(nèi)容，習題中也能夠準確地給出答案。但是，對物理知識的理解未必真的到了實質。而從邏輯學視角分析問題的時候，會有新的體會思考。如下例所示：

例1 ?（2014年高考北京卷13題） ?下列說法中正確的是（ ? ?）

A.物體溫度降低，其分子熱運動的平均動能增大

B.物體溫度升高，其分子熱運動的平均動能增大

C.物體溫度降低，其內(nèi)能一定增大

D.物體溫度不變，其內(nèi)能一定不變

第一步：

根據(jù)熱力學第一定律：溫度是分子平均動能的標志。

溫度升高，分子熱運動的平均動能增大。

溫度升高 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?溫度降低

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分子熱運動的平均 ? ? 分子熱運動的平均

動能增大 ? ? ? ? ? ? ? 動能減小

（充要條件假言推理）A項錯誤;B項正確。

第二步：

物體的內(nèi)能包括所有分子的動能和勢能之和。

物體內(nèi)能增大，要么分子動能總和增大（溫度升高），要么分子間勢能增大溫度降低。

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結論：若分子間勢能的增量大于分子動能總和的減少量，分子內(nèi)能增加;

若分子間勢能的增量小于分子動能總和的減少量，分子內(nèi)能減少;

若分子間勢能的增量等于分子動能總和的減少量，分子內(nèi)能不變。

（相容選言推理否定肯定式，兩個選言肢均未被排除，結論為選言判斷） C、D選項錯誤。

分析 ?乍一看本題，A、B選項像是假言判斷，實則為假言推理。假言判斷與假言推理看似無大的差異，但是，對物理知識的理解卻大相徑庭。假言判斷中，前件與后件是因果關系，前件的真導致后件真。假言推理則是推理導出的含義。溫度變化與分子平均動能的變化構不成因果關系，溫度升高只是分子平均動能的外在表現(xiàn)形式。作為高考題本題選項并未采用“當且僅當……則……”或“若……則”的形式來表述，極其嚴密。因此，從邏輯學角度重新審視物理知識的時候，會使認識更為透徹、深刻、嚴謹。

2 ? ?以邏輯學為基礎，合理命題以培養(yǎng)嚴謹?shù)倪壿嬎季S能力

物理習題教學擔任著培養(yǎng)學生邏輯推理能力的重要任務。學生學習的過程中，在學生對物理概念和規(guī)律掌握到一定程度以后，可以通過對一些推理性較強的習題的練習，來充分訓練學生的邏輯思維能力和推理能力。此時，習題要有深度，要求推理過程復雜，脈絡多樣，如此才能更好地培養(yǎng)學生能力，使其思維更加縝密、靈活。如下例所示：

例2 ?（2014高考天津卷4題） 如圖1所示，平行金屬板A、B水平正對放置，分別帶等量異號電荷。一帶電微粒水平射入板間，在重力和電場力共同作用下運動，軌跡如圖1中的虛線所示，那么（ ? ?）

圖1 ?帶電粒子運行軌跡圖

A.若微粒帶正電荷，則A板一定帶正電荷

B.微粒從M點運動到N點電勢能一定增加

C.微粒從M點運動到N點動能一定增加

D.微粒從M點運動到N點機械能一定增加

第一步：

類平拋運動的物體動能增加，因為類平拋運動在水平方向勻速，在豎直方向做初速度為零的勻加速運動。

微粒在極板間做類平拋運動。

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結論：微粒從M點運動到N點動能一定增加（帶證式直言三段論推理，肯定前件式）。

C正確。

第二步：

根據(jù)能量守恒定律：微粒的重力勢能、電勢能、動能三者之和不變。動能是增加的，要么重力勢能減少，要么電勢能減少。

重力勢能減少。

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結論：如果重力勢能的減少量小于動能的增加量，電勢能減少。

如果重力勢能的減少量大于動能的增加量，電勢能增加。

（相容選言推理否定肯定式，兩個選言肢均未被排除，結論為選言判斷） D選項錯誤。

第三步：

電勢能增加，電場力做負功。（充要條件假言判斷）

電勢能無法判斷，因此，電場力做功無從判斷。A、B選項錯誤。

以上實例的推理過程較為復雜，脈絡并不十分簡單。這就要求學生能夠找到合理的著手點，結合扎實的物理知識，以正確的思維方式進行推理。類似的習題編制有很多，但教師們在出題時未必考慮了相應的邏輯學知識，如果能夠以邏輯學為理論基礎來指導實踐，定能有意想不到的收獲。

3 ? ?分析學生物理學習障礙中的邏輯學問題，并采取合理的教學策略

通過習題教學和練習，教師可以隨時得到學生學習情況的反饋信息，借以調(diào)整教學內(nèi)容、方法和進程。在習題訓練過程中，學生在運用知識解決實際問題的時候，難以把高度概括性和抽象性的物理知識與邏輯思維相聯(lián)系。對于物理習題教學中的易錯題，教師需從邏輯學角度系統(tǒng)科學地分析學生的邏輯思維障礙，對癥下藥，這樣才能更好地幫助學生解決問題，同時培養(yǎng)學生的抽象邏輯思維能力和辯證邏輯思維能力。

例3 ?（2014高考海南卷9題） 如圖2（a），直線MN表示某電場中一條電場線，a、b是線上的兩點。將一帶負電荷的粒子從a點處由靜止釋放，粒子從a運動到b過程中的v-t圖線如圖2（b）所示。設a、b兩點的電勢分別為φa、φb，場強大小分別為Ea、Eb，粒子在a、b兩點的電勢能分別為Wa、Wb，不計重力，則有（ ? ?）

（a）某電場中一條電場線 ? ? ? ?（b）粒子運動v-t圖

圖2

A.φa>φb

B.Ea>Eb

C.Ea<Eb

D.Wa>Wb

第一步：

由牛頓第二定律F=ma知，物體合外力與加速度成正比，若加速度減小，則合外力減小。

從a到b的過程中，加速度減小。

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結論：從a到b的過程中，粒子所受合外力減?。ǔ湟獥l件假言推理，肯定前件式）。

第二步：

由電場強度定義E=F/q知，若電場力減小，則場強減小。

從a到b的過程中電場力減小，因為粒子只受到電場力的作用。（帶證式前件）

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結論：從a到b的過程中，電場強度減小（充要條件假言推理，肯定前件式）。

第三步：

由能量守恒定律可知：粒子電勢能與動能之和不變。

粒子動能增大則電勢能減小。

粒子動能增大，因為粒子速度在增大（帶證式前件）。

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結論：粒子電勢能減?。ǔ湟獥l件假言判斷，肯定前件式）。

第四步：

沿著電場線方向，電勢逐漸降低。

受力方向由a指向b。

正電荷受力方向沿著電場線方向。

分析 ?本題之前三步邏輯推理對于學生來說并不難，但是第四步中，一些學生由于錯誤地使用了同一律的思維規(guī)律，潛意識地把粒子當做正電荷，因此得出了錯誤結論。找出了學生的邏輯思維障礙以后，教師就要注意強調(diào)，在靜電場部分知識的學習的時候，要時刻注意粒子電性的正負，不能隨便就把粒子當做帶正電荷處理。

4 ? ?總 ? 結

本文從三個角度闡述了邏輯學在物理習題教學中的重要作用，望能夠引起廣大同行的注意。沒有邏輯學作為基礎固然也可以做一名物理教師，學生的邏輯思維能力亦可得到提高。但是，如果有邏輯學作為指導實踐的基礎，相信一定能夠更好地培養(yǎng)人才。

（欄目編輯 ?陳 ?潔）