“顯化”邏輯思維方法教育之我見

王德雨++馮杰

摘 要：邏輯思維方法作為重要的物理科學(xué)方法，對定性分析物理問題起到關(guān)鍵作用。然而，在實(shí)際教學(xué)中，關(guān)于思維方法的教育并沒有得到重視。要充分利用物理學(xué)史對邏輯思維方法教育進(jìn)行“顯處理”。本文以《萬有引力》一節(jié)的教學(xué)為例，讓學(xué)生學(xué)習(xí)掌握類比推理的思維方法，提高學(xué)生的思維能力。

關(guān)鍵詞：萬有引力；邏輯思維方法；物理學(xué)史；類比法

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）5-0013-2

思維是創(chuàng)新能力的核心動力與源泉，教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的思維能力顯得尤為關(guān)鍵，特別是在物理課堂中開展有關(guān)邏輯思維方法的教學(xué)，可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的科學(xué)探究的能力，為學(xué)生的終生學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。邏輯思維方法作為重要的物理科學(xué)方法，在實(shí)際教學(xué)中，最有效的教學(xué)方式就是實(shí)施“知法并行”，即以知識為載體，在給學(xué)生講授物理知識的同時(shí)，將知識背后所蘊(yùn)含的“科學(xué)方法”告訴學(xué)生，特別是含有邏輯思維方法的物理相關(guān)知識。要充分利用知識的講解來進(jìn)行思維方法教育，讓學(xué)生既學(xué)習(xí)到了知識，又掌握了邏輯思維方法，進(jìn)而更好地鍛煉思維能力。

1 邏輯思維方法的重要性體現(xiàn)

物理科學(xué)方法的種類繁多，可分為兩種類型：定性分析（qualitative analysis）和定量描述（quantitative description）兩大類方法。定性方法指的是運(yùn)用思維來分析，即邏輯思維方法，而定量方法是用數(shù)學(xué)的方式去描述。其中，邏輯思維方法主要包括：分析與綜合、比較與分類、歸納與演繹、理想化方法、類比法還有假說法等，[1]它對物理學(xué)的發(fā)展起到的作用“功不可沒”。比如，近代偉大的物理學(xué)家伽利略運(yùn)用實(shí)驗(yàn)與邏輯思維推理相結(jié)合的科學(xué)方法，推翻了古希臘哲學(xué)家亞里士多德有關(guān)力與運(yùn)動關(guān)系的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，開辟了物理學(xué)的“新篇章”；牛頓力學(xué)的建立是通過綜合、歸納開普勒三定律和落體實(shí)驗(yàn)的思維過程得來的。

但是，在物理學(xué)中，兩類方法相比較而言，定性方法似乎顯得更重要些。定性分析往往是定量描述的前提，思維的方法詮釋物理意義的存在，而數(shù)學(xué)的方法是對物理意義的量化表達(dá)。比如，在牛頓三大定律中，第一定律對力和運(yùn)動做了定性分析，在此基礎(chǔ)上，第二定律F=m·a才得以對力與質(zhì)量、加速度之間的關(guān)系做出定量描述。再如，熱學(xué)中，有關(guān)負(fù)絕對溫度這一難點(diǎn)內(nèi)容，很容易從宏、微觀熱力學(xué)相關(guān)數(shù)學(xué)表達(dá)式中推導(dǎo)出它的存在，倘若形象地理解負(fù)絕對溫度所表征的物理狀態(tài)含義，仍需通過實(shí)驗(yàn)去定性分析。[2]

2 《萬有引力》教學(xué)中實(shí)施方法教育的不足剖析

上述描述闡明了邏輯思維的重要性以及培養(yǎng)學(xué)生思維能力的必要性，但從實(shí)際的物理教學(xué)情況來看，有關(guān)邏輯思維方法的教學(xué)情況值得商榷，主要體現(xiàn)在：教學(xué)中教師過多地注重將物理知識的“來龍去脈”以定量化的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，即定量式教學(xué)，將物理教學(xué)“數(shù)學(xué)化”，并沒有發(fā)揚(yáng)物理教學(xué)的本質(zhì)，即“理性思維”的教育。

若再看相關(guān)物理教材的編寫方式，似乎也存在欠妥之處，筆者結(jié)合上海市部分重點(diǎn)高中所用的物理教材，華東師大版高中物理拓展型課程Ⅰ（第二冊），以第15章中《萬有引力》一節(jié)為例，對教材中不妥的地方加以淺析。

教材對萬有引力定律的建立過程，尤其是牛頓所采用的解決問題的基本思路、基本方法都做了較為詳盡的介紹，尤其是牛頓在推導(dǎo)引力定律時(shí)所運(yùn)用的數(shù)學(xué)方法，達(dá)到了現(xiàn)行教學(xué)中“知法并行”的要求。可若再細(xì)斟酌一番，不難發(fā)現(xiàn)有關(guān)科學(xué)方法教育的程度似乎還是不夠。通篇有關(guān)方法的教育以“牛頓憑借堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)功底和堅(jiān)忍不拔的精神”一句話為開端，以公式F∝■（吸引力與兩中心距離的平方成反比）開始，再結(jié)合牛頓第二定律，在地球上加速度不變的前提下，根據(jù)力與質(zhì)量成正比，以及力的相互作用觀點(diǎn)，得到F∝■，再到后來的F=■。以定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式的由來為線索介紹牛頓對萬有引力的研究，定量地書寫筆墨頗多。相比較而言，有關(guān)牛頓對萬有引力普適性的定性研究顯得“輕描淡寫”，只是以“從1684年到1685年，牛頓在劍橋作一系列名為‘論天體運(yùn)動的學(xué)術(shù)講座，多次論述了引力定律的普遍性”簡短的一句話，得出結(jié)論：天上的、地上的物體，都無一例外地遵守萬有引力定律，顯然把定性的研究方法“隱藏”了起來。[3]

3 教學(xué)中“顯化”類比思維方法教育的實(shí)施策略

為提升《萬有引力》一節(jié)中科學(xué)方法教育的效果，應(yīng)以物理學(xué)史為“資料”對邏輯方法進(jìn)行“顯化”教學(xué)。也就是說，在給學(xué)生講解萬有引力這一節(jié)知識的時(shí)候，除了以數(shù)學(xué)方法對定律加以推導(dǎo)，還要通過物理學(xué)史來講述牛頓對萬有引力普適性的定性研究，從而讓學(xué)生對類比的思維方法加以了解、學(xué)習(xí)，更好地鍛煉其邏輯思維能力。

牛頓早期在研究天文學(xué)時(shí)就曾對引力問題有過思考。但一開始并沒有意識到引力的普適性，只是從開普勒三定律中推導(dǎo)出了力與距離的平方成反比關(guān)系。后來，與胡克的多次通信，給了他重要的提示。胡克正確地論述了圓周運(yùn)動，并建立了完整的概念。后來牛頓又采用了惠更斯的向心力概念，經(jīng)過自己長時(shí)間的思考，運(yùn)用類比的邏輯思維方法，比較了拋體運(yùn)動和星體運(yùn)動：在地球上做拋體運(yùn)動的物體，由于受到重力（向心力）的作用會做曲線運(yùn)動，最終落在地面上；投擲的速度越大，它在落地前走的距離越遠(yuǎn)；于是，可以假設(shè)，若投擲初速度足夠大，物體最后就會進(jìn)入空間，超越地球的限制，成為星體運(yùn)動（圖1為牛頓拋體運(yùn)動圖）。

類比推理分析可知，行星之所以能夠保持以某一軌道運(yùn)行，是因?yàn)槭艿搅讼蛐牧Φ淖饔?，而提供向心力的正是星體間的吸引力。至此，牛頓通過類比推理思維方法闡述了萬有引力普適性的思想，把天上的力學(xué)和地上的力學(xué)統(tǒng)一在一起，最終形成了以三大運(yùn)動定律為基礎(chǔ)的力學(xué)體系。[4]（教學(xué)中 “顯化”類比思維方法教育的實(shí)施策略如圖2）

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圖2 “顯化”類比思維方法教育的策略

總之，對于方法的學(xué)習(xí)要選合適的方式“顯化”，若直接將方法灌輸給學(xué)生，效果往往“背道而馳”。而選擇物理學(xué)史這一有力材料，可以在歷史知識的背景下讓學(xué)生感興趣、潛移默化地“吸收”科學(xué)方法教育的養(yǎng)料。同時(shí)，在有關(guān)邏輯思維方法的教育中，需要特別指出的是，一切思維過程、思維方法，無論它多么復(fù)雜，都是概念、判斷、推理這三種思維形式的具體運(yùn)用，其中，概念是最簡單的一種思維形式。因此，物理概念對于邏輯思維方法的學(xué)習(xí)起到了支撐作用，比如，牛頓是在深刻理解圓周運(yùn)動和向心力概念的基礎(chǔ)上，才得以采用類比的思維方法對引力本質(zhì)屬性加以定性研究。所以，在實(shí)際課堂中，教師要重視有關(guān)物理概念的教學(xué)，為培養(yǎng)學(xué)生的思維能力夯實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張憲魁.物理科學(xué)方法教育的研究與反思（續(xù)）[J].物理教師，2011，（5）：4.

[2]王德雨，張見萌，馮杰，等.負(fù)絕對溫度及其物理意義之探討——基于S-U曲線和“光放大”過程的討論[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2014，（10）：51.

[3]張?jiān)?，徐在?高中物理拓展型課程Ⅰ第二冊（試用本）[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2008.

[4]郭奕玲，沈慧君.物理學(xué)史（第2版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.（欄目編輯 趙保鋼）