推理法在高中物理解題中的應用

梁國炎

【摘 要】本文闡明物理推理法的特征和思維過程，以例講解歸納推理、演繹推理和類比推理在高中物理學習中的應用，以培養(yǎng)推理能力和解題能力。

【關鍵詞】高中物理 推理法 解題應用

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）06B-0109-02

在高中物理的學習過程當中，推理能力是非常重要的，這主要體現(xiàn)在對物理重點和難點的理解能力上，也體現(xiàn)在解題方向的預測能力上。推理能力較好的學生更容易地掌握物理解題的基本方法和規(guī)律，做題效率和正確率更高。然而現(xiàn)在的高中課堂教學當中對學生的物理解題思維的培養(yǎng)不充分，使得學生在解題時無法在短時間內找到有效的解題方法，在解題的過程中出現(xiàn)阻礙。因此，讓學生學會用有效的推理法應對高中物理問題，培養(yǎng)學生的推理思維能力很有必要。

一、物理推理法的特征和思維過程

物理推理法的特征主要包括四個方面。一是模式化。在模式統(tǒng)一的情況下，可以更好地區(qū)分事物之間的異同。學生在模式化的基礎上進行物理分析自然會事半功倍。二是等級遞進。物理當中的推理法是由淺入深，逐步遞進，以基礎知識和理論為基礎，向多方向推進。很多物理題都可以通過多種解題方法來獲得結果，推理法有一定的靈活性。三是實驗性。得到結論之后，需要通過實驗驗證的方式來確定物理推理是否正確。

物理的思維方式大致有四個階段。一是分析階段。分析一些感到疑惑的問題，為后期的物理解題過程提供全面的推理條件。如學習高中物理《曲線運動》章節(jié)時，需要對平拋運動進行實驗測量。但是在實際操作過程中，可能會出現(xiàn)實驗結果與預測不相符的情況，例如頂端傾斜，這時候就需要進行分析、推理，找出矛盾的關鍵點。二是信息整合階段。根據(jù)題目信息，將有用的物理信息與對應的知識點進行整合。三是對不同題目進行對比分析階段。這種對比分析考驗學生的知識辨別能力，要求學生從物理問題的本質特征出發(fā)，找出差異，進行比較，在腦海當中形成物理概念與思路。四是總結階段。經(jīng)過信息整合、差異類比之后，需要對物理題目進行總結。這個階段考驗學生對知識點進行分類的能力。例如在高中力學的學習過程中，需要對重力、牽引力、彈力、摩擦力等進行性質分類。這個分類實際上是在理解物理概念基礎之上的，要不就找不到分類標準?？梢姡瑢W生只有掌握了物理推理法的基本特征和思維過程，才能夠在解題中更加靈活地運用推理法。

二、物理推理法在解題中的應用

在高中物理解題過程中，一般運用的推理法有三種，分別是歸納推理、演繹推理和類比推理。

（一）歸納推理

歸納推理是通過事物外在表現(xiàn)出來的特征，對內在的屬性進行歸納匯總得出結論。下面以例說明。

〖例 1〗下列情況中的物體運動情況可以被當成質點的是（ ）

A.研究直升機螺旋槳在空中的轉動情況

B.研究百米賽跑運動員起跑動作變化

C.觀測正在運行軌道上調整姿勢的衛(wèi)星運動情況

D.研究從上海開往南通的火車的運動快慢情況

要想解答這道選擇題，教師需要讓學生明白物體在什么情況下運動才可以被當作質點，然后由此歸納推理出質點的特征，并對具體的現(xiàn)象進行判斷。

首先需要了解質點的概念，在物體的大小和形狀不起作用，或者所起的作用并不顯著而可以忽略不計時，可以近似地把該物體看作是一個具有質量大小和形狀可以忽略不計的理想物體—— 質點。再根據(jù)質點的概念去分析 ABCD 四種現(xiàn)象當中哪種情況能夠被當成質點。在 A 選項直升機螺旋槳在空中的轉動情況是跟直升機螺旋槳的大小等外在特征有關的，因此它的形狀不能夠忽略不計。而 B 選項的運動員起跑動作和 C 選項的衛(wèi)星姿勢調整和 A 都屬于一個類型，即都是自身形狀變化不能夠被忽略不計，因此都不能當作質點。故正確的選項是 D。最后通過各個選項進行歸納推理，將從該題目得到的啟發(fā)，學會從特殊向一般轉化推理，得出結論：凡是研究的運動情況屬于該物體的功能或者外在特征時，就不能夠當作質點。

（二）演繹推理

演繹推理簡單地說是學生通過分析已知的部分，推理出未知部分的思維方式，這是學生在物理試題解題過程當中經(jīng)常使用的方法，通常以“如果……那么……”的形式呈現(xiàn)。例如，分析物體在力的作用下運動，即在力 F 的推動下物體發(fā)生了位移，假設這個位移的大小為 l ，那么力 F 對物體所做的功為 W=Fl。而在實際的解題過程當中，演繹推理需要結合大前提、小前提一起分析。例如：

某個同學將系有鋼珠的繩子晃蕩，使得珠子在平面上做曲線運動，為什么需要通過手來提供力使繩子運動？

在這道題目當中得知，鋼珠在平面上做曲線運動時，它的運動狀態(tài)是不斷改變著的。由此知道，大前提是“物體原先的運動狀態(tài)是通過力的方式來改變的”。小前提是“珠子在做曲線運動的時候，其運動狀態(tài)是變動的”。通過大小前提分析，得出結論“珠子在平面上做曲線運動時需要用手來提供力”。也就是說，在分析過程中，學生需要通過演繹推理當中的“如果……那么……”形式和大小前提的方式進行解答。

運用演繹推理也可以解決較難的題目。例如：

把魚放到一個密閉的容器當中，這個容器中的其他條件都適宜小魚生活時，小魚能夠懸浮在水中的任意位置?，F(xiàn)在把這個容器帶上太空，放在宇航員的軌道艙當中。當航天飛機進入規(guī)劃好的軌道正常飛行時，容器當中的小魚將（ ）

A.失去原有的平衡自由轉圈

B.漂浮在水面上

C.仍能夠懸浮在水中任意位置

D.將沉到容器底部

在這道題目當中，可以發(fā)現(xiàn)有很多前提條件，這些前提條件背后都是學生之前學過的知識，通過演繹推理，從已知推出未知，就能找到問題的答案。演繹推理的第一步需要尋找大前提，也就是一般性的原理。在這道題目當中，學生應該知道大前提：液體在完全失重的情況下，在容器內部是不產生壓強的。而在太空的環(huán)境當中，則又有一個小前提：容器在太空艙當中處于完全失重狀態(tài)。因此根據(jù)演繹推理的方法，從大前提和小前提推出結論：太空艙中的水不產生壓強。飛船進入正常運行軌道，水、魚所受的萬有引力完全提供向心力，處于完全失重狀態(tài)，水對魚也無浮力，而魚如果失去浮力，則會迷失方向轉圈，所以選 A。

（三）類比推理

類比推理是通過探究問題，并且根據(jù)其他同種類型問題的特征進行聯(lián)想的思維方法。在進行思考時特別注重比較的過程。例如教師提問：“電場強度的關鍵描述有哪些？”學生進行思考，在一個電場里電場強度與電荷的位置相關，與電荷受力情況無關。比如，由平行板間勻強電場中的電場強度 ，聯(lián)想到密度的定義式 。這種解題元素相似的、受力形式相似的題目就符合了類比推理的條件，即通過同種類型問題的特征進行聯(lián)想?；谶@個思考角度去理解問題，也就是說，運用類比推理法能比較容易地解決這些問題。在實際做題當中，運用類比推理法的情況更多。例如：

在一個直徑為 2R 的絕緣環(huán)上套有一質量為 m，并且?guī)е姾傻膶щ娭?，電場水平向右，珠子所受靜電力是其重力的四分之三，將珠子從環(huán)上最低位置 A 點釋放，則珠子所能獲得的最大動能 Ek 為多少？

在這道題目當中，珠子在運動過程當中受到三個力的作用，其中只有電場力和重力對珠子做功，其合力大小為 ，將力 F 與豎直方向的夾角設置為 θ，如圖所示：

至此，學生就可以按照類比推理的方式，以關于兩個事物某些屬性相同的判斷為前提，推出兩個事物的其他屬性。根據(jù)珠子在電場中的受力情況分析，可以發(fā)現(xiàn)這種受力方式與之前學過的單擺運動非常類似，運動當中的動能最大的地方是運行的最低點。學生通過類比推理法得出最大的動能為 ，再將題目當中的數(shù)據(jù)帶入，就可以完成解題。

總的來說，歸納、演繹與類比推理是高中物理解題中常見的三種思維方法，因此，教師要根據(jù)學生的實際情況，采取合適的思維引導手段，幫助學生運用推理法解決高中物理問題，提高學生的物理推理能力。

【參考文獻】

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[2]劉曉封.類比法在初中物理教學中的應用[J].考試周刊，2013（79）

[3]朱玉榮.探究新課改下高中物理高效課堂教學的構建策略[J].科學大眾（科學教育），2017（9）

[4]朱玉榮.探究新課改下高中物理高效課堂教學的構建策略[J].科學大眾（科學教育），2017（9）

（責編 盧建龍）