在物理教學(xué)中滲透科學(xué)推理能力的培養(yǎng)

摘?要：科學(xué)推理是一種重要的科學(xué)思維形式，是認(rèn)識客觀世界的重要工具.高中階段是發(fā)展學(xué)生“科學(xué)推理”能力的關(guān)鍵時期.在物理教學(xué)中加強(qiáng)對科學(xué)推理思維培養(yǎng)，有利于學(xué)生科學(xué)思維的全面發(fā)展，有助于實(shí)現(xiàn)知識的融會貫通.在實(shí)際教學(xué)中，可以通過知識的構(gòu)建、情景問題解決以及科學(xué)家對重大問題發(fā)現(xiàn)時的各種推理思維的滲透，以加強(qiáng)對學(xué)生科學(xué)推理能力的培養(yǎng).

關(guān)鍵詞：推理能力;物理教學(xué);培養(yǎng)途徑

文章編號：1008-4134（2019）21-0025?中圖分類號：G633.7?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

作者簡介：劉成剛（1966-），男，河南淅川人，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：中學(xué)物理學(xué)科教學(xué).

1?科學(xué)推理概述

科學(xué)推理是根據(jù)一個科學(xué)判斷或一些科學(xué)判斷得出另一個判斷的重要科學(xué)思維形式，是認(rèn)識客觀世界的重要工具，是進(jìn)行模型建構(gòu)、科學(xué)論證和科學(xué)探究的重要思維路徑.可以說，科學(xué)推理能力是理解物理概念、研究物理過程不可或缺的重要能力.加強(qiáng)科學(xué)推理教學(xué)，有助于學(xué)生科學(xué)思維的全面發(fā)展，有助于實(shí)現(xiàn)物理知識的融會貫通、舉一反三.

根據(jù)推理方式的不同，可將科學(xué)推理分為歸納推理、演繹推理和類比推理三種：歸納推理是由一些個別的、特殊的判斷推出一般的判斷的思維方式;演繹推理是由一般性的判斷推出個別性的判斷的推理，即從一般的原理、結(jié)論出發(fā)，導(dǎo)出新的結(jié)論的一種思維形式;類比推理是根據(jù)兩個（或兩類）對象在某些屬性上相似而推出它們在另一個屬性上也可能相似的一種推理形式[1].高中學(xué)生物理課中用得較多的是歸納推理、演繹推理.

2?發(fā)展科學(xué)推理能力的生理基礎(chǔ)

根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知階段發(fā)展理論，中學(xué)生正處在形式運(yùn)算階段，即已經(jīng)具備了進(jìn)行邏輯推理、歸納推理和演繹推理的生理心理基礎(chǔ)，能夠?qū)γ}做出富有創(chuàng)造性的反映.近幾年，國內(nèi)學(xué)者對我國不同年齡段的學(xué)生的推理能力進(jìn)行了較多的實(shí)證研究，進(jìn)一步證實(shí)了皮亞杰的認(rèn)知階段發(fā)展理論.例如，魏昕研究發(fā)現(xiàn)，從小學(xué)二年級到初中一年級，學(xué)生的推理能力無明顯差別，但從初一到高三，則呈顯著的上升趨勢[2].因此，中學(xué)階段是發(fā)展“科學(xué)推理”的關(guān)鍵時期，教學(xué)中要順應(yīng)這一思維發(fā)展的規(guī)律，加強(qiáng)物理學(xué)科推理思維教學(xué)，以利于學(xué)生科學(xué)思維能力的有效進(jìn)階.

3?在物理教學(xué)中對學(xué)生科學(xué)推理能力培養(yǎng)的途徑

3.1?在知識的構(gòu)建中滲透各種推理思維

在知識的構(gòu)建中，滲透各種推理能力的融合培養(yǎng)，有利于學(xué)生對學(xué)科知識的理解和概念規(guī)律的建構(gòu).

例如，“牛頓第三定律”的建立，在傳統(tǒng)的教學(xué)中，往往是通過幾個定性事實(shí)和兩個彈簧秤對拉的定量實(shí)驗(yàn)，就以偏概全地得出結(jié)論，這樣做不利于對學(xué)生歸納能力的培養(yǎng).教學(xué)中可以通過以下幾個過程，提高學(xué)生的推理能力：（1）提出問題：通過若干個定性事實(shí)（如坐在椅子上用力推桌子，會感到桌子也在推我們等）和定量實(shí)驗(yàn)（如兩個彈簧秤對拉），初步提出猜想：物體間的作用是相互的，作用力與反作用力大小相等，方向相反;（2）演繹：如果猜想是正確的，對不同物態(tài)、不同運(yùn)動狀態(tài)的相互作用力物體（如固體、液體和氣體之間，物體在加速、減速運(yùn)動的過程中）也應(yīng)該遵循同樣的規(guī)律;（3）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：如對浸在液體中的固體，受到了液體對它的浮力，必須通過實(shí)驗(yàn)證明它反作用于液體的力的存在，并且定量驗(yàn)證它們之間的相互作用的力滿足“大小相等，方向相反”;（4）理論分析：如對液體、對固體之間的相互作用力，還要通過理論分析它們是同種性質(zhì)的力，以解決實(shí)驗(yàn)所不能解決的問題;（5）實(shí)踐關(guān)聯(lián)：如學(xué)習(xí)“牛頓第三定律”的過程中，學(xué)生常常提出這樣的問題：“既然作用力與反作用力大小相等，方向相反，為什么馬拉車時，是馬把車向前拉，而不是車把馬向后拉？”.教師必須通過對類似這樣看似正確而實(shí)際錯誤的認(rèn)知做出合理的解釋，以保證歸納推理的可靠性.從而達(dá)到深化知識、培養(yǎng)推理能力的目的.

不難看出，物理學(xué)中概念和規(guī)律的建立多數(shù)都是運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)歸納和理性思維， 從中發(fā)現(xiàn)這些事物的共同特點(diǎn)，尋求其本質(zhì)特征，得出結(jié)論.

3.2?在情境問題的解決中滲透科學(xué)推理思維

在情境問題的解決中加強(qiáng)科學(xué)推理滲透，有助于強(qiáng)化物理知識與實(shí)踐情景的關(guān)聯(lián)，有助于物理觀念的形成和模型的建構(gòu).

例如，2018年全國Ⅰ卷第18題就是一道注重邏輯推理的好題，有助于功和能關(guān)系觀念的形成.問題情境如圖1所示，abc是豎直平面內(nèi)的光滑固定軌道，ab水平，長度為2R;bc是半徑為R的四分之一圓弧，與ab相切于b點(diǎn).一質(zhì)量為m的小球，始終受到與重力大小相等的水平外力的作用，自a點(diǎn)處從靜止開始向右運(yùn)動.重力加速度大小為g.小球從a點(diǎn)開始運(yùn)動到其軌跡最高點(diǎn)，機(jī)械能的增量為

A.2mgR?B.4mgR?C.5mgR?D.6mgR

解決本題的關(guān)鍵是對兩個運(yùn)動過程的邏輯推理，一是小球脫離軌道末端c到最高點(diǎn)這一過程：此過程可看成是水平方向的初速度為零加速度大小為g的勻加速運(yùn)動和豎直方向的豎直上拋運(yùn)動的合運(yùn)動，根據(jù)分運(yùn)動的等時性和豎直上拋運(yùn)動的對稱性及加速度大小都為g的特點(diǎn)，小球自c點(diǎn)上升到最高點(diǎn)的過程中，豎直分位移大小與水平分位移大小相等，最高點(diǎn)時，水平速度的大?。ㄒ布醋罡唿c(diǎn)的速度大?。┑扔诿撾x軌道末端c處瞬間速度的大小.二是小球在bc段運(yùn)動過程：這一過程中根據(jù)水平外力大小與重力大小相等，由動能定理可知，小球在b點(diǎn)和c點(diǎn)的動能相等.即b點(diǎn)速度大小與c速度大小相同.最后對比小球在ab段的運(yùn)動特點(diǎn)和小球脫離軌道后到最高點(diǎn)過程中的水平分運(yùn)動特點(diǎn)，不難發(fā)現(xiàn)，它們具有完全相同的運(yùn)動（初速度為零，加速度大小為g，末速度相同），因此脫離軌道末端c到最高點(diǎn)時的水平位移和a點(diǎn)到b點(diǎn)的位移相同，即為2R，從而研究出a點(diǎn)到軌跡最高點(diǎn)的水平距離為5R，水平外力做的功為5mgR，根據(jù)功能關(guān)系，小球機(jī)械能的增量5mgR，答案為C[3].

不難看出，推理的每一步都是以理論為依據(jù)，同時伴隨著邏輯思維的發(fā)生.在情境問題的解決中滲透科學(xué)推理思維，有助于實(shí)現(xiàn)物理知識的融會貫通、舉一反三.

3.3?滲透科學(xué)家對重大問題發(fā)現(xiàn)的推理過程

幾乎每一個物理定律背后，都蘊(yùn)含著對科學(xué)研究的思辨和推理過程.

例如，伽利略質(zhì)疑亞里士多德的落體學(xué)說和建立落體運(yùn)動的規(guī)律就是一個演繹推理的很好范例.他按照亞里士多德的 “重的物體比輕的物體下落快”的觀點(diǎn)，演繹出兩個互相矛盾的結(jié)論，從而確立了“重物與輕物落得一樣快”的論斷.他又從“落體運(yùn)動應(yīng)該是簡單的”認(rèn)識出發(fā)提出假設(shè)：速度應(yīng)該是均勻變化的，通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)演繹出x與t2成正比，解決了當(dāng)時測量速度的困難.他又從斜面上的小球運(yùn)動規(guī)律合理外推到豎直下落，建立了落體運(yùn)動的規(guī)律.顯示了他令人敬佩的演繹天賦.

又如，在研究電荷間的相互作用力時，庫侖利用其豐富的想象跟萬有引力進(jìn)行類比，做出了平方反比關(guān)系的猜想，再通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)了靜電力與距離的平方的反比關(guān)系，最終正確地建立了偉大的庫侖定律.

在物理教學(xué)時，經(jīng)常尋著物理規(guī)律發(fā)展歷程，把科學(xué)家提出問題、質(zhì)疑、思辨推理的過程呈現(xiàn)給學(xué)生，有助于學(xué)生在模仿中創(chuàng)新，在感悟中升華，有利于有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)推理能力.

科學(xué)推理是一種重要的科學(xué)思維形式，是認(rèn)識客觀事物和表達(dá)思想的重要工具，是學(xué)習(xí)物理、研究物理過程不可或缺的一種重要能力，是科學(xué)思維全面發(fā)展的基礎(chǔ).在教學(xué)中要重視滲透科學(xué)推理過程，重視通過科學(xué)家的科學(xué)推理思維的熏陶，重視滲透凸顯科學(xué)推理的問題情景，以加強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)推理能力，使學(xué)生真正理解物理知識和規(guī)律.

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡衛(wèi)平.科學(xué)思維培育學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2004：39-40.

[2]魏昕，郭玉英，徐燕.中小學(xué)生科學(xué)推理能力發(fā)展現(xiàn)狀研究[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，47（5）：463.

[3]蘇明義.2018年高考理綜物理試題特點(diǎn)及對物理教學(xué)的啟示[J].中學(xué)物理，2018，36（8）：22.

（收稿日期：2019-06-25）