推理法在高中物理解題中的應(yīng)用

梁國(guó)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(xué)習(xí)中的應(yīng)用，以培養(yǎng)推理能力和解題能力。

【關(guān)鍵詞】高中物理 推理法 解題應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2018）06B-0109-02

在高中物理的學(xué)習(xí)過程當(dāng)中，推理能力是非常重要的，這主要體現(xiàn)在對(duì)物理重點(diǎn)和難點(diǎn)的理解能力上，也體現(xiàn)在解題方向的預(yù)測(cè)能力上。推理能力較好的學(xué)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(xué)當(dāng)中對(duì)學(xué)生的物理解題思維的培養(yǎng)不充分，使得學(xué)生在解題時(shí)無法在短時(shí)間內(nèi)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(xué)生學(xué)會(huì)用有效的推理法應(yīng)對(duì)高中物理問題，培養(yǎng)學(xué)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(gè)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(xué)生在模式化的基礎(chǔ)上進(jìn)行物理分析自然會(huì)事半功倍。二是等級(jí)遞進(jìn)。物理當(dāng)中的推理法是由淺入深，逐步遞進(jìn)，以基礎(chǔ)知識(shí)和理論為基礎(chǔ)，向多方向推進(jìn)。很多物理題都可以通過多種解題方法來獲得結(jié)果，推理法有一定的靈活性。三是實(shí)驗(yàn)性。得到結(jié)論之后，需要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(gè)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?xiàng)l件。如學(xué)習(xí)高中物理《曲線運(yùn)動(dòng)》章節(jié)時(shí)，需要對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量。但是在實(shí)際操作過程中，可能會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測(cè)不相符的情況，例如頂端傾斜，這時(shí)候就需要進(jìn)行分析、推理，找出矛盾的關(guān)鍵點(diǎn)。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(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合。三是對(duì)不同題目進(jìn)行對(duì)比分析階段。這種對(duì)比分析考驗(yàn)學(xué)生的知識(shí)辨別能力，要求學(xué)生從物理問題的本質(zhì)特征出發(fā)，找出差異，進(jìn)行比較，在腦海當(dāng)中形成物理概念與思路。四是總結(jié)階段。經(jīng)過信息整合、差異類比之后，需要對(duì)物理題目進(jìn)行總結(jié)。這個(gè)階段考驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分類的能力。例如在高中力學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，需要對(duì)重力、牽引力、彈力、摩擦力等進(jìn)行性質(zhì)分類。這個(gè)分類實(shí)際上是在理解物理概念基礎(chǔ)之上的，要不就找不到分類標(biāo)準(zhǔn)。可見，學(xué)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(yùn)用推理法。

二、物理推理法在解題中的應(yīng)用

在高中物理解題過程中，一般運(yùn)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(duì)內(nèi)在的屬性進(jìn)行歸納匯總得出結(jié)論。下面以例說明。

〖例 1〗下列情況中的物體運(yùn)動(dòng)情況可以被當(dāng)成質(zhì)點(diǎn)的是（ ）

A.研究直升機(jī)螺旋槳在空中的轉(zhuǎn)動(dòng)情況

B.研究百米賽跑運(yùn)動(dòng)員起跑動(dòng)作變化

C.觀測(cè)正在運(yùn)行軌道上調(diào)整姿勢(shì)的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)情況

D.研究從上海開往南通的火車的運(yùn)動(dòng)快慢情況

要想解答這道選擇題，教師需要讓學(xué)生明白物體在什么情況下運(yùn)動(dòng)才可以被當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)，然后由此歸納推理出質(zhì)點(diǎn)的特征，并對(duì)具體的現(xiàn)象進(jìn)行判斷。

首先需要了解質(zhì)點(diǎn)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(jì)時(shí)，可以近似地把該物體看作是一個(gè)具有質(zhì)量大小和形狀可以忽略不計(jì)的理想物體—— 質(zhì)點(diǎn)。再根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的概念去分析 ABCD 四種現(xiàn)象當(dāng)中哪種情況能夠被當(dāng)成質(zhì)點(diǎn)。在 A 選項(xiàng)直升機(jī)螺旋槳在空中的轉(zhuǎn)動(dòng)情況是跟直升機(jī)螺旋槳的大小等外在特征有關(guān)的，因此它的形狀不能夠忽略不計(jì)。而 B 選項(xiàng)的運(yùn)動(dòng)員起跑動(dòng)作和 C 選項(xiàng)的衛(wèi)星姿勢(shì)調(diào)整和 A 都屬于一個(gè)類型，即都是自身形狀變化不能夠被忽略不計(jì)，因此都不能當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)。故正確的選項(xiàng)是 D。最后通過各個(gè)選項(xiàng)進(jìn)行歸納推理，將從該題目得到的啟發(fā)，學(xué)會(huì)從特殊向一般轉(zhuǎn)化推理，得出結(jié)論：凡是研究的運(yùn)動(dòng)情況屬于該物體的功能或者外在特征時(shí)，就不能夠當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)。

（二）演繹推理

演繹推理簡(jiǎn)單地說是學(xué)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(xué)生在物理試題解題過程當(dāng)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(yùn)動(dòng)，即在力 F 的推動(dòng)下物體發(fā)生了位移，假設(shè)這個(gè)位移的大小為 l ，那么力 F 對(duì)物體所做的功為 W=Fl。而在實(shí)際的解題過程當(dāng)中，演繹推理需要結(jié)合大前提、小前提一起分析。例如：

某個(gè)同學(xué)將系有鋼珠的繩子晃蕩，使得珠子在平面上做曲線運(yùn)動(dòng)，為什么需要通過手來提供力使繩子運(yùn)動(dòng)？

在這道題目當(dāng)中得知，鋼珠在平面上做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是不斷改變著的。由此知道，大前提是“物體原先的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的時(shí)候，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是變動(dòng)的”。通過大小前提分析，得出結(jié)論“珠子在平面上做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)需要用手來提供力”。也就是說，在分析過程中，學(xué)生需要通過演繹推理當(dāng)中的“如果……那么……”形式和大小前提的方式進(jìn)行解答。

運(yùn)用演繹推理也可以解決較難的題目。例如：

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

A.失去原有的平衡自由轉(zhuǎn)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(dāng)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(xué)生之前學(xué)過的知識(shí)，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(dāng)中，學(xué)生應(yīng)該知道大前提：液體在完全失重的情況下，在容器內(nèi)部是不產(chǎn)生壓強(qiáng)的。而在太空的環(huán)境當(dāng)中，則又有一個(gè)小前提：容器在太空艙當(dāng)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(jié)論：太空艙中的水不產(chǎn)生壓強(qiáng)。飛船進(jìn)入正常運(yùn)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(duì)魚也無浮力，而魚如果失去浮力，則會(huì)迷失方向轉(zhuǎn)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(jìn)行聯(lián)想的思維方法。在進(jìn)行思考時(shí)特別注重比較的過程。例如教師提問：“電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)鍵描述有哪些？”學(xué)生進(jìn)行思考，在一個(gè)電場(chǎng)里電場(chǎng)強(qiáng)度與電荷的位置相關(guān)，與電荷受力情況無關(guān)。比如，由平行板間勻強(qiáng)電場(chǎng)中的電場(chǎng)強(qiáng)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(jìn)行聯(lián)想。基于這個(gè)思考角度去理解問題，也就是說，運(yùn)用類比推理法能比較容易地解決這些問題。在實(shí)際做題當(dāng)中，運(yùn)用類比推理法的情況更多。例如：

在一個(gè)直徑為 2R 的絕緣環(huán)上套有一質(zhì)量為 m，并且?guī)е姾傻膶?dǎo)電珠，電場(chǎng)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(diǎn)釋放，則珠子所能獲得的最大動(dòng)能 Ek 為多少？

在這道題目當(dāng)中，珠子在運(yùn)動(dòng)過程當(dāng)中受到三個(gè)力的作用，其中只有電場(chǎng)力和重力對(duì)珠子做功，其合力大小為 ，將力 F 與豎直方向的夾角設(shè)置為 θ，如圖所示：

至此，學(xué)生就可以按照類比推理的方式，以關(guān)于兩個(gè)事物某些屬性相同的判斷為前提，推出兩個(gè)事物的其他屬性。根據(jù)珠子在電場(chǎng)中的受力情況分析，可以發(fā)現(xiàn)這種受力方式與之前學(xué)過的單擺運(yùn)動(dòng)非常類似，運(yùn)動(dòng)當(dāng)中的動(dòng)能最大的地方是運(yùn)行的最低點(diǎn)。學(xué)生通過類比推理法得出最大的動(dòng)能為 ，再將題目當(dāng)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(xué)生的實(shí)際情況，采取合適的思維引導(dǎo)手段，幫助學(xué)生運(yùn)用推理法解決高中物理問題，提高學(xué)生的物理推理能力。

【參考文獻(xiàn)】

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

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

（責(zé)編 盧建龍）