高中物理課堂培養(yǎng)學生推理能力的教學途徑探索

摘"要：高中物理課堂注重培養(yǎng)學生的科學思維，而在這一過程中，推理能力是必不可少的。新型課堂強調(diào)以學生為主體，將學生從學習新知識的被動者轉變?yōu)檎n堂思維過程的主導者。本文通過實例，介紹了在高中物理課堂教學中，如何利用知識教學、動手實驗、習題鞏固等環(huán)節(jié)，來訓練提升學生的歸納、類比和演繹推理能力。同時，本文探討了在推理能力培養(yǎng)上的途徑和方法。

關鍵詞：高中物理；課堂教學；推理能力；科學思維

物理學是一門基于觀察與實驗，建構物理模型，并運用數(shù)學等工具進行科學推理和論證，最終形成的系統(tǒng)性學科。在《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》所強調(diào)的學科核心素養(yǎng)中，“科學思維”是分析綜合、推理論證等方法在科學領域的具體運用；是基于事實證據(jù)和科學推理對不同觀點和結論提出疑問和批判，進行檢驗和修正，進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品格。［1］要幫助學生形成科學思維，就離不開推理能力的培養(yǎng)。

1"推理能力的定義

所謂推理，是指由一個或多個判斷，推導出新判斷的思維過程。它可以是從個別性知識到一般性結論的歸納推理；也可以是基于反映客觀規(guī)律的理論，從已知部分推測未知部分的演繹推理；還可以是根據(jù)兩個或多個對象的相似屬性，從而推出它們其他屬性也相同的類比推理。推理能力的培養(yǎng)，不僅能夠幫助學生更加深切地理解物理知識，還能夠激發(fā)學生的舉一反三能力，從而促使他們進一步探索未知領域的奧義。

2"高中物理課堂教學中培養(yǎng)推理能力的路徑

高中物理課堂教學的主要形式包括知識教學、習題教學和實驗教學。如何利用好課堂，將知識的掌握和能力的提升有機融合，是教育工作者需要思考的問題。接下來，筆者將結合課堂教學實踐中獲得的一些心得，按照不同的課堂教學形式分類，列舉一些嘗試提升學生推理能力的途徑，以供參考。

2.1"知識教學環(huán)節(jié)

2.1.1"公式推導

很多學生在物理學習的過程中，對公式的記憶感到力不從心。他們在做題的時候常因記不住公式而導致失分，甚至有時思路都是對的但公式使用錯了。隨著學習內(nèi)容和深度的增加，定量關系也逐漸增加。如果把它們都分裂開來死記硬背，對學生的記憶要求確實比較高。其實，物理學是一個龐大的體系，公式之間有許多聯(lián)系。如果把知識之間的聯(lián)系理清楚，借助于已學知識推出新知識，記憶負擔就會減輕不少。

在人教版高中物理選擇性必修第一冊第二章的“勻變速直線運動規(guī)律”教學中，教師可以把這樣的問題拋給學生。

例1"已知速度－時間的關系式v＝v0＋at，位移－時間的關系式x＝v0t＋12at2，你能否推導出一個描述位移－速度的關系式？（要求式子中不包含時間t）

學生能夠自己整理出v2－v20＝2ax。

教師還可以繼續(xù)提問：你能否進一步推導出平均速度？它相當于什么時刻的瞬時速度？

學生可以由此得到平均速度等于中間時刻瞬時速度的推論v＝vt2。

在人教版高中物理選擇性必修第一冊第一章第2節(jié)“動量定理”的學習過程中，教師可以給出以下例題。

例2"通過整理動量變化量Δp，可以找出變化產(chǎn)生的本質(zhì)——速度的變化量Δv。那產(chǎn)生速度變化量Δv的原因是什么？

學生回答：是加速度a＝ΔvΔt，Δp＝mΔv＝maΔt。

教師還可以繼續(xù)追問：式中ma是什么？

學生回答：是合外力，動量定理的關系式是mΔv＝FΔt。

借此機會，教師可以引導學生回顧物理學史，讓學生體會當年牛頓由手稿中的動量定理表達式得出牛頓第二定律的推理歷程。

讓學生通過自己的推理得出結論，一來能使他們的獲得感更強，印象更加深刻；二來也能讓他們更好地體會到知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，感受科學思維之美。

2.1.2"類比學習

大自然中的很多規(guī)律都有類似特點，因此類比遷移在探求新知的過程中就顯得尤為關鍵。

在物理學習的過程中，學生對聲學和光學的概念接受得相對容易，而對電場、磁場等抽象概念感到理解困難。在教學過程中，教師可以將電流與水流作類比，幫助學生更好地理解“電流從電勢高的地方到電勢低的地方”。同時，教師還可以將水容器的裝水本領遷移到電容器的裝載電荷能力，從而使這一抽象概念更易于理解。

庫侖定律的發(fā)現(xiàn)就是基于對萬有引力定律表達式的類比。真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比。這和萬有引力定律的表達式高度相似。庫侖類比萬有引力定律提出了猜想，之后通過實驗驗證，最終確立了庫侖定律表達式，這對靜電場的研究具有深遠的意義。這段物理學史充分體現(xiàn)了在探索未知領域的過程中，類比推理是非常重要的。講述科學家的探究小故事，既能夠強調(diào)科學思維的價值，也能夠培養(yǎng)學生的科學態(tài)度與責任。

2.2"習題教學環(huán)節(jié)

習題教學是學生自主實踐并提升自身推理能力的重要環(huán)節(jié)。學生在解題過程中，先對情境變化提出假設并進行推理分析，隨后將結果代回到原題的條件中，檢驗其是否符合要求。假設法在處理摩擦力、氣體習題時尤為常見。

例1"如圖所示，一開口向下的直玻璃管，通過細繩懸掛固定，玻璃管下端浸沒在固定的水銀槽中，管內(nèi)液面高于管外液面.現(xiàn)向水銀槽內(nèi)加入水銀，則（""）。

A. 管內(nèi)氣體體積不變

B. 細繩拉力不變

C. 管內(nèi)氣體壓強變大

D. 管內(nèi)外液面高度差變大

分析：本題考查了氣體實驗定律在液柱類問題中的應用。管內(nèi)氣體發(fā)生等溫變化，向水銀槽內(nèi)加入水銀的過程，假設玻璃管內(nèi)氣體壓強不變，根據(jù)分析可知管內(nèi)氣體壓強變大，管內(nèi)氣體體積變小。根據(jù)p＋ρgh＝p0可知，管內(nèi)外液面高度差變小。

例2"靜止的車廂頂部用細線豎直懸掛一小球，如圖所示，小球下方與一光滑斜面接觸。關于小球的受力，下列說法正確的是（""）。

A. 細線可能對小球沒有拉力作用

B. 小球受重力、細線對它的拉力和斜面對它的彈力

C. 細線對小球有拉力，這個拉力是細線發(fā)生形變產(chǎn)生的

D. 斜面對小球一定有彈力

分析：本題考查了受力分析、形變及彈力的產(chǎn)生條件。假設細線對小球沒有拉力，則小球受到重力和斜面的彈力，不能平衡，假設不成立，故A錯誤。小球和光滑斜面接觸，假設斜面對小球有彈力，小球將受到三個力作用，重力和豎直方向上的拉力，斜面對小球的彈力垂直于斜面向上，三個力的合力不可能為零，與題設條件矛盾，則斜面對小球沒有彈力，故B、D錯誤。

2.3"實驗教學環(huán)節(jié)

2.3.1"控制變量法，多次實驗找一般規(guī)律

科學探究的過程往往始于一次偶然的發(fā)現(xiàn)，它激發(fā)了思考和提問，進而點燃了探索的熱情。這些引起科學家關注的現(xiàn)象，就是探索的起點——“特殊”。而學生通過大量的實驗去找尋這些“特殊”背后的共通性，是把它們歸納為“一般”的必經(jīng)之路。在物理教學中，實驗是一個必不可少的重要組成部分。為了驗證觀點的正確性，必須要有大量的實驗數(shù)據(jù)作為支持。進行大量實驗可以減少實驗誤差對結果造成的影響，從而幫助我們歸納出一般性規(guī)律。所以說，實驗是學生直接體驗歸納推理的重要環(huán)節(jié)。

2.3.2"通過建模、邏輯推理，解釋實驗現(xiàn)象

科學家揭秘現(xiàn)象發(fā)生的本質(zhì)時，并不總是通過控制變量法的實驗歸納來找出影響因素，有時候也需要基于已有知識的基礎嘗試建模解釋實驗現(xiàn)象。盧瑟福在發(fā)現(xiàn)α粒子轟擊金箔實驗中“極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉”的現(xiàn)象時，他就是嘗試基于已有結論“同種電荷相互排斥”的特性去解釋這一現(xiàn)象。為了符合原子整體呈現(xiàn)電中性的特點和絕大多數(shù)α粒子不發(fā)生偏轉的情況，他猜想正電荷集中在原子中心，進而提出了原子核式結構模型。

科學的進步離不開新生代對已有領域的突破與創(chuàng)新，而創(chuàng)造性見解的提出離不開推理能力的養(yǎng)成。教師要把握好課堂教學的有限時間，在教學過程中激發(fā)學生的探究熱情，培養(yǎng)他們的推理能力。這不僅能大大提升學生對課堂知識的理解，更能在潛移默化中提高學生的核心素養(yǎng)。

參考文獻

［1］中華人民共和國教育部. 普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020：4"-5．

*基金項目：本文系江蘇省中小學教學研究第十四期課題“系列微視頻模式下新教材高中物理實驗的開發(fā)和研究”（課題編號：2021JY14"-L10）和江蘇省十四五教育科學規(guī)劃課題“文化意蘊視角下的高中物理教學與評價研究”（課題編號：SJMJ/2021/04）的階段研究成果。