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(duì)定性分析物理問(wèn)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(méi)有得到重視。要充分利用物理學(xué)史對(duì)邏輯思維方法教育進(jìn)行“顯處理”。本文以《萬(wàn)有引力》一節(jié)的教學(xué)為例，讓學(xué)生學(xué)習(xí)掌握類(lèi)比推理的思維方法，提高學(xué)生的思維能力。

關(guān)鍵詞：萬(wàn)有引力；邏輯思維方法；物理學(xué)史；類(lèi)比法

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）5-0013-2

思維是創(chuàng)新能力的核心動(dòng)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(kāi)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(shí)為載體，在給學(xué)生講授物理知識(shí)的同時(shí)，將知識(shí)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(shí)。要充分利用知識(shí)的講解來(lái)進(jìn)行思維方法教育，讓學(xué)生既學(xué)習(xí)到了知識(shí)，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(lèi)繁多，可分為兩種類(lèi)型：定性分析（qualitative analysis）和定量描述（quantitative description）兩大類(lèi)方法。定性方法指的是運(yùn)用思維來(lái)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(lèi)、歸納與演繹、理想化方法、類(lèi)比法還有假說(shuō)法等，[1]它對(duì)物理學(xué)的發(fā)展起到的作用“功不可沒(méi)”。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(dòng)關(guān)系的錯(cuò)誤觀(guān)點(diǎn)，開(kāi)辟了物理學(xué)的“新篇章”；牛頓力學(xué)的建立是通過(guò)綜合、歸納開(kāi)普勒三定律和落體實(shí)驗(yàn)的思維過(guò)程得來(lái)的。

但是，在物理學(xué)中，兩類(lèi)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(duì)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(duì)力和運(yùn)動(dòng)做了定性分析，在此基礎(chǔ)上，第二定律F=m·a才得以對(duì)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(duì)溫度這一難點(diǎn)內(nèi)容，很容易從宏、微觀(guān)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(duì)溫度所表征的物理狀態(tài)含義，仍需通過(guò)實(shí)驗(yàn)去定性分析。[2]

2 《萬(wàn)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(lái)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(guò)多地注重將物理知識(shí)的“來(lái)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(méi)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(xiě)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(cè)），以第15章中《萬(wàn)有引力》一節(jié)為例，對(duì)教材中不妥的地方加以淺析。

教材對(duì)萬(wàn)有引力定律的建立過(guò)程，尤其是牛頓所采用的解決問(wèn)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?？扇粼偌?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(huà)為開(kāi)端，以公式F∝■（吸引力與兩中心距離的平方成反比）開(kāi)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(guān)點(diǎn)，得到F∝■，再到后來(lái)的F=■。以定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式的由來(lái)為線(xiàn)索介紹牛頓對(duì)萬(wàn)有引力的研究，定量地書(shū)寫(xiě)筆墨頗多。相比較而言，有關(guān)牛頓對(duì)萬(wàn)有引力普適性的定性研究顯得“輕描淡寫(xiě)”，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(dòng)的學(xué)術(shù)講座，多次論述了引力定律的普遍性”簡(jiǎn)短的一句話(huà)，得出結(jié)論：天上的、地上的物體，都無(wú)一例外地遵守萬(wàn)有引力定律，顯然把定性的研究方法“隱藏”了起來(lái)。[3]

3 教學(xué)中“顯化”類(lèi)比思維方法教育的實(shí)施策略

為提升《萬(wàn)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(duì)邏輯方法進(jìn)行“顯化”教學(xué)。也就是說(shuō)，在給學(xué)生講解萬(wàn)有引力這一節(jié)知識(shí)的時(shí)候，除了以數(shù)學(xué)方法對(duì)定律加以推導(dǎo)，還要通過(guò)物理學(xué)史來(lái)講述牛頓對(duì)萬(wàn)有引力普適性的定性研究，從而讓學(xué)生對(duì)類(lèi)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(duì)引力問(wèn)題有過(guò)思考。但一開(kāi)始并沒(méi)有意識(shí)到引力的普適性，只是從開(kāi)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(lái)，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(dòng)，并建立了完整的概念。后來(lái)牛頓又采用了惠更斯的向心力概念，經(jīng)過(guò)自己長(zhǎng)時(shí)間的思考，運(yùn)用類(lèi)比的邏輯思維方法，比較了拋體運(yùn)動(dòng)和星體運(yùn)動(dòng)：在地球上做拋體運(yùn)動(dòng)的物體，由于受到重力（向心力）的作用會(huì)做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，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(huì)進(jìn)入空間，超越地球的限制，成為星體運(yùn)動(dòng)（圖1為牛頓拋體運(yùn)動(dòng)圖）。

類(lèi)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淖饔茫峁┫蛐牧Φ恼切求w間的吸引力。至此，牛頓通過(guò)類(lèi)比推理思維方法闡述了萬(wàn)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(dòng)定律為基礎(chǔ)的力學(xué)體系。[4]（教學(xué)中 “顯化”類(lèi)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(lèi)比思維方法教育的策略

總之，對(duì)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(shí)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(guò)程、思維方法，無(wú)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(jiǎn)單的一種思維形式。因此，物理概念對(duì)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(dòng)和向心力概念的基礎(chǔ)上，才得以采用類(lèi)比的思維方法對(duì)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(jiàn)萌，馮杰，等.負(fù)絕對(duì)溫度及其物理意義之探討——基于S-U曲線(xiàn)和“光放大”過(guò)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(cè)（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）