楊 驥

(江蘇省南通田家炳中學(xué) 226007)

物理是一門十分注重邏輯思維并且十分需要科學(xué)推理的學(xué)科，只有通過科學(xué)邏輯的推理才能夠?qū)ξ锢砀拍钜约拔锢硪?guī)律有深刻直觀的理解，能夠清晰地把握各種自然現(xiàn)象背后所涉及的物理學(xué)規(guī)律，能夠在實(shí)際應(yīng)用中結(jié)合應(yīng)用場景聯(lián)系到物理方法.因此，教師應(yīng)該在教學(xué)過程中注重加強(qiáng)對學(xué)生科學(xué)推理能力的培養(yǎng)，善于通過實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析、反向推理、等效替換等形式來提高學(xué)生的科學(xué)推理能力，進(jìn)而滲透物理核心素養(yǎng)，不斷提升高中物理課的教學(xué)質(zhì)量.

1 動手實(shí)驗(yàn)，形成知識表象

在物理學(xué)習(xí)過程中最先接觸的就是各種各樣的現(xiàn)象，之后才會通過感知、知覺等得到的表象推理得出對應(yīng)物理知識概念，動手實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)象觀察正是科學(xué)推理的出發(fā)點(diǎn)，同時實(shí)驗(yàn)也是物理學(xué)科的核心內(nèi)容之一.因此，教師應(yīng)該著重加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，引導(dǎo)同學(xué)們在動手實(shí)驗(yàn)的過程中感知所出現(xiàn)的現(xiàn)象，將這些現(xiàn)象在腦海中形成知識表象，完成物理知識概念的推理.

比如，在講解“光的偏振”這一小節(jié)時，為了加深同學(xué)們對于光的偏振原理的理解，把握這一概念形成的過程，在課堂上通過動手實(shí)驗(yàn)展開教學(xué).在課堂上首先請同學(xué)們利用手中的兩片偏振片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察在轉(zhuǎn)動兩個偏振片時所透過的光強(qiáng)度有什么變化.在動手實(shí)驗(yàn)中同學(xué)們發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)動其中一片時，通過的光強(qiáng)會在某一點(diǎn)完全消失，而在與這一個角度相差九十度的地方會達(dá)到最強(qiáng)，此時完成了實(shí)驗(yàn)想象的感知.之后對自然光的波動方向和偏振片的原理進(jìn)行講解，同學(xué)們這才恍然大悟，原來光通過第一片時由于只有一個震動方向可以通過，因此全方向的自然光就變成了偏振光，而另一片在轉(zhuǎn)動過程中會與第一片的偏振方向由重合到垂直不斷變化，所以就出現(xiàn)了最后光強(qiáng)由低到高又到低的變化趨勢.在這個過程中，學(xué)生能更直觀地了解到振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性叫做偏振的物理概念，教學(xué)效果較好.

2 分析數(shù)據(jù)，探索隱性規(guī)律

數(shù)學(xué)與物理是具有較強(qiáng)聯(lián)系性的兩門學(xué)科.物理是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科，諸多物理規(guī)律都是通過公式數(shù)字的方式給出的，同樣的物理規(guī)律的探索也離不開對數(shù)字的分析.只有對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)深入分析，探索其中隱含的數(shù)字規(guī)律，學(xué)生才能更好地推理得出相應(yīng)的物理規(guī)律.因此，教師在教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)深入分析，探索數(shù)字之間在某一特定條件下具有的相等、倍率等數(shù)學(xué)關(guān)系，從而推理得出物理結(jié)論.

數(shù)學(xué)是物理研究的工具和手段.物理現(xiàn)象中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)當(dāng)中隱含著現(xiàn)象背后所對應(yīng)的物理規(guī)律，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析是直觀地探索現(xiàn)象背后隱含物理規(guī)律的有效方法，同時在分析數(shù)據(jù)的過程中還可以加強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用物理知識解決實(shí)際問題的能力.同時，學(xué)生對于數(shù)據(jù)的分析還非?？简?yàn)學(xué)生的數(shù)學(xué)計算能力及對數(shù)學(xué)公式與原理的應(yīng)用，有利于加強(qiáng)數(shù)學(xué)與物理學(xué)科的融合，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展.

3 反向歸謬，改變已有條件

物理是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，許多的物理結(jié)論和規(guī)律都是在大量的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上歸納得出的，應(yīng)用反向歸謬的思維方式，不斷的改變已有的實(shí)驗(yàn)條件去驗(yàn)證自己的猜想正是物理學(xué)科的獨(dú)特魅力.因此，教師在教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)條件及對應(yīng)現(xiàn)象，并進(jìn)行反向歸謬針對自己的猜想改變以有條件進(jìn)行驗(yàn)證，切實(shí)地幫助學(xué)生掌握這一物理思維方式，提高其科學(xué)推理能力.

在物理教學(xué)中單一的知識點(diǎn)講解很難引起學(xué)生的共鳴，更有效地方法是引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中自己探究得出結(jié)論.因此，教師應(yīng)該結(jié)合教學(xué)內(nèi)容不斷改進(jìn)創(chuàng)新與優(yōu)化教學(xué)方式，充分地開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，引導(dǎo)同學(xué)們不斷地對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和條件進(jìn)行反向歸謬，歸納總結(jié)不同條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，推理得出對應(yīng)的結(jié)論.

4 類比應(yīng)用，獲得具體方法

類比應(yīng)用是物理學(xué)科當(dāng)中經(jīng)典的推理方法之一，它是指根據(jù)兩個或兩類對象有部分屬性相同，從而推出它們的其他屬性也相同的推理，這種推理方法也是解決問題過程中開拓思路的一種主要途徑.

比如，在講解“電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系”這一小節(jié)時，在課前為了幫助同學(xué)們更清晰地感受到電勢與電場力做功的關(guān)系，首先讓同學(xué)們回憶在學(xué)重力勢能相關(guān)知識點(diǎn)時重力勢能和重力做功之間的關(guān)系，之后類比到電場當(dāng)中去.同學(xué)們首先想到在重力場中兩個不同高度位置處的重力勢能差就等于從高處下落到低處時重力所做的功，也就是說重力勢能Ep=mgh，其中h為兩點(diǎn)之間的高度差.將這一結(jié)論與電場相關(guān)知識進(jìn)行類比，同學(xué)們會由此進(jìn)行聯(lián)想并推導(dǎo)得出結(jié)論，在勻強(qiáng)電場中，兩點(diǎn)之間的電勢差等于電荷在兩點(diǎn)之間移動時電場力所做的功，公式表達(dá)為W=FL=qEd，其中q為電荷帶電量，E為電場強(qiáng)度，d表示兩點(diǎn)之間的距離.通過這樣的方式，學(xué)生不僅通過類比推理得出了電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系，還回顧了重力勢能的相關(guān)知識點(diǎn)，加深了知識印象，教學(xué)效果較好.

通過類比的方法可以將已經(jīng)學(xué)過的知識遷移到與之類似的新知識當(dāng)中，這樣不僅可以加快新知識教學(xué)中的基本原理導(dǎo)入，還能夠使學(xué)生在類比探究得出結(jié)論的過程中獲得更滿足的學(xué)習(xí)體驗(yàn).

5 得出結(jié)論，建立認(rèn)知模型

模型建構(gòu)是物理科學(xué)推理思維的另一種不可或缺的方法，通過建構(gòu)模型可以實(shí)現(xiàn)各部分知識點(diǎn)的歸納，將問題條件進(jìn)行抽象得到一種統(tǒng)一的模型表達(dá)，之后學(xué)生就可以借助模型對問題進(jìn)行分析，對知識點(diǎn)獲得更加全面的認(rèn)知.因此，教師在教學(xué)過程中不能局限于單一知識的講解，而應(yīng)該抽象得出結(jié)論，建立認(rèn)知模型，培養(yǎng)學(xué)生利用模型進(jìn)行推導(dǎo)分析的能力.

比如，在講解“簡諧運(yùn)動”這一小節(jié)時，由于學(xué)生在生活中經(jīng)常聽到“振動”這個詞匯，這樣的運(yùn)動形式在生活中非常常見.在探究的過程中同學(xué)們發(fā)現(xiàn)無論是鐘擺還是彈簧運(yùn)動中都具有以下三個特征：物體只受到一個力的作用；物體的運(yùn)動具有周期性；運(yùn)動存在一個中心點(diǎn)，在遠(yuǎn)離中心點(diǎn)時物體受到阻礙運(yùn)動的力.結(jié)合以上三點(diǎn)結(jié)論引導(dǎo)學(xué)生建立簡諧運(yùn)動的物理認(rèn)知模型，在遇到相似問題是就可以依據(jù)模型依次對照問題條件是否滿足模型當(dāng)中的幾個結(jié)論，從而快速地對問題進(jìn)行定性認(rèn)知分析.

可見，對多個案例進(jìn)行分析總結(jié)得出其中含有的共同結(jié)論，從而實(shí)現(xiàn)認(rèn)知模型的構(gòu)建是一種行之有效地科學(xué)推理方法，不僅可以是學(xué)生對相關(guān)結(jié)論有更深刻地理解，還能助力同學(xué)們掌握一種快速求解問題的方法，提升自己的物理推理思維能力.因此，教師要善于將案例分析與模型建構(gòu)的教學(xué)方法結(jié)合起來，幫助學(xué)生提升物理學(xué)習(xí)能力與解題能力.

6 等效替換，尋找最優(yōu)途徑

等效替換法在力的合成與分解、運(yùn)動的合成與分解、等效場、等效電源等知識點(diǎn)及物理題目中的應(yīng)用比較廣泛，它指的是學(xué)生可以在保證在保證效果、特性或關(guān)系相同的前提下，把陌生、復(fù)雜的物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為簡單、熟悉的物理現(xiàn)象，這往往可以起到優(yōu)化解題的作用效果.

例如，物理題目是這樣的：由消防水龍帶的噴嘴噴出水的流量是0.28 m3/min，水離開噴口時的速度大小為16 m/s，方向與水平面夾角為60°，在最高處正好到達(dá)著火位置，忽略空氣阻力，則空中水柱的高度和水量分別是(重力加速度g取10 m/s2)( ).

A.28.8 m；1.12×10-2m3B.28.8 m；0.672 m3

C.38.4 m；1.29×10-2m3D.38.4 m；0.776 m3

要想解答這道題目，關(guān)鍵點(diǎn)在于學(xué)生如何理解與轉(zhuǎn)化消防水龍帶的噴嘴噴出水柱這一生活現(xiàn)象，對于傾斜向上的水柱，學(xué)生可以等效替換為平拋運(yùn)動，正確答案為A選項.

也就是說，等效替換法的核心是“等效”，基本思路是用已知的、簡單的物理效果來替代另一個未知的、較難的、復(fù)雜的物理效果，以此來達(dá)到化難為易的作用效果.學(xué)生在學(xué)習(xí)很多物理概念與原理時需要用到物理模型，在基礎(chǔ)模型的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)與理解更復(fù)雜的物理知識，這其實(shí)體現(xiàn)的也是等效變換的思想.因此，教師要幫助學(xué)生從龐雜的高中物理知識體系中歸納、篩選出可變換的物理模型，讓學(xué)生學(xué)會應(yīng)用等效替換法來降低問題的難度，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)推理能力與發(fā)散性思維能力的良好發(fā)展.

綜上所述，科學(xué)推理能力是物理學(xué)科重要的核心素養(yǎng)之一，在教學(xué)過程中滲透與強(qiáng)化科學(xué)推理能力是培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力，提高課堂教學(xué)效率的有效手段.因此，教師在教學(xué)過程中要有針對性地開展科學(xué)推理能力的指導(dǎo)，幫助學(xué)生掌握模型建構(gòu)、歸納總結(jié)、類比分析等推理方法，以此來發(fā)展學(xué)生的物理思維能力，并為培養(yǎng)與提升學(xué)生的高中物理核心素養(yǎng)奠定堅實(shí)的基礎(chǔ).