“显化”逻辑思维方法教育之我见

王德雨++冯杰

摘 要：逻辑思维方法作为重要的物理科学方法，对定性分析物理问题起到关键作用。然而，在实际教学中，关于思维方法的教育并没有得到重视。要充分利用物理学史对逻辑思维方法教育进行“显处理”。本文以《万有引力》一节的教学为例，让学生学习掌握类比推理的思维方法，提高学生的思维能力。

关键词：万有引力；逻辑思维方法；物理学史；类比法

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）5-0013-2

思维是创新能力的核心动力与源泉，教学中培养学生的思维能力显得尤为关键，特别是在物理课堂中开展有关逻辑思维方法的教学，可以培养学生独立的科学探究的能力，为学生的终生学习打下良好基础。逻辑思维方法作为重要的物理科学方法，在实际教学中，最有效的教学方式就是实施“知法并行”，即以知识为载体，在给学生讲授物理知识的同时，将知识背后所蕴含的“科学方法”告诉学生，特别是含有逻辑思维方法的物理相关知识。要充分利用知识的讲解来进行思维方法教育，让学生既学习到了知识，又掌握了逻辑思维方法，进而更好地锻炼思维能力。

1 逻辑思维方法的重要性体现

物理科学方法的种类繁多，可分为两种类型：定性分析（qualitative analysis）和定量描述（quantitative description）两大类方法。定性方法指的是运用思维来分析，即逻辑思维方法，而定量方法是用数学的方式去描述。其中，逻辑思维方法主要包括：分析与综合、比较与分类、归纳与演绎、理想化方法、类比法还有假说法等，[1]它对物理学的发展起到的作用“功不可没”。比如，近代伟大的物理学家伽利略运用实验与逻辑思维推理相结合的科学方法，推翻了古希腊哲学家亚里士多德有关力与运动关系的错误观点，开辟了物理学的“新篇章”；牛顿力学的建立是通过综合、归纳开普勒三定律和落体实验的思维过程得来的。

但是，在物理学中，两类方法相比较而言，定性方法似乎显得更重要些。定性分析往往是定量描述的前提，思维的方法诠释物理意义的存在，而数学的方法是对物理意义的量化表达。比如，在牛顿三大定律中，第一定律对力和运动做了定性分析，在此基础上，第二定律F=m·a才得以对力与质量、加速度之间的关系做出定量描述。再如，热学中，有关负绝对温度这一难点内容，很容易从宏、微观热力学相关数学表达式中推导出它的存在，倘若形象地理解负绝对温度所表征的物理状态含义，仍需通过实验去定性分析。[2]

2 《万有引力》教学中实施方法教育的不足剖析

上述描述阐明了逻辑思维的重要性以及培养学生思维能力的必要性，但从实际的物理教学情况来看，有关逻辑思维方法的教学情况值得商榷，主要体现在：教学中教师过多地注重将物理知识的“来龙去脉”以定量化的方式呈现给学生，即定量式教学，将物理教学“数学化”，并没有发扬物理教学的本质，即“理性思维”的教育。

若再看相关物理教材的编写方式，似乎也存在欠妥之处，笔者结合上海市部分重点高中所用的物理教材，华东师大版高中物理拓展型课程Ⅰ（第二册），以第15章中《万有引力》一节为例，对教材中不妥的地方加以浅析。

教材对万有引力定律的建立过程，尤其是牛顿所采用的解决问题的基本思路、基本方法都做了较为详尽的介绍，尤其是牛顿在推导引力定律时所运用的数学方法，达到了现行教学中“知法并行”的要求。可若再细斟酌一番，不难发现有关科学方法教育的程度似乎还是不够。通篇有关方法的教育以“牛顿凭借坚实的数学功底和坚忍不拔的精神”一句话为开端，以公式F∝■（吸引力与两中心距离的平方成反比）开始，再结合牛顿第二定律，在地球上加速度不变的前提下，根据力与质量成正比，以及力的相互作用观点，得到F∝■，再到后来的F=■。以定律的数学表达式的由来为线索介绍牛顿对万有引力的研究，定量地书写笔墨颇多。相比较而言，有关牛顿对万有引力普适性的定性研究显得“轻描淡写”，只是以“从1684年到1685年，牛顿在剑桥作一系列名为‘论天体运动的学术讲座，多次论述了引力定律的普遍性”简短的一句话，得出结论：天上的、地上的物体，都无一例外地遵守万有引力定律，显然把定性的研究方法“隐藏”了起来。[3]

3 教学中“显化”类比思维方法教育的实施策略

为提升《万有引力》一节中科学方法教育的效果，应以物理学史为“资料”对逻辑方法进行“显化”教学。也就是说，在给学生讲解万有引力这一节知识的时候，除了以数学方法对定律加以推导，还要通过物理学史来讲述牛顿对万有引力普适性的定性研究，从而让学生对类比的思维方法加以了解、学习，更好地锻炼其逻辑思维能力。

牛顿早期在研究天文学时就曾对引力问题有过思考。但一开始并没有意识到引力的普适性，只是从开普勒三定律中推导出了力与距离的平方成反比关系。后来，与胡克的多次通信，给了他重要的提示。胡克正确地论述了圆周运动，并建立了完整的概念。后来牛顿又采用了惠更斯的向心力概念，经过自己长时间的思考，运用类比的逻辑思维方法，比较了抛体运动和星体运动：在地球上做抛体运动的物体，由于受到重力（向心力）的作用会做曲线运动，最终落在地面上；投掷的速度越大，它在落地前走的距离越远；于是，可以假设，若投掷初速度足够大，物体最后就会进入空间，超越地球的限制，成为星体运动（图1为牛顿抛体运动图）。

类比推理分析可知，行星之所以能够保持以某一轨道运行，是因为受到了向心力的作用，而提供向心力的正是星体间的吸引力。至此，牛顿通过类比推理思维方法阐述了万有引力普适性的思想，把天上的力学和地上的力学统一在一起，最终形成了以三大运动定律为基础的力学体系。[4]（教学中 “显化”类比思维方法教育的实施策略如图2）

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图2 “显化”类比思维方法教育的策略

总之，对于方法的学习要选合适的方式“显化”，若直接将方法灌输给学生，效果往往“背道而驰”。而选择物理学史这一有力材料，可以在历史知识的背景下让学生感兴趣、潜移默化地“吸收”科学方法教育的养料。同时，在有关逻辑思维方法的教育中，需要特别指出的是，一切思维过程、思维方法，无论它多么复杂，都是概念、判断、推理这三种思维形式的具体运用，其中，概念是最简单的一种思维形式。因此，物理概念对于逻辑思维方法的学习起到了支撑作用，比如，牛顿是在深刻理解圆周运动和向心力概念的基础上，才得以采用类比的思维方法对引力本质属性加以定性研究。所以，在实际课堂中，教师要重视有关物理概念的教学，为培养学生的思维能力夯实基础。

参考文献：

[1]张宪魁.物理科学方法教育的研究与反思（续）[J].物理教师，2011，（5）：4.

[2]王德雨，张见萌，冯杰，等.负绝对温度及其物理意义之探讨——基于S-U曲线和“光放大”过程的讨论[J].中学物理教学参考，2014，（10）：51.

[3]张越，徐在新.高中物理拓展型课程Ⅰ第二册（试用本）[M].上海：华东师范大学出版社，2008.

[4]郭奕玲，沈慧君.物理学史（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2005.（栏目编辑 赵保钢）