浅谈逻辑思维对高中物理学习的重要性

黄荣槟

【摘要】经常有学生反映：上课听得懂，但课后做起题目来就好多都不会。这到底是为什么呢？该怎么解决这一问题？本文就这一问题进行简要讨论，浅谈逻辑思维对高中物理学习的重要性。

【关键词】高中物理;逻辑思维

在《普通高中物理课程标准》（2017年版2020年修订）中提到：高中物理课程的教育目标是“在义务教育的基础上，进一步促进学生物理学科核心素养的养成和发展”。物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。其中，“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。在高中物理的学习过程中，科学思维主要体现为逻辑思维——具有鲜明物理学科特性的逻辑思维。

一、物理新知识的学习，需要靠逻辑思维来内化

题目就是实际情境和实际问题的简化，解题就是利用所学知识进行解决问题，进行实践的过程。要解决问题，就必须要能意识到问题所涉及的知识领域，并应用其来分析解决问题，这就是一种逻辑思维的分析判断过程。而要能进行逻辑思维的分析判断，首先得已经形成有相关的知识沉淀，而这个“知识沉淀”，并不是单纯的知识的记忆。记住了知识，并不表示就理解了知识，不理解知识，应用就无从说起。物理的知识沉淀需要经历逻辑思维过程把外在的新知识内化为属于自己的能力修养的过程。

心理学研究表明，任何一种能力或技能都是在学习主体参与了相应的实践活动后才得以形成和发展的。因此，学生想要把外在的新知识内化为属于自己的能力修养，也只有在他们主动参与学习的过程中才能完成。出现开篇所讲“上课听得懂，但课后做起题目来就好多都不会”这种情况，就是学生不重视这一过程，没有深入参与这一过程的结果。他们课前基本上没有对新课内容进行处理（如预习、思考），甚至开始上课的时候，他们还不知道新课的内容是什么。在这样的情况下，要跟上教师上课的节奏，对教师的思维引导产生反应和互动，并不容易，更谈不上转变成为课堂的主体角色。那么，他们只能被教师引着走，在其他学生的反应下推着走，概念的构建、物理定律的推演等的思维参与度非常低，相当于新知识产生的逻辑推理过程几乎全部是别人为他们完成的，在似懂非懂的实际状态下结束了一节新课，但却自以为已经完全懂了。于是，课后也没有再去完整地进行知识的逻辑推理，即便已经记住了知识的内容，但也形不成新知识所涉及到的相关逻辑思维。而课后所遇到的題目，其实就渗透着所学新知识的问题。解决问题，其实就是相当于重新对问题所涉及的知识再进行一次逻辑推理，而这些学生习得新知识的逻辑推理是别人帮他们完成的，还没真正内化为属于自己的能力素养，从一开始就卡住了，这样题目也就做不下去了，结果就是做不出来或者是错漏百出。而那些有通过自己逻辑推理的学生，他们的思维脉络、知识体系已经基本形成，他们学完新知识后的练习，是对刚刚习得的知识所涉及的思维过程再进一步理顺、强化和完善。此时，做题如果出错，那么，原因就在于逻辑推理还不透彻、知识体系还不完整，如果此时能自己经过思考并把问题逐步解决，那就是对知识加深理解和完善的过程。

为了解决这个问题，我们在教学过程中应该重视培养学生的逻辑思维能力，重视课堂教学设计的逻辑性。看到一个新事物，我们自然的逻辑反应便是“……是什么？”“为什么？”和“怎么样？”对于新知识的学习，可以引导学生自问并解决这三个问题。比如，学习“弹力”，主要就是解决“弹力是什么？”“为什么有弹力？”和“弹力怎么样？”（即大小、方向、作用点这三要素）这三个问题。人教版《普通高中教科书物理必修第一册（2019版）》《第三章 相互作用——力》的“1.重力与弹力”中指出：发生形变的物体，要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫作弹力。弹力关键字眼在“弹”字，也就是要发生弹性形变，单从教材的定义，我们就可以引导学生得出产生弹力的条件和力的三要素，这也是弹力的重点内容。

比如，在学习高一物理的时候，看到“运动”这个标题，首要解决的问题就是“运动是什么？”也只有明确了“运动”是为何物，才有延伸出来的一系列问题。明确了运动是物体的空间位置随时间的变化，也就引出了“怎样描述运动”，而由于运动的多样性和物体外观复杂等原因导致运动描述的困难则是描述运动需要解决的首要难题，进而引出质点，从困难性很直接可连带出将物体看成质点的条件。描述的困难解决了，可以开始描述运动了，进而会发现运动的相对性，建立了参考系之后很自然地就会想到要利用时间和空间两个维度来描述物体的运动，也就建立了时间维度的“时刻”“时间间隔”和空间维度的“位移”“路程”这些概念……

整个运动学看似无关联的枯燥的基本概念在逻辑思维下形成了一个紧密相连的不可分割的知识脉络。从整个高中物理的知识体系来讲，运动学——静力学——牛顿运动定律——曲线运动——万有引力定律——机械能及其守恒定律，这些是属于基础层面的知识，搞不定前面的知识就别想搞定后面的知识。物理知识的逻辑结构非常紧密，环环相扣，而这种逻辑结构正体现了物理独特的科学思维，也是解析自然世界的思维模式。学生经历单个知识点和知识脉络的逻辑推演过程，也是将知识内化为自身能力修养的重要过程。

二、完成了新知识的学习后，在解题过程，逻辑思维同样起着至关重要的作用

比如，下面两道例题：

【例1】如图所示，轻质弹簧的上端固定在电梯的天花板上，弹簧下端悬挂一个小铁球，当电梯在竖直方向运行时，电梯内乘客发现弹簧的伸长量比电梯原来静止时弹簧的伸长量变大了，这一现象表明（）

A.电梯一定处于加速上升阶段

B.电梯的速度方向一定向下

C.乘客一定处在超重状态

D.电梯的加速度方向可能向下

在审题的时候，边读题就得边进行逻辑推理了。“轻质弹簧”：弹簧的质量不计;“电梯原来静止”：小铁球处于静止状态，受力平衡，合力为零，画出受力分析图可以得到弹簧对小球的弹力的大小等于重力;“竖直方向运行时……弹簧伸长量变大”：由胡克定律F=kx可以知道弹力变大，大于重力，合力向上，加速度向上，乘客处于超重状态，可能是向上加速，也可能是向下减速。

【例2】如图，容积均为V的汽缸A、B下端有细管（容积可忽略）连通，阀门K2位于细管的中部，A、B的顶部各有一阀门K1、K3;B中有一可自由滑动的活塞（质量、体积均可忽略）。初始时，三个阀门均打开，活塞在B的底部;关闭K2、K3，通过K1给汽缸充气，使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。已知室温为27 ℃，汽缸导热。

（1）打开K2，求稳定时活塞上方气体的体积和压强;

（2）接着打开K3，求稳定时活塞的位置;

（3）再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20 ℃，求此时活塞下方气体的压强。

这道题是一道高考真题（2017年高考新课标Ⅰ卷理综物理），审题过程的逻辑思维可以是以下过程：

1.“活塞（质量、体积均可忽略）”：活塞悬空时，上下气体压强大小相等。

2.“三个阀门均打开，活塞在B的底部;关闭K2、K3”：活塞上方气体压强等于外面的大气压p0，体积V——上方气体第一状态。

3.“通过K1给汽缸充气，使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1”：A中气体压强3p0，体积V——A中气体第一状态。

4.“汽缸导热”：汽缸内温度保持与室温相等，为27℃。

5.“打开K2，稳定时”：上方气体压强p0小于A中气体压强3p0，活塞上升，稳定时活塞上方气体的压强为p1，体积为V1，活塞下方气体压强等于上方气体压强，亦为p1。

6.“接着打开K3”：由p1=2p0可推出活塞必定上升。那么活塞是否上升到顶？没法直接知道，那么可以有两种假设进行后续推理，解题时选其一即可：

7.“再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20 ℃”：温度升高，活塞已经上升到顶，没法继续膨胀，体积保持2V不变。设加热后活塞下方气体的压强为p3，气体温度从T1=300 K升高到T2=320 K的等容过程中，由查理定律得  ⑦或由理想气体状态方程得  ⑦

從上面两道题目可以看出，在审题过程，分清对象分清阶段，边读题边逻辑推理，是解决问题的关键所在，甚至经常是在逻辑推理下读完题，题目也已经解决了。

教师评讲题目的关键是引导学生学会如何去理清这一逻辑思维过程，如何切题、拆题。而学生听教师讲解题目也有低层次和高层次之分。低层次：没有自己独立思考过或者只是稍微思考过而已，然后看教师或同学如何把题目解出来，得知基本思路和基本过程即已满足。高层次：已经过独立深入的思考，不管自己是否已经解出，都认真地看教师或同学如何切入，如何模块化拆解题目，如何推演题目的逻辑过程，把自己的思路和教师或同学的思路进行比较，孰优孰劣，加以对比后进行优化总结;注意教师对题目演算过程的规范性提出的要求以便养成更快更好地解决问题的良好习惯（规范的写题过程对获得解题思路是有很大帮助的），规范省时少失分。

综上所述，逻辑思维在高中物理的学习中起到非常重要的作用，是学生将新知识内化为自身能力修养的重要手段，是分析问题和解决问题的重要方法。在教学过程中要重视引导学生经历新知识的逻辑思维过程，评讲练习题的时候要重视引导学生有意识地学会利用逻辑思维进行切题、拆题，寻找突破口，有理有据地解决问题。

参考文献：

[1]教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S].人民教育出版社，2020：4-5.

[2]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中教科书物理必修第一册[M].人民教育出版社，2019：57.

责任编辑  罗良英