高中物理课堂培养学生推理能力的教学途径探索

摘"要：高中物理课堂注重培养学生的科学思维，而在这一过程中，推理能力是必不可少的。新型课堂强调以学生为主体，将学生从学习新知识的被动者转变为课堂思维过程的主导者。本文通过实例，介绍了在高中物理课堂教学中，如何利用知识教学、动手实验、习题巩固等环节，来训练提升学生的归纳、类比和演绎推理能力。同时，本文探讨了在推理能力培养上的途径和方法。

关键词：高中物理；课堂教学；推理能力；科学思维

物理学是一门基于观察与实验，建构物理模型，并运用数学等工具进行科学推理和论证，最终形成的系统性学科。在《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》所强调的学科核心素养中，“科学思维”是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出疑问和批判，进行检验和修正，进而提出创造性见解的能力与品格。［1］要帮助学生形成科学思维，就离不开推理能力的培养。

1"推理能力的定义

所谓推理，是指由一个或多个判断，推导出新判断的思维过程。它可以是从个别性知识到一般性结论的归纳推理；也可以是基于反映客观规律的理论，从已知部分推测未知部分的演绎推理；还可以是根据两个或多个对象的相似属性，从而推出它们其他属性也相同的类比推理。推理能力的培养，不仅能够帮助学生更加深切地理解物理知识，还能够激发学生的举一反三能力，从而促使他们进一步探索未知领域的奥义。

2"高中物理课堂教学中培养推理能力的路径

高中物理课堂教学的主要形式包括知识教学、习题教学和实验教学。如何利用好课堂，将知识的掌握和能力的提升有机融合，是教育工作者需要思考的问题。接下来，笔者将结合课堂教学实践中获得的一些心得，按照不同的课堂教学形式分类，列举一些尝试提升学生推理能力的途径，以供参考。

2.1"知识教学环节

2.1.1"公式推导

很多学生在物理学习的过程中，对公式的记忆感到力不从心。他们在做题的时候常因记不住公式而导致失分，甚至有时思路都是对的但公式使用错了。随着学习内容和深度的增加，定量关系也逐渐增加。如果把它们都分裂开来死记硬背，对学生的记忆要求确实比较高。其实，物理学是一个庞大的体系，公式之间有许多联系。如果把知识之间的联系理清楚，借助于已学知识推出新知识，记忆负担就会减轻不少。

在人教版高中物理选择性必修第一册第二章的“匀变速直线运动规律”教学中，教师可以把这样的问题抛给学生。

例1"已知速度－时间的关系式v＝v0＋at，位移－时间的关系式x＝v0t＋12at2，你能否推导出一个描述位移－速度的关系式？（要求式子中不包含时间t）

学生能够自己整理出v2－v20＝2ax。

教师还可以继续提问：你能否进一步推导出平均速度？它相当于什么时刻的瞬时速度？

学生可以由此得到平均速度等于中间时刻瞬时速度的推论v＝vt2。

在人教版高中物理选择性必修第一册第一章第2节“动量定理”的学习过程中，教师可以给出以下例题。

例2"通过整理动量变化量Δp，可以找出变化产生的本质——速度的变化量Δv。那产生速度变化量Δv的原因是什么？

学生回答：是加速度a＝ΔvΔt，Δp＝mΔv＝maΔt。

教师还可以继续追问：式中ma是什么？

学生回答：是合外力，动量定理的关系式是mΔv＝FΔt。

借此机会，教师可以引导学生回顾物理学史，让学生体会当年牛顿由手稿中的动量定理表达式得出牛顿第二定律的推理历程。

让学生通过自己的推理得出结论，一来能使他们的获得感更强，印象更加深刻；二来也能让他们更好地体会到知识之间的内在联系，感受科学思维之美。

2.1.2"类比学习

大自然中的很多规律都有类似特点，因此类比迁移在探求新知的过程中就显得尤为关键。

在物理学习的过程中，学生对声学和光学的概念接受得相对容易，而对电场、磁场等抽象概念感到理解困难。在教学过程中，教师可以将电流与水流作类比，帮助学生更好地理解“电流从电势高的地方到电势低的地方”。同时，教师还可以将水容器的装水本领迁移到电容器的装载电荷能力，从而使这一抽象概念更易于理解。

库仑定律的发现就是基于对万有引力定律表达式的类比。真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比。这和万有引力定律的表达式高度相似。库仑类比万有引力定律提出了猜想，之后通过实验验证，最终确立了库仑定律表达式，这对静电场的研究具有深远的意义。这段物理学史充分体现了在探索未知领域的过程中，类比推理是非常重要的。讲述科学家的探究小故事，既能够强调科学思维的价值，也能够培养学生的科学态度与责任。

2.2"习题教学环节

习题教学是学生自主实践并提升自身推理能力的重要环节。学生在解题过程中，先对情境变化提出假设并进行推理分析，随后将结果代回到原题的条件中，检验其是否符合要求。假设法在处理摩擦力、气体习题时尤为常见。

例1"如图所示，一开口向下的直玻璃管，通过细绳悬挂固定，玻璃管下端浸没在固定的水银槽中，管内液面高于管外液面.现向水银槽内加入水银，则（""）。

A. 管内气体体积不变

B. 细绳拉力不变

C. 管内气体压强变大

D. 管内外液面高度差变大

分析：本题考查了气体实验定律在液柱类问题中的应用。管内气体发生等温变化，向水银槽内加入水银的过程，假设玻璃管内气体压强不变，根据分析可知管内气体压强变大，管内气体体积变小。根据p＋ρgh＝p0可知，管内外液面高度差变小。

例2"静止的车厢顶部用细线竖直悬挂一小球，如图所示，小球下方与一光滑斜面接触。关于小球的受力，下列说法正确的是（""）。

A. 细线可能对小球没有拉力作用

B. 小球受重力、细线对它的拉力和斜面对它的弹力

C. 细线对小球有拉力，这个拉力是细线发生形变产生的

D. 斜面对小球一定有弹力

分析：本题考查了受力分析、形变及弹力的产生条件。假设细线对小球没有拉力，则小球受到重力和斜面的弹力，不能平衡，假设不成立，故A错误。小球和光滑斜面接触，假设斜面对小球有弹力，小球将受到三个力作用，重力和竖直方向上的拉力，斜面对小球的弹力垂直于斜面向上，三个力的合力不可能为零，与题设条件矛盾，则斜面对小球没有弹力，故B、D错误。

2.3"实验教学环节

2.3.1"控制变量法，多次实验找一般规律

科学探究的过程往往始于一次偶然的发现，它激发了思考和提问，进而点燃了探索的热情。这些引起科学家关注的现象，就是探索的起点——“特殊”。而学生通过大量的实验去找寻这些“特殊”背后的共通性，是把它们归纳为“一般”的必经之路。在物理教学中，实验是一个必不可少的重要组成部分。为了验证观点的正确性，必须要有大量的实验数据作为支持。进行大量实验可以减少实验误差对结果造成的影响，从而帮助我们归纳出一般性规律。所以说，实验是学生直接体验归纳推理的重要环节。

2.3.2"通过建模、逻辑推理，解释实验现象

科学家揭秘现象发生的本质时，并不总是通过控制变量法的实验归纳来找出影响因素，有时候也需要基于已有知识的基础尝试建模解释实验现象。卢瑟福在发现α粒子轰击金箔实验中“极少数α粒子发生大角度偏转”的现象时，他就是尝试基于已有结论“同种电荷相互排斥”的特性去解释这一现象。为了符合原子整体呈现电中性的特点和绝大多数α粒子不发生偏转的情况，他猜想正电荷集中在原子中心，进而提出了原子核式结构模型。

科学的进步离不开新生代对已有领域的突破与创新，而创造性见解的提出离不开推理能力的养成。教师要把握好课堂教学的有限时间，在教学过程中激发学生的探究热情，培养他们的推理能力。这不仅能大大提升学生对课堂知识的理解，更能在潜移默化中提高学生的核心素养。

参考文献

［1］中华人民共和国教育部. 普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）［M］.北京：人民教育出版社，2020：4"-5．

*基金项目：本文系江苏省中小学教学研究第十四期课题“系列微视频模式下新教材高中物理实验的开发和研究”（课题编号：2021JY14"-L10）和江苏省十四五教育科学规划课题“文化意蕴视角下的高中物理教学与评价研究”（课题编号：SJMJ/2021/04）的阶段研究成果。