踐行核心素養(yǎng)培養(yǎng)物理推理能力

【摘

要】推理能力是學生學業(yè)技能中的重要能力之一，也是學生思維發(fā)展的重要標志之一。推理能力的發(fā)展雖然與學生的自身成長有關，但教師的方向引導和方法指導可以促進學生推理能力的發(fā)展，提高推理的正確性。本文以一線教師的視角，從具體實例出發(fā)探討了物理推理能力的培養(yǎng)策略?！娟P鍵詞】高中學生;推理能力;物理教學一、物理學科的特點物理學是一門自然科學，它是研究自然界中物體運動規(guī)律和物質結構及其應用的學科，是需要學生通過基礎概念的學習，透過事物的表象，深入探索現(xiàn)象背后的原因，找出物理原理和本質的學科。學習物理的過程就是發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并基于已習得的物理概念、物理規(guī)律做出合理推理，最終通過實驗等手段進行論證的過程。二、核心素養(yǎng)中對推理能力的界定推理能力是學生學業(yè)技能中的重要能力之一，也是學生思維發(fā)展的重要標志之一?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標準》（2017年版）中將物理學科的核心素養(yǎng)分為4個層面，教學應以物理觀念為基礎，科學思維為核心，科學探究為手段，將科學態(tài)度與責任貫穿整個教學過程。在科學思維的有序培養(yǎng)中就明確指出了包含科學推理能力在內的四種能力。在《江蘇省普通高中學業(yè)水平測試（選修科目）說明》一書中對物理推理能力進行了解釋：推理能力是指能夠從相關的物理概念、物理規(guī)律出發(fā)，在一定的情境下導出相應的物理定理或物理公式;能依據(jù)已有的物理事實和給定的條件，結合已習得的知識及方法進行邏輯推理和論證，得出合理的結論或做出正確的判斷，并能夠把推理過程呈現(xiàn)出來。推理能力并非與生俱來，而是需要通過自身成長，通過學習積累、探索訓練以及經(jīng)驗總結，不斷提升發(fā)展。而教師的方向引導和方法指導對學生推理能力的發(fā)展起到了關鍵的促進作用，能幫助學生提高推理的正確性。三、在物理教學中踐行核心素養(yǎng)培養(yǎng)推理能力為了培養(yǎng)學生的科學思維能力，也為了給高考奠定基礎，教師要有意識地培養(yǎng)學生的推理能力。接下來本文就從物理學科的教學入手，通過具體的教學案例來談一談高中學生推理能力的培養(yǎng)策略。（一）鼓勵反復閱讀，解讀關鍵詞語，找到推理的切入點閱讀是學習的基石，對于淺顯易懂的描述性文字，通過逐字逐句地閱讀就能完全掌握，但對于一些有深刻內涵的文字，比如物理概念和規(guī)律，那就需要反復閱讀，在反復的閱讀中解讀文字中的關鍵詞語，通過對關鍵詞語的思考，找準推理的切入點，從而理解定律中包含的物理精髓?，F(xiàn)以牛頓第一定律“一切物體總保持勻速運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)”為例。教師通過牛頓第一定律的發(fā)展史，說明這看似簡單的一句話凝聚了多位科學家的努力，最終由牛頓總結升華得到的，是值得反復閱讀的。教師應引導學生在反復閱讀中體會：“一切”告訴我們它的適用對象，成立范圍，“總是”說明了是一切物體都有的屬性;“除非”指出了打破這種運動狀態(tài)的條件。通過深入閱讀我們就能深刻理解牛頓第一定律，并在實際生產生活中運用牛頓第一定律。之后抓住“除非”這個關鍵詞語，再深入推理，我們可以看到，一切物體只要受到外力作用，運動狀態(tài)就會發(fā)生改變，而描述運動狀態(tài)變化的物理量是加速度，由此可以推導出加速度和外力有關，這也就為接下來要學習的牛頓第二定律埋下伏筆?？梢姟俺恰本褪巧钊胪评淼那腥肟?，為我們進一步認識規(guī)律提供了新的方向。應對高考是我們的現(xiàn)實需求，在2019年的江蘇高考中有這樣一題：如下圖所示，輕質彈簧的左端固定，并處于自然狀態(tài)，小物塊的質量為m，從A點向左沿水平地面運動，壓縮彈簧后被彈回，運動到A點恰好靜止。物塊向左運動的最大位移為s，與地面間的動摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g，彈簧未超出彈性限度。下列選項中正確的有幾項？（A.彈簧的最大彈力為μmg;B.物塊克服摩擦力做的功為2μmgs;C.彈簧的最大彈性勢能為μmgs;D.物塊在A點的初速度為。）題干的表面含義都能夠理解，但有些文字的背后還隱含著更多的物理含義，這就需要教師提醒學生通過反復閱讀，找到關鍵詞語，分析出其背后的隱含條件，再推理出結論。通過“自然狀態(tài)”可以聯(lián)想推理：彈簧原長，此時彈力為零，彈性勢能為零?！皬腁點向左……運動”再結合上下文和圖像，可以看到物塊在A點有初速度，而不是在外力作用下開始運動。“運動到A點恰好靜止”，結合之前物塊在A點的初始狀態(tài)，我們可以得到：經(jīng)過一個來回，物塊停下來了，從而推理出物塊在整個過程中損失了動能，彈簧在整個過程中經(jīng)歷了彈性勢能的增加和減少，最終歸為零。再結合B、C選項，可以推理出解題的方向：對系統(tǒng)利用動能定理或能量守恒。通過“最大位移”結合“反彈”我們可以推理出此時彈力最大，速度為零，但加速度不為零，合力不為零，對應A選項分析，可以得出結論。閱讀、分析、推理至此，這道多選題也就迎刃而解了。可見，在物理概念規(guī)律及物理習題的學習中，我們都需要運用推理能力深刻理解物理現(xiàn)象背后的本質，而通過關鍵詞語我們可以找準推理的切入口，激活背景知識，完成學習目標。（二）設計進階問題，加強有效提問，推動推理進程提問是課堂教學活動的重要組成部分，有效提問是調動學生思維積極性的重要手段，可以引領學生的推理方向，推動學生的推理進程。比如，在研究牛頓第三定律時，我們會出示一些生活中相互作用的圖片和視頻，如果拋出的問題是“同學們，你們看到了什么？”學生不明白問題的指向性，回答就可能偏離我們的教學主題。但如果我們將問題的指向性變明確，“同學們，你們看到圖片中運動的主體有幾個？”“它們的運動情況分別是怎么樣的？”“促使它們運動狀態(tài)發(fā)生變化的力分別有什么特點？”引領學生一步一步接近課題的核心，從而可以推理出：兩個物體相互作用的力可能是方向相反的。這時就可以順勢提出：兩個物體相互作用的力的大小又會是什么關系呢？進而再次引導學生進行推理驗證。對于難度相對較大的物理問題，要設計進階式問題，引導學生思考，推動推理的進程。江蘇高考題中有過這樣一道題：如下圖，磁感應強度大小為B的勻強磁場中有一水平絕緣薄板，其與磁場的左右邊界垂直，相交于M，N，已知MN=L，粒子打到板上時會反彈（設碰撞時間極短），反彈前后豎直分速度大小不變，方向相反，水平分速度不變，電量為-q質量為m的粒子，從左邊界的不同位置以一定速度水平射入磁場，在磁場中做圓周運動的半徑為d，且d<L。不計粒子重力，電荷量保持不變。在這里以第2問（欲使粒子從磁場左邊界射出，求入射點到M的最大距離dM）為例。本題綜合性較強，需要學生有一定的數(shù)理結合能力，其中作圖是解題的關鍵一環(huán)，也是學生解題的難點所在，為此在講解該題時，要以問題為引領，帶領學生分析，幫助學生一步步突破。問題1：你能繪出粒子剛好不經(jīng)MN板反彈，直接從左邊界射出的圖像嗎？（強調關鍵詞“剛好”，這是物理中常用的臨界狀態(tài)的描述詞。）學生回答并繪圖。問題2：如果粒子的入射點升高，粒子一定能從左側射出嗎？那降低呢？學生回答（升高一定從左邊界射出，降低未必）。問題3：請你將入射點降低后的圖像和問題1中的圖像繪制到同一張圖上。想一想，你有幾種繪圖方法。觀察學生的解答情況，以問題形式進行提示。問題4：運動是具有相對性的，那么我們在繪圖時能不能利用這種相對性進行逆向思維？最后，教師帶領學生一起總結：本題中粒子運動半徑不變，入射點為軌跡最高點也不變，只是和MN板間的距離發(fā)生改變，根據(jù)運動的相對性，升高射入點就是將MN板下移，降低射入點就是將MN板上移。（這一點為學生接下去的思考、繪圖、推理埋下伏筆。）通過進階式提問，帶領學生不斷思索，推動推理進程，讓之后的數(shù)學論證變得水到渠成。要培養(yǎng)學生的推理能力，教師就要在所提問題上下功夫，多提具有啟發(fā)性和反思性的有質量的問題，對于難度過大的問題需要設計進階式問題，引導學生努力思考，認真分析，合理推理，完整作答。（三）依托思維導圖，拓展思維廣度，實現(xiàn)歸納推理高中物理絕對是一門有難度、有深度的學科，一個問題的發(fā)展方向往往會有多種可能性。為了清晰且不遺漏地展示各種可能性，教師可以利用思維導圖向學生清晰直觀地展示分析方向，給出思考脈絡，對事實論證的結論總結到位，讓歸納推理更全面、更嚴謹，結果更可信。例題：物塊以向右的初速度v0，滑上如圖水平轉動的傳送帶所用時間為t1。當傳送帶不轉動時，通過傳輸帶的時間為t2，試分析t1，t2可能的大小關系，并說明原因。由于木塊滑上傳送帶的速度大小具有不確定性，所以在研究過程中就需要分情況討論，這時利用思維導圖就可以清晰地展示各種情況，為推理提供方向。通過思維導圖的展示，我們分情況有目的地研究木塊在速度等于、小于、大于傳送帶的速度時的受力情況，從而判斷木塊的速度變化情況。引導學生對該問題進行歸納推理：在水平傳送帶上木塊的運動速度總是趨向于傳送帶的速度，只要傳送帶足夠長，最終速度一定相同，此時摩擦力發(fā)生突變，加速度隨之突變?yōu)榱?，此后與傳送帶一起勻速向前?？梢?，物理推理能力可以通過總結對事物的表象分析，分層判斷，進而歸納