鄒艷梅

【關(guān)鍵詞】 ?物理 論證 邏輯 歸納 演繹

【中圖分類號(hào)】 ?G633.7 ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 ?A ? 【文章編號(hào)】 ?1992-7711（2019）23-080-02

在2017年版普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中物理核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”和“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面構(gòu)成，其中的“科學(xué)思維”又包含“模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新”四項(xiàng)主要成分?！翱茖W(xué)論證”首次被寫(xiě)入課標(biāo)中，可見(jiàn)“論證”作為科學(xué)學(xué)習(xí)和研究中邏輯思維能力和批判性思維的重要體現(xiàn)，其研究和培養(yǎng)已得到廣泛關(guān)注。那么，在物理學(xué)習(xí)中通常涉及到哪些論證方法呢？本文將從邏輯學(xué)角度梳理出一些在高中物理中應(yīng)用較多的論證方法，結(jié)合物理實(shí)例進(jìn)行闡述，以期拋磚引玉引起同行對(duì)物理論證方法的識(shí)別，并有意識(shí)引導(dǎo)學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中實(shí)踐這些方法，以幫助學(xué)生提高物理論證能力。

1.論證方法在建構(gòu)物理知識(shí)上的應(yīng)用

論證是用某些理由去支持或反駁某個(gè)觀點(diǎn)的過(guò)程或語(yǔ)言形式，論證要使用推理，論據(jù)相當(dāng)于推理的前提，論點(diǎn)相當(dāng)于推理的結(jié)論，從論據(jù)導(dǎo)出論點(diǎn)的過(guò)程相當(dāng)于推理的形式，即本文中的“論證方法”，物理科學(xué)是人類對(duì)自然界中存在的物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，這些知識(shí)來(lái)源于觀察和實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家在形成知識(shí)的過(guò)程中涉及到諸多論證方法，教材在呈現(xiàn)知識(shí)的時(shí)候也基本遵照它們被形成時(shí)的本來(lái)路徑給予了還原。

1.1類比論證

根據(jù)兩個(gè)或兩類事物在一系列屬性上的相似，從而推出它們?cè)诹硪粋€(gè)或另一些屬性上也相似的推理。在物理中利用類比法對(duì)知識(shí)進(jìn)行闡述和論證的典型例子很多，比如用引力場(chǎng)類比電場(chǎng)，這個(gè)類比出現(xiàn)在電勢(shì)能部分，其屬性的相似源于電場(chǎng)力和引力均為保守力，基于此可以組成一個(gè)類比鏈條，電荷及其守恒類比質(zhì)量及其守恒;庫(kù)侖定律類比萬(wàn)有引力定律;電場(chǎng)強(qiáng)度類比引力場(chǎng)強(qiáng)度;電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的關(guān)系類比引力做功和重力勢(shì)能變化的關(guān)系;帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)類比平拋運(yùn)動(dòng)等。通過(guò)類比介紹新知識(shí)能夠在復(fù)習(xí)舊知識(shí)的同時(shí)幫助學(xué)生更好地理解新知識(shí)，通過(guò)歸納、比較、尋找知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系，也能夠提升學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移和創(chuàng)新能力。

1.2比喻論證（又叫喻證法）

用比喻者之理去論證被比喻者之理，理相同、類相異，類相異才能做比喻，理相同才能進(jìn)行推理，才能起到論證的作用。比如，用水流比喻電流時(shí)水泵是產(chǎn)生水壓的裝置，就像電源是產(chǎn)生電壓的裝置一樣;再比如用水桶裝水比喻電容器儲(chǔ)存電荷，水桶的底面積比喻電容，水深則和電壓同理，若相同的水深對(duì)應(yīng)的水量越多說(shuō)明底面積越大、越粗，就好比相同的電壓電荷量越多則表示電容越大。又比如用跳臺(tái)階比喻光電效應(yīng)，只有動(dòng)能大于兩臺(tái)階之間人的重力勢(shì)能差值才能躍上上一級(jí)臺(tái)階一樣，只有光子能量大于逸出功才可能發(fā)生光電效應(yīng)。比喻論證能夠使抽象的問(wèn)題具體化、陌生的問(wèn)題熟悉化，如果比喻恰當(dāng)，論證時(shí)能起到事半功倍的說(shuō)服效果。

1.3科學(xué)歸納法

歸納推理是指從一般性原理到個(gè)別性論斷，或者是從一般性原理到另一個(gè)一般性原理的推理，歸納時(shí)所選擇的樣本數(shù)量決定了歸納結(jié)論與真理的距離，但許多時(shí)候我們不可能也沒(méi)有必要在窮盡全部的可能之后才給出結(jié)論，我們需要跳出純觀察取樣的藩籬，結(jié)合實(shí)驗(yàn)和思考，找到共性和規(guī)律，大膽給出結(jié)論，這就是“科學(xué)歸納法”的特點(diǎn)。歸納能夠產(chǎn)生新的知識(shí)，這一點(diǎn)區(qū)別于演繹。物理學(xué)中的許多結(jié)論都來(lái)源于科學(xué)歸納法，從自然科學(xué)之父伽利略開(kāi)創(chuàng)“實(shí)驗(yàn)加推理”的“理想實(shí)驗(yàn)”以來(lái)，科學(xué)家們都開(kāi)始拋棄亞里士多德機(jī)械唯物主義進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)，啟動(dòng)演算、推理，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，尋找共性，得出結(jié)論。比如自然界中的電荷有兩種，一種是正電荷，由絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒所帶，另一種是負(fù)電荷，由毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒所帶。要窮盡一切帶電體所帶的電荷性質(zhì)之后再下結(jié)論是不經(jīng)濟(jì)也不現(xiàn)實(shí)的，人們研究了一些帶電體之后，發(fā)現(xiàn)凡是和絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒相互吸引的就會(huì)和毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒相互排斥，反之亦然，結(jié)合天地、陰陽(yáng)、對(duì)稱、中和等等線索，給出結(jié)論：自然界僅存在兩種電荷，一正一負(fù)。

1.4排除歸納法

排除歸納法中的剩余法在物理中應(yīng)用比較典型，如果已知某一復(fù)雜現(xiàn)象是另一復(fù)雜現(xiàn)象的原因，同時(shí)又知前一現(xiàn)象中的某一部分是后一現(xiàn)象中某一部分的原因，那么，前一現(xiàn)象的其余部分與后一現(xiàn)象的其余部分有因果聯(lián)系。比如海王星的發(fā)現(xiàn)，天王星被發(fā)現(xiàn)之后，科學(xué)家依據(jù)萬(wàn)有引力理論計(jì)算的數(shù)據(jù)和觀測(cè)數(shù)據(jù)不一致，1845年年輕學(xué)者勒維烈（Leverier）預(yù)測(cè)，在天王星周圍的某個(gè)地方存在一個(gè)干擾它運(yùn)動(dòng)的行星，并于1846年完成了他的計(jì)算，之后委托柏林的迦勒（Galle）開(kāi)始尋找，在不到一個(gè)小時(shí)的時(shí)間里就找到了一個(gè)物體，即“海王星”，這是應(yīng)用剩余法成功的典型例子。再比如居里夫人發(fā)現(xiàn)鐳，已知純鈾的射線強(qiáng)度，一定量的瀝青所含的純鈾量已知，但該瀝青釋放的射線卻高于理論值，說(shuō)明其中一定有其他釋放射線的物質(zhì)，經(jīng)提煉，發(fā)現(xiàn)了鐳，并因此獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。還比如中子的發(fā)現(xiàn)，盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子之后意識(shí)到原子核中若只有質(zhì)子的話其質(zhì)量?jī)H為實(shí)際質(zhì)量的一半左右，所以其中一定有一種不帶電但有質(zhì)量的東西，盧瑟福的學(xué)生查德威克基于老師的預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)了中子，并由此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1.5演繹法

演繹推理是指從一般性原理到個(gè)別性論斷，或者是從一般性原理到另一個(gè)一般性原理的推理。演繹推理被認(rèn)為不能產(chǎn)生新的知識(shí)，但如果結(jié)合實(shí)驗(yàn)和進(jìn)行引申，能夠說(shuō)明新的知識(shí)，還能夠借演繹呈現(xiàn)知識(shí)間的聯(lián)系，也能在清晰推理鏈條的時(shí)候提升學(xué)生的個(gè)人推理能力。物理中比較多新結(jié)論、新工具，都借用了演繹法實(shí)現(xiàn)從舊知識(shí)往新知識(shí)過(guò)渡。比如從牛頓第二定律和速度平方公式推出動(dòng)能定理;從牛頓第三定律和動(dòng)量定理推出系統(tǒng)動(dòng)量守恒定律;由動(dòng)能定理推出機(jī)械能守恒定律等。演繹過(guò)程中如果要形成新的理論，需要有新的支撐和標(biāo)注前提，但如果只是解答問(wèn)題就只需要確保前提準(zhǔn)確，邏輯合理。

2.物理習(xí)題設(shè)置指向的論證方法

論證從大的方面來(lái)說(shuō)分成兩類，演繹和歸納，要么就是證偽（反駁），而證偽需要我們明白謬誤的種類。不同的物理問(wèn)題需要用到不同的論證方法，當(dāng)然，許多時(shí)候要交叉使用。

2.1概念辨析對(duì)應(yīng)的謬誤種類

概念辨析通常出現(xiàn)在選擇題中，四個(gè)選項(xiàng)有對(duì)有錯(cuò)，錯(cuò)誤總會(huì)有錯(cuò)誤的方向，常見(jiàn)的有：歧義性謬誤、假設(shè)性謬誤和關(guān)聯(lián)性謬誤。歧義性謬誤又有多種表現(xiàn)形式，要么概念混淆、要么指代不明、要么把整體屬性無(wú)條件遷移至個(gè)體或者個(gè)體屬性無(wú)條件遷移至整體。比如，只要物體受力的同時(shí)又發(fā)生了位移，則一定有力對(duì)物體做了功;電場(chǎng)中電勢(shì)降低的方向就是電場(chǎng)方向;由于安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，所以洛倫茲力也可能做功等，都是出現(xiàn)了歧義性謬誤，這類謬誤的產(chǎn)生沒(méi)有注意結(jié)論成立的條件和語(yǔ)境，做了盲目遷移。假設(shè)性謬誤是指在論證或推理過(guò)程中暗中利用了某些不當(dāng)?shù)募俣?、預(yù)設(shè)，只有依賴它們才能得出錯(cuò)誤的結(jié)論，比如，因?yàn)榱κ歉淖兾矬w運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，摩托車轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過(guò)大就會(huì)向外發(fā)生滑動(dòng)，這是摩托車受沿轉(zhuǎn)彎半徑向外的離心力作用的結(jié)果。關(guān)聯(lián)性謬誤指從語(yǔ)言、心理上有關(guān)，但在邏輯上無(wú)關(guān)的前提出發(fā)推理，以至前提與結(jié)論的推出不相干。比如，線圈中的電流越大，自感系數(shù)也越大;線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中穿過(guò)線圈的磁通量最大時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也最大等，都是出現(xiàn)了關(guān)聯(lián)性性謬誤，這類謬誤發(fā)生時(shí)論證者雖然知道相關(guān)知識(shí)，但因?yàn)榛\統(tǒng)或片面以致不能辨別現(xiàn)象發(fā)生的實(shí)質(zhì)原因。

雖然我們?cè)趲ьI(lǐng)學(xué)生分析謬誤的時(shí)候多借用已有的正確理論去反駁，但教師自己心里要清楚某一種謬誤發(fā)生的原因。因?yàn)榻處煹穆殬I(yè)特征是“傳道、授業(yè)、解惑”，學(xué)生之“惑”有時(shí)候源于未知，有時(shí)候源于謬誤。當(dāng)學(xué)生做了錯(cuò)誤論證時(shí)，我們要能從論證的角度識(shí)別出謬誤的種類，然后予以糾正，這里就涉及到論證的反駁，一個(gè)正確的論證必須保證兩點(diǎn)，首先前提為真，其次推理過(guò)程合乎邏輯、推理形式有效。當(dāng)發(fā)現(xiàn)學(xué)生做了錯(cuò)誤論證時(shí)，教師的反駁角度一般有兩個(gè)，一是從結(jié)論反駁，只需舉出一個(gè)反例即可，二是從正確理論出發(fā)進(jìn)行一個(gè)有效的推理得出正確結(jié)論。比如，學(xué)生說(shuō)“速度發(fā)生變化的運(yùn)動(dòng)一定是曲線運(yùn)動(dòng)?！苯處熆梢耘e例光滑水平面上的彈簧振子，也可以從運(yùn)動(dòng)分類出發(fā)，羅列出各種運(yùn)動(dòng)在速度和加速度上的特征，學(xué)生通過(guò)比對(duì)就能意識(shí)到自己錯(cuò)誤的根源。

2.2計(jì)算題多用到演繹

中學(xué)階段需要學(xué)生解答的物理問(wèn)題大多數(shù)可以由演繹來(lái)完成，教師主要傳授一些真理性的結(jié)論，比如公式、定理、定律和生活常識(shí)。這些就成為了諸多一般性原理，而問(wèn)題則是具有個(gè)體性的情景，這時(shí)候，學(xué)生是否能迅速?gòu)膬?chǔ)備庫(kù)中提取出對(duì)應(yīng)的一般性原理，應(yīng)用正確有效的推理形式對(duì)問(wèn)題作出論證，這基本上就決定了一個(gè)學(xué)生解決物理問(wèn)題的能力高低。這種能力的高低又取決于學(xué)生對(duì)諸多一般性原理的熟悉程度，對(duì)問(wèn)題情境的識(shí)別能力，以及在情境和原理之間搭建邏輯通道的能力，以上三種能力在教學(xué)目標(biāo)中即“基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能”，在核心素養(yǎng)中表現(xiàn)為“物理觀念、建模能力和推理論證能力?！?/p>

2.3實(shí)驗(yàn)題涉及歸納，學(xué)習(xí)策略也涉及到歸納

在有一些問(wèn)題的解答中需要先對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分類，用演繹得到結(jié)論，之后再歸納最終結(jié)果。比如2019年全國(guó)一卷理綜物理部分的15題，我們可以先對(duì)P、Q兩個(gè)帶電體的帶電情形做分類，“正正”“負(fù)負(fù)”“正負(fù)”“負(fù)正”四種，帶入題設(shè)條件作出推理，歸納結(jié)果，吻合為真，沖突為假。較多創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)原理，對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)作出推算，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論做陳述，也就是歸納實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)給出結(jié)論。對(duì)于文科生，歸納能力比較多體現(xiàn)在學(xué)科本身上，而對(duì)于理科生，歸納能力則較多體現(xiàn)在學(xué)法上。一個(gè)部分學(xué)習(xí)完畢，學(xué)生要能對(duì)知識(shí)網(wǎng)路做整理歸納，找到知識(shí)間的聯(lián)系，鞏固對(duì)知識(shí)的理解;一個(gè)階段學(xué)習(xí)完畢，學(xué)生要能對(duì)自己前期的學(xué)習(xí)節(jié)奏、學(xué)習(xí)方法做出歸納，找到積極有效的做法，修正消極低效的做法，為后一階段的學(xué)習(xí)做出指導(dǎo)。

3.小結(jié)

即便新的課程標(biāo)準(zhǔn)不提“論證”，論證在中學(xué)物理各個(gè)環(huán)節(jié)的滲透也不容被忽視。無(wú)論是在學(xué)科知識(shí)介紹中，還是在輔導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)中，教師都需要對(duì)論證有比較清晰的認(rèn)識(shí)，最好能比較嫻熟地使用各種論證方法來(lái)指導(dǎo)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，一方面提升教學(xué)效果，另一方面落實(shí)新課程標(biāo)準(zhǔn)精神。

本文系廣東省教育科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目“以論證教學(xué)培養(yǎng)內(nèi)地新疆高中班預(yù)科學(xué)生論證能力的研究”（批準(zhǔn)號(hào)：2016YQJK003）階段成果之一。

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[1]普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)修訂組.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)解讀[M].北京：高等教育出版社，2018.

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