中学物理常用到的论证方法探析

龙源期刊网中学物理常用到的论证方法探析作者：邹艳梅来源：《中学课程辅导·教育科研》2019年第23期;;;;【摘要】;论证能力首次被写入新的物理课程標准中，在论证过程中必然涉及到论证方法，中学物理中涉及的论证方法主要有演绎法和归纳法，而基于这两种之下有许多细节方法，本文尝试从物理知识构建、物理问题设置两个角度对论证方法的使用做了阐述，并对教师的教学行为给了相应的建议。【关键词】;物理论证逻辑归纳演绎【中图分类号】;G633.7;;;;;;【文献标识码】;A;【文章编号】;1992-7711（2019）23-080-02在2017年版普通高中物理课程标准中物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”和“科学态度与责任”四个方面构成，其中的“科学思维”又包含“模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新”四项主要成分。“科学论证”首次被写入课标中，可见“论证”作为科学学习和研究中逻辑思维能力和批判性思维的重要体现，其研究和培养已得到广泛关注。那么，在物理学习中通常涉及到哪些论证方法呢？本文将从逻辑学角度梳理出一些在高中物理中应用较多的论证方法，结合物理实例进行阐述，以期抛砖引玉引起同行对物理论证方法的识别，并有意识引导学生在物理学习中实践这些方法，以帮助学生提高物理论证能力。1.论证方法在建构物理知识上的应用论证是用某些理由去支持或反驳某个观点的过程或语言形式，论证要使用推理，论据相当于推理的前提，论点相当于推理的结论，从论据导出论点的过程相当于推理的形式，即本文中的“论证方法”，物理科学是人类对自然界中存在的物质的基本结构、相互作用和运动规律的认识，这些知识来源于观察和实验，科学家在形成知识的过程中涉及到诸多论证方法，教材在呈现知识的时候也基本遵照它们被形成时的本来路径给予了还原。1.1类比论证根据两个或两类事物在一系列属性上的相似，从而推出它们在另一个或另一些属性上也相似的推理。在物理中利用类比法对知识进行阐述和论证的典型例子很多，比如用引力场类比电场，这个类比出现在电势能部分，其属性的相似源于电场力和引力均为保守力，基于此可以组成一个类比链条，电荷及其守恒类比质量及其守恒;库仑定律类比万有引力定律;电场强度类比引力场强度;电场力做功与电势能的关系类比引力做功和重力势能变化的关系;带电粒子在匀强电场中的运动类比平抛运动等。通过类比介绍新知识能够在复习旧知识的同时帮助学生更好地龙源期刊网理解新知识，通过归纳、比较、寻找知识间的内在联系，也能够提升学生对知识的迁移和创新能力。1.2比喻论证（又叫喻证法）用比喻者之理去论证被比喻者之理，理相同、类相异，类相异才能做比喻，理相同才能进行推理，才能起到论证的作用。比如，用水流比喻电流时水泵是产生水压的装置，就像电源是产生电压的装置一样;再比如用水桶装水比喻电容器储存电荷，水桶的底面积比喻电容，水深则和电压同理，若相同的水深对应的水量越多说明底面积越大、越粗，就好比相同的电压电荷量越多则表示电容越大。又比如用跳台阶比喻光电效应，只有动能大于两台阶之间人的重力势能差值才能跃上上一级台阶一样，只有光子能量大于逸出功才可能发生光电效应。比喻论证能够使抽象的问题具体化、陌生的问题熟悉化，如果比喻恰当，论证时能起到事半功倍的说服效果。1.3科学归纳法归纳推理是指从一般性原理到个别性论断，或者是从一般性原理到另一个一般性原理的推理，归纳时所选择的样本数量决定了归纳结论与真理的距离，但许多时候我们不可能也没有必要在穷尽全部的可能之后才给出结论，我们需要跳出纯观察取样的藩篱，结合实验和思考，找到共性和规律，大胆给出结论，这就是“科学归纳法”的特点。归纳能够产生新的知识，这一点区别于演绎。物理学中的许多结论都来源于科学归纳法，从自然科学之父伽利略开创“实验加推理”的“理想实验”以来，科学家们都开始抛弃亚里士多德机械唯物主义进入到实验室开始做实验，启动演算、推理，发现规律，寻找共性，得出结论。比如自然界中的电荷有两种，一种是正电荷，由丝绸摩擦过的玻璃棒所带，另一种是负电荷，由毛皮摩擦过的橡胶棒所带。要穷尽一切带电体所带的电荷性质之后再下结论是不经济也不现实的，人们研究了一些带电体之后，发现凡是和丝绸摩擦过的玻璃棒相互吸引的就会和毛皮摩擦过的橡胶棒相互排斥，反之亦然，结合天地、阴阳、对称、中和等等线索，给出结论：自然界仅存在两种电荷，一正一负。1.4排除归纳法排除归纳法中的剩余法在物理中应用比较典型，如果已知某一复杂现象是另一复杂现象的原因，同时又知前一现象中的某一部分是后一现象中某一部分的原因，那么，前一现象的其余部分与后一现象的其余部分有因果联系。比如海王星的发现，天王星被发现之后，科学家依据万有引力理论计算的数据和观测数据不一致，1845年年轻学者勒维烈（Leverier）预测，在天王星周围的某个地方存在一个干扰它运动的行星，并于1846年完成了他的计算，之后委托柏林的迦勒（Galle）开始寻找，在不到一个小时的时间里就找到了一个物体，即“海王星”，这是应用剩余法成功的典型例子。再比如居里夫人发现镭，已知纯铀的射线强度，一定量的沥青所含的纯铀量已知，但该沥青释放的射线却高于理论值，说明其中一定有其他释放射线的物质，经提炼，发现了镭，并因此获得诺贝尔化学奖。还比如中子的发现，卢瑟福发现质子之后意识到原子核中若只有质子的话其质量仅为实际质量的一半左右，所以其中一定有一种不带电但有龙源期刊网质量的东西，卢瑟福的学生查德威克基于老师的预测发现了中子，并由此获得了诺贝尔物理学奖。1.5演绎法演绎推理是指从一般性原理到个别性论断，或者是从一般性原理到另一个一般性原理的推理。演绎推理被认为不能产生新的知识，但如果结合实验和进行引申，能够说明新的知识，还能够借演绎呈现知识间的联系，也能在清晰推理链条的时候提升学生的个人推理能力。物理中比较多新结论、新工具，都借用了演绎法实现从旧知识往新知识过渡。比如从牛顿第二定律和速度平方公式推出动能定理;从牛顿第三定律和动量定理推出系统动量守恒定律;由动能定理推出机械能守恒定律等。演绎过程中如果要形成新的理论，需要有新的支撑和标注前提，但如果只是解答问题就只需要确保前提准确，逻辑合理。2.物理习题设置指向的论证方法论证从大的方面来说分成两类，演绎和归纳，要么就是证伪（反驳），而证伪需要我们明白谬误的种类。不同的物理问题需要用到不同的论证方法，当然，许多时候要交叉使用。2.1概念辨析对应的谬误种类概念辨析通常出现在选择题中，四个选项有对有错，错误总会有错误的方向，常见的有：歧义性谬误、假设性谬误和关联性谬误。歧义性谬误又有多种表现形式，要么概念混淆、要么指代不明、要么把整体属性无条件迁移至个体或者个体属性无条件迁移至整体。比如，只要物体受力的同时又发生了位移，则一定有力对物体做了功;电场中电势降低的方向就是电场方向;由于安培力是洛伦兹力的宏观表现，所以洛伦兹力也可能做功等，都是出现了歧义性谬误，这类谬误的产生没有注意结论成立的条件和语境，做了盲目迁移。假设性谬误是指在论证或推理过程中暗中利用了某些不当的假定、预设，只有依赖它们才能得出错误的结论，比如，因为力是改变物体运动状态的原因，摩托车转弯时速度过大就会向外发生滑动，这是摩托车受沿转弯半径向外的离心力作用的结果。关联性谬误指从语言、心理上有关，但在逻辑上无关的前提出发推理，以至前提与结论的推出不相干。比如，线圈中的电流越大，自感系数也越大;线圈在磁场中转动过程中穿过线圈的磁通量最大时产生的感应电动势也最大等，都是出现了关联性性谬误，这类谬误发生时论证者虽然知道相关知识，但因为笼统或片面以致不能辨别现象发生的实质原因。雖然我们在带领学生分析谬误的时候多借用已有的正确理论去反驳，但教师自己心里要清楚某一种谬误发生的原因。因为教师的职业特征是“传道、授业、解惑”，学生之“惑”有时候源于未知，有时候源于谬误。当学生做了错误论证时，我们要能从论证的角度识别出谬误的种类，然后予以纠正，这里就涉及到论证的反驳，一个正确的论证必须保证两点，首先前提为真，其次推理过程合乎逻辑、推理形式有效。当发现学生做了错误论证时，教师的反驳角度一般有两个，一是从结论反驳，只需举出一个反例即可，二是从正确理论出发进行一个有效的推龙源期刊网理得出正确结论。比如，学生说“速度发生变化的运动一定是曲线运动。”教师可以举例光滑水平面上的弹簧振子，也可以从运动分类出发，罗列出各种运动在速度和加速度上的特征，学生通过比对就能意识到自己错误的根源。2.2计算题多用到演绎中学阶段需要学生解答的物理问题大多数可以由演绎来完成，教师主要传授一些真理性的结论，比如公式、定理、定律和生活常识。这些就成为了诸多一般性原理，而问题则是具有个体性的情景，这时候，学生是否能迅速从储备库中提取出对应的一般性原理，应用正确有效的推理形式对问题作出论证，这基本上就决定了一个学生解决物理问题的能力高低。这种能力的高低又取决于学生对诸多一般性原理的熟悉程度，对问题情境的识别能力，以及在情境和原理之间搭建逻辑通道的能力，以上三种能力在教学目标中即“基础知识、基本技能”，在核心素养中表现为“物理观念、建模能力和推理论证能力。”2.3实验题涉及归纳，学习策略也涉及到归纳在有一些问题的解答中需要先对问题进行分类，用演绎得到结论，之后再归纳最终结果。比如2019年全国一卷理综物理部分的15题，我们可以先对P、Q两个带电体的带电情形做分类，“正正”“负负”“正负”“负正”四种，带入题设条件作出推理，归纳结果，吻合为真，冲突为假。较多创新性实验要求学生领会实验原理，对关键点作出推算，对实验结论做陈述，也就是归纳实验现象和数据给出结论。对于文科生，归纳能力比较多体现在学科本身上，而对于理科生，归纳能力则较多体现在学法上。一个部分学习完毕，学生要能对知识网路做整理归纳，找到知识间的联系，巩固对知识的理解;一个阶段学习完毕，学生要能对自己前期的学习节奏、学习方法做出归纳，找到积极有效的做法，修正消极低效的做法，为后一阶段的学习做出指导。3.小结即便新的课程标准不提“论证”，论证在中学物理各个环节的渗透也不容被忽视。无论是在学科知识介绍中，还是在辅导学生学习中，教师都需要对论证有比较清晰的认识，最好能比较娴熟地使用各种论证方法来指导教学的各个环节，一方面提升教学效果，另一方面落实新课程标准精神。本文系广东省教育科学规划项目“以论证教学培养内地新疆高中班预科学生论证能力的研究”（批准号：2016YQJK003）阶段成果之一。[参;考;文;献][1]普通高中物理课程标准修订组.普通高中物理课程标准解读[M].北京：高等教育出版社，2018.龙源期刊网[2]李佩珊，许良英.20世纪科学技术简史[M].2版.北京：科学技术出版社，1999：742.[3]陈波.逻辑学十五讲[M].北京：北京大学出版社，2011：46.