践行核心素养培养物理推理能力

【摘

要】推理能力是学生学业技能中的重要能力之一，也是学生思维发展的重要標志之一。推理能力的发展虽然与学生的自身成长有关，但教师的方向引导和方法指导可以促进学生推理能力的发展，提高推理的正确性。本文以一线教师的视角，从具体实例出发探讨了物理推理能力的培养策略。【关键词】高中学生;推理能力;物理教学一、物理学科的特点物理学是一门自然科学，它是研究自然界中物体运动规律和物质结构及其应用的学科，是需要学生通过基础概念的学习，透过事物的表象，深入探索现象背后的原因，找出物理原理和本质的学科。学习物理的过程就是发现问题、提出问题，并基于已习得的物理概念、物理规律做出合理推理，最终通过实验等手段进行论证的过程。二、核心素养中对推理能力的界定推理能力是学生学业技能中的重要能力之一，也是学生思维发展的重要标志之一。《普通高中物理课程标准》（2017年版）中将物理学科的核心素养分为4个层面，教学应以物理观念为基础，科学思维为核心，科学探究为手段，将科学态度与责任贯穿整个教学过程。在科学思维的有序培养中就明确指出了包含科学推理能力在内的四种能力。在《江苏省普通高中学业水平测试（选修科目）说明》一书中对物理推理能力进行了解释：推理能力是指能够从相关的物理概念、物理规律出发，在一定的情境下导出相应的物理定理或物理公式;能依据已有的物理事实和给定的条件，结合已习得的知识及方法进行逻辑推理和论证，得出合理的结论或做出正确的判断，并能够把推理过程呈现出来。推理能力并非与生俱来，而是需要通过自身成长，通过学习积累、探索训练以及经验总结，不断提升发展。而教师的方向引导和方法指导对学生推理能力的发展起到了关键的促进作用，能帮助学生提高推理的正确性。三、在物理教学中践行核心素养培养推理能力为了培养学生的科学思维能力，也为了给高考奠定基础，教师要有意识地培养学生的推理能力。接下来本文就从物理学科的教学入手，通过具体的教学案例来谈一谈高中学生推理能力的培养策略。（一）鼓励反复阅读，解读关键词语，找到推理的切入点阅读是学习的基石，对于浅显易懂的描述性文字，通过逐字逐句地阅读就能完全掌握，但对于一些有深刻内涵的文字，比如物理概念和规律，那就需要反复阅读，在反复的阅读中解读文字中的关键词语，通过对关键词语的思考，找准推理的切入点，从而理解定律中包含的物理精髓。现以牛顿第一定律“一切物体总保持匀速运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”为例。教师通过牛顿第一定律的发展史，说明这看似简单的一句话凝聚了多位科学家的努力，最终由牛顿总结升华得到的，是值得反复阅读的。教师应引导学生在反复阅读中体会：“一切”告诉我们它的适用对象，成立范围，“总是”说明了是一切物体都有的属性;“除非”指出了打破这种运动状态的条件。通过深入阅读我们就能深刻理解牛顿第一定律，并在实际生产生活中运用牛顿第一定律。之后抓住“除非”这个关键词语，再深入推理，我们可以看到，一切物体只要受到外力作用，运动状态就会发生改变，而描述运动状态变化的物理量是加速度，由此可以推导出加速度和外力有关，这也就为接下来要学习的牛顿第二定律埋下伏笔。可见“除非”就是深入推理的切入口，为我们进一步认识规律提供了新的方向。应对高考是我们的现实需求，在2019年的江苏高考中有这样一题：如下图所示，轻质弹簧的左端固定，并处于自然状态，小物块的质量为m，从A点向左沿水平地面运动，压缩弹簧后被弹回，运动到A点恰好静止。物块向左运动的最大位移为s，与地面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，弹簧未超出弹性限度。下列选项中正确的有几项？（A.弹簧的最大弹力为μmg;B.物块克服摩擦力做的功为2μmgs;C.弹簧的最大弹性势能为μmgs;D.物块在A点的初速度为。）题干的表面含义都能够理解，但有些文字的背后还隐含着更多的物理含义，这就需要教师提醒学生通过反复阅读，找到关键词语，分析出其背后的隐含条件，再推理出结论。通过“自然状态”可以联想推理：弹簧原长，此时弹力为零，弹性势能为零。“从A点向左……运动”再结合上下文和图像，可以看到物块在A点有初速度，而不是在外力作用下开始运动。“运动到A点恰好静止”，结合之前物块在A点的初始状态，我们可以得到：经过一个来回，物块停下来了，从而推理出物块在整个过程中损失了动能，弹簧在整个过程中经历了弹性势能的增加和减少，最终归为零。再结合B、C选项，可以推理出解题的方向：对系统利用动能定理或能量守恒。通过“最大位移”结合“反弹”我们可以推理出此时弹力最大，速度为零，但加速度不为零，合力不为零，对应A选项分析，可以得出结论。阅读、分析、推理至此，这道多选题也就迎刃而解了。可见，在物理概念规律及物理习题的学习中，我们都需要运用推理能力深刻理解物理现象背后的本质，而通过关键词语我们可以找准推理的切入口，激活背景知识，完成学习目标。（二）设计进阶问题，加强有效提问，推动推理进程提问是课堂教学活动的重要组成部分，有效提问是调动学生思维积极性的重要手段，可以引领学生的推理方向，推动学生的推理进程。比如，在研究牛顿第三定律时，我们会出示一些生活中相互作用的图片和视频，如果抛出的问题是“同学们，你们看到了什么？”学生不明白问题的指向性，回答就可能偏离我们的教学主题。但如果我们将问题的指向性变明确，“同学们，你们看到图片中运动的主体有几个？”“它们的运动情况分别是怎么样的？”“促使它们运动状态发生变化的力分别有什么特点？”引领学生一步一步接近课题的核心，从而可以推理出：两个物体相互作用的力可能是方向相反的。这时就可以顺势提出：两个物体相互作用的力的大小又会是什么关系呢？进而再次引导学生进行推理验证。对于难度相对较大的物理问题，要设计进阶式问题，引导学生思考，推动推理的进程。江苏高考题中有过这样一道题：如下图，磁感应强度大小为B的匀强磁场中有一水平绝缘薄板，其与磁场的左右边界垂直，相交于M，N，已知MN=L，粒子打到板上时会反弹（设碰撞时间极短），反弹前后竖直分速度大小不变，方向相反，水平分速度不变，电量为-q质量为m的粒子，从左边界的不同位置以一定速度水平射入磁场，在磁场中做圆周运动的半径为d，且d<L。不计粒子重力，电荷量保持不变。在这里以第2问（欲使粒子从磁场左边界射出，求入射点到M的最大距离dM）为例。本题综合性较强，需要学生有一定的数理结合能力，其中作图是解题的关键一环，也是学生解题的难点所在，为此在讲解该题时，要以问题为引领，带领学生分析，帮助学生一步步突破。问题1：你能绘出粒子刚好不经MN板反弹，直接从左边界射出的图像吗？（强调关键词“刚好”，这是物理中常用的临界状态的描述词。）学生回答并绘图。问题2：如果粒子的入射点升高，粒子一定能从左侧射出吗？那降低呢？学生回答（升高一定从左边界射出，降低未必）。问题3：请你将入射点降低后的图像和问题1中的图像绘制到同一张图上。想一想，你有几种绘图方法。观察学生的解答情况，以问题形式进行提示。问题4：运动是具有相对性的，那么我们在绘图时能不能利用这种相对性进行逆向思维？最后，教师带领学生一起总结：本题中粒子运动半径不变，入射点为轨迹最高点也不变，只是和MN板间的距离发生改变，根据运动的相对性，升高射入点就是将MN板下移，降低射入点就是将MN板上移。（这一点为学生接下去的思考、绘图、推理埋下伏笔。）通过进阶式提问，带领学生不断思索，推动推理进程，让之后的数学论证变得水到渠成。要培养学生的推理能力，教师就要在所提问题上下功夫，多提具有启发性和反思性的有质量的问题，对于难度过大的问题需要设计进阶式问题，引导学生努力思考，认真分析，合理推理，完整作答。（三）依托思维导图，拓展思维广度，实现归纳推理高中物理绝对是一门有难度、有深度的学科，一个问题的发展方向往往会有多种可能性。为了清晰且不遗漏地展示各种可能性，教师可以利用思维导图向学生清晰直观地展示分析方向，给出思考脉络，对事实论证的结论总结到位，让归纳推理更全面、更严谨，结果更可信。例题：物块以向右的初速度v0，滑上如图水平转动的传送带所用时间为t1。当传送带不转动时，通过传输带的时间为t2，试分析t1，t2可能的大小关系，并说明原因。由于木块滑上传送带的速度大小具有不确定性，所以在研究过程中就需要分情况讨论，这时利用思维导图就可以清晰地展示各种情况，为推理提供方向。通过思维导图的展示，我们分情况有目的地研究木块在速度等于、小于、大于传送带的速度时的受力情况，从而判断木块的速度变化情况。引导学生对该问题进行归纳推理：在水平传送带上木块的运动速度总是趋向于传送带的速度，只要传送带足够长，最终速度一定相同，此时摩擦力发生突变，加速度随之突变为零，此后与传送带一起匀速向前。可见，物理推理能力可以通过总结对事物的表象分析，分层判断，进而归纳