论物理教学中归纳与演绎的融合，本文主要内容关键词为：归纳论文,物理论文,教学中论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
众所周知，物理学最显著的特征是实验与数学的结合，即实证性与理性的结合。实验更多借用的是具体到抽象的归纳方法，数学则基本上属于演绎科学。二者结合就是归纳与演绎的结合。可以这么说，归纳与演绎是物理学最重要、最普遍的研究方法，也是物理教学中必须揭示的重要的方法要素。
1 物理学发展过程中的归纳与演绎
归纳是从个别到一般的思维方法和推理形式，归纳法是人们认识自然、研究自然的一种传统而又极为有效的思维方法，对物理学的发展作出了巨大的贡献。相反，演绎是从一般到个别的思维方法和推理形式，“三段论”是演绎法的基本模式，作为出发点的一般性的判断称为“大前提”，作为演绎中介的判断称为“小前提”，推理所得的结果称为演绎的结论。大前提往往是一个不证自明的公理，由此获得的演绎推理具有必然性，体现了逻辑证明了严谨与完美。
物理学的内容和规律有时较难单纯依靠理性思维来获得，许多场合必须致力于对自然的观察，尽可能多地搜集各种经验事实，在比较、分析基础上剔除其非本质的成分，才能揭示事物的本质和内在规律。例如，牛顿运动定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律、单摆周期公式、光电效应等的发现，都是应用归纳方法的典范。牛顿曾对自己在物理学领域所作出的贡献作过阐述，他认为“这些原理从现象中推出，通过归纳而使之成为一般，这是在实验哲学中一个命题所能有的最有说服力的证明。”但事实上，牛顿力学体系的形成和发展同样离不开演绎、模型化、公理化等一系列科学方法的支持。
物理学发展至今所形成的科学理论体系，较大程度上得益于演绎方法。著名物理学家爱因斯坦特别青睐演绎法，他曾指出：“一切科学的伟大目标，即要从尽可能少的假说或公理出发，通过逻辑的演绎，概括尽可能多的经验事实。”他从两条基本假设或称公理（即相对性原理和光速不变原理）直接推出了包括质能关系E＝mc[2]在内的狭义相对论的许多著名结论，彻底动摇了经典物理学的根基。在此基础上，爱因斯坦又将狭义相对论原理从匀速运动形式推广到加速运动形式，从惯性系推广到非惯性系，创立了广义相对论。这是物理学史上运用理性演绎的成功范例。随着20世纪初以相对论和量子力学为标志的物理学革命的到来，物理学家所发现的定律和理论更具有抽象性，理性演绎的作用越来越突出。但是，现代物理学的发展仍然离不开归纳方法，尤在物理学应用和新技术开发方面，归纳方法不断创造出新的奇迹。
在人类的思维活动中，归纳与演绎是两种典型的思维方式。但从整体上考察，它们既相互对立，又相互依存、相互渗透。演绎必须以归纳为基础，归纳又要以演绎为指导。综观物理科学研究活动，它往往具有综合性，既有逻辑的因素，又有非逻辑的因素；逻辑因素也是多元的，归纳和演绎又常常结合在一起，为物理学的发展作出了积极的贡献。
2 物理概念和定律教学中的归纳与演绎
从具体的事例和实验事实中概括出具有普遍意义的物理概念和定律，由所得概念和定律出发，进而研究有关的具体事物和物理现象，形成“个别——一般——个别”的物理教学原则。物理学习课题的内容和学习序列设计的实践证明，归纳思维与演绎思维的配合将有助于实现这一原则。（如课题1－3）
课题1 简谐振动
（1）观察、研究弹簧振子的振动情况， 概括出简谐振动的概念——物体在与位移大小成正比、且总是指向平衡位置的力（F＝－kx ）的作用下的运动。（归纳思维）
（2）从简谐振动的概念出发， 可以证明悬浮在水面上的木块在平衡位置附近作振幅较小的振动同样是简谐振动。（演绎思维）
课题2 平抛运动
（1）观察、分析平抛物体运动过程的一系列闪光照片， 概括出平抛运动的特点：由两个分运动组成，一个是水平方向的匀速直线运动，另一个是竖直方向的自由落体运动。（归纳思维）
（2）根据平抛运动的特点研究：在一定高度h以水平匀速v飞行的飞机每隔t秒钟空抛一包货物，当第一包货物到达地面时，飞机已抛出几包？相邻两包之间的距离多大？（演绎思维）
课题3 电磁感应
（1）根据电磁感应实验，揭示出磁通量的变化与闭合回路中感应电流之间的关系，概括得出具有普遍意义的楞次定律和法拉第电磁感应定律。（归纳思维）
（2）应用上述两个规律，判断任意电磁感应现象中感应电流的方向，推断感应电动势与电流的关系等。（演绎思维）
从上述几例的分析可知，归纳思维是以大量具体的经验和物理事实为基础，从中发现反映普遍性特征的物理学规律，这是建立物理概念、形成物理规律的有效的教学方式；演绎思维是逻辑证明的重要工具，能推演出新的理论命题，或对某一命题作出演绎证明，或为形成一个正确的判断提供依据。
值得指出的是，对某些物理规律，在教学中既可以通过归纳的方法概括得出，也可以运用演绎的方法引导学生推理得出（如课题4－5）。
课题4 理想气体的实验定律
通过简单实验分别研究P、V、T、三个状态变量中的某一个保持不变时气体状态变化的特殊规律，用归纳的方法即可获得一般情况下理想气体的状态方程。
克拉帕龙方程是理想气体状态变化的一般规律，固定其中某个变量，不难演绎得出理想气体的三个实验定律。
课题5 动量守恒定律
动量守恒定律可从实验中归纳得出，也可从牛顿第二定律、牛顿第三定律并结合运动学公式进行推演获得。
能量转化和守恒定律是自然界最普遍的规律之一，由此可以演绎推出一系列的物理规律。如热力学第一定律、楞次定律、全电路欧姆定律、爱因斯坦光电效应方程等。
3 复杂物理问题解决中的归纳与演绎
复杂物理问题的解决固然需要涉及物理思维的多个方面，如模型思维、类比思维、等效思维、整体思维等，但归纳思维与演绎思维的配合往往能起到举足轻重的作用。无论作为一种科学的思维方法，还是作为一种具体的解题思想，在物理学习的实践中都是值得去深入理解和掌握的。
本文以如下问题解决为例，具体说明归纳与演绎思维的综合应用价值。
问题 光滑水平面上方存在匀强电场E与匀强磁场B，电场方向水平向右，磁场方向垂直纸面向内。水平面的左端固定一块竖直挡板，距挡板L处放有一质量为m、电量为-q的小物块。从静止开始释放小物块，而后相继多次与挡板相碰，每次碰后的速度大小均减为碰前速度的K 倍（K＜1）。设物体在运动与碰撞过程中电量始终不变，碰撞的时间极短。试问
（1）要使物体运动始终不离开水平面，L应满足什么条件？
（2）从物体开始运动到最后停止运动，共需要多少时间？
思维过程
同时又确认物块向左作初速为0的匀加速直线运动，当它到达竖直挡板的右侧即将与板发生碰撞前的瞬间，速度达最大值，此时物块不离开水平面，即已满足物块始终不离开水平面的要求了。
上述问题解决的过程充分体现了归纳与演绎的综合运用能使问题的复杂性得以简化，有助于学生理清思路，明确解题的方向。
4 几点结论
（1）归纳与演绎方法对物理科学体系的形成和发展作出了积极的贡献。科学家运用观察、实验、分析、概括等方法，提出了有关物理学的一系列假说，总结出有关物体运动和变化的大量规律；同时又以物理学规律或假说为出发点，在一定范围进行演绎，获得了许多具体情形下重要的物理学结论。在物理学研究中归纳和演绎的互相融合，使人们对自然世界的认识更为深刻和完整。
（2）归纳和演绎作为两种典型的思维方式， 是学生认识物理现象、发现物理规律、进一步学习物理知识必需具备的，既是学习的工具，又是学习的内容，在物理教学中必须予以高度关注。同时要充分认识这两种方法的优势和局限，注重整合，使学生们在复杂的物理情境中能学会综合运用归纳思维和演绎思维去解决问题。
（3）归纳与演绎的融合也是物理教学的一条重要原则。 在教学设计时，教师应结合教学内容和学生的经验，创设教学情景，沿着“特例——共性——特例”的思维历程，帮助学生形成物理学的一般规律，并能自觉地应用规律去解释或说明一些物理现象。这种系统地分析和研究问题的能力，是孤立运用归纳或演绎方法所难实现的。