试论物理教学中知识逻辑的构建策略，本文主要内容关键词为：试论论文,逻辑论文,物理论文,策略论文,知识论文，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。
物理学是以观察、实验和逻辑思维相结合的科学，具有很强的逻辑性、精确性等特点，更是一门带有方法论的科学，其中重要的思维方法就是运用逻辑推理建立物理知识的逻辑结构，从而逐步获得对客观物质世界的基本认识。物理逻辑结构的建立依附于物理知识与物理语言，是学生对已获得的物理对象、物理现象进行加工处理，经判断、分析、推理、归纳等构建而成，又是心理的自我体悟过程。
高中学生是在解决问题中逐渐构建知识的逻辑结构的。在他们在运用逻辑推理方法构建知识结构中存在着许多困难，主要表现有以下几点：
(1)学生比较习惯于从自己生活经验出发，分析一些事物和现象，容易形成一定的思维定势，造成学习上的思维障碍，思维缺乏逻辑性、条理性；
(2)教材对物理概念、规律的表述的逻辑结构严谨简捷，对物理问题的分析推理论述科学、严密，阅读难度较大，不易读懂；
(3)高中阶段抽象思维、逻辑思维已从“经验型”向“理论型”转化，开始出现辩证思维，学生在物理概念、规律建立过程中不易领会逻辑推理的思想实质；
(4)解决物理问题时，不能把物理逻辑过程转化为抽象的数学逻辑问题，然后再回到物理问题进行分析考查，难以将物理逻辑和数学逻辑有机结合起来解决问题，实现知识的迁移，构建知识的逻辑结构。
笔者认为：学生知识构建的主要依靠形式是逻辑结构，逻辑思维的成果则是物理知识的组元；学习过程中知识逻辑结构的构建是呈螺旋式上升的，从一个较初级结构转化为一个较复杂结构，循序渐进。那么，物理教学过程中如何使学生的知识逻辑结构不断建构并得以发展呢？
一、体会逻辑特点，促进个人心理特征的形成
学习过程的客观规律表明：不发现问题，学习就难以深入，学生提不出问题，并不等于没有问题，教学中学生之所以提不出问题，主要是因为习惯于让思维顺着教师讲解的逻辑系统运行，而没有构建自身的知识逻辑结构。在新课学习中如此，在综合训练时问题就更突出。所以，课堂教学中要注重创造条件建构并提升学生的知识逻辑结构；同时，还应注意到形式逻辑的各种规则可能在物理思维中都有运用，但只有那些频繁的形式稳定的运用才能形成个人的心理特征。
知识逻辑建构中常用的物理逻辑推理方法有：演绎推理、归纳推理、类比推理等，其中演绎推理的方法运用较多。在某个物理概念、规律建立的过程中，运用物理演绎的主要特点是以新学的物理概念、规律为大前提，揭示知识的内涵、寻求知识的外延，因此知识建构应分成由浅到深的不同逻辑层次。
例如“功”的概念学习：在机械运动中，功的概念由力和位移两个概念组合构成，当恒力F作用于物体，使物体发生位移s时，力F对物体做的功定义为：W=Fscosθ。功的内涵是基于考察力的空间累积效应而建立，因而决定了功是一个过程物理量，这是中学物理中功的基本定义，和其他许多物理概念的学习一样，学生对该定义的理解、应用都是分层渐进的。由该定义通过演绎分析可以进一步确定：①做功性质的判断、②功与冲量内涵的比较、③变力功求解的微元思想、④合外力做功与物体动能变化关系、⑤功能关系等。并在随后章节的学习中可以进一步发展功的涵义，比如：在热学中演绎得出气体做功的定义，并可以结合功能关系而归纳出热力学第一定律；在电学中揭示电场力做功特点及电流功涵义等等，这样功的概念在发展中得以逐渐构建。
知识构建中的演绎推理，基本仍遵循逻辑学中的三段论模式——两个前提下的一个结论，中学物理中运用类似的演绎推理的方法构建知识的不同逻辑层次的例子很多，但也正因为存在的普遍性，具有其他学科和日常生活中演绎思维的较多共同点，不易被区分，而没有受到充分的注意，从而削弱了培养这一方面能力的自觉意识。
同时，也要注重研究物理演绎推理的特殊性。物理学的概念和规律在内涵和外延上都是有条件的，它导致物理演绎必须在一系列的条件下进行，并保持其真与正确的程度，演绎中大量使用各种假言推理，这是物理演绎特点之一。物理表述中往往只保留最后的结论，而将中间的结论大量省略，这些省略必然造成一个个的跳跃，这种跳跃与学生的思维相脱离时，便会造成理解上的困难，剖析任何一段实际的物理演绎最终都不难发现这一点。
二、运用逻辑方法，构建知识逻辑关联
知识构建的主要支架是知识的逻辑结构，特别在中学物理阶段，思维的严密性和学科本身对科学思维能力的要求，决定了物理知识构建的基本特征。“事物的真正本质不在于事物本身，而在于我们在各种事物之间感觉到的那种关系”。
比如任何一个物理概念的学习，总会与其他概念或规律有一定的联系，学生在学习中不可能孤立地形成某一个概念。概念之间的这种关联着的逻辑关系，不仅能使学生明确该物理概念的本质特征，而且使学生能通过各种逻辑推理方法一起构建知识体系，对物理概念的学习从现象的表征走向以理论为基础的表征。
比如“电势”概念的学习：在高中物理新教材第二册中，是以电势差为基础进行教学的：由重力做功——电场力做功的“相似性”，类比迁移得出电势差的定义
，然后以人们常选定地面为标准来讲高度，用高度与电势的“相似性”，使学生建立电势概念的可能性表征。在讲清电势差、电势后，借重力势能变化和重力做功关系与电势能变化和电场力做功关系的相似性而类比推理，得出电势能的概念，然后教材又分析电场力做功一电势差一电势一电势能变化四者知识关联，可以更明确电势的物理本质特征，这是概念逻辑关联构建之一。
要使学生对电势概念有更深入的理解，还应将电势概念放入描述电场的知识中进行构建，可以建立如图1所示的知识关联：
附图
图1
物理概念是知识逻辑体系构建的基础，形式逻辑的思维方式则外显为思路。学生在解答过程中，用到的电势、电势能、电场力做功等知识，以及运用电场线、等势面等形象描述电场性质的方法，进行逻辑推理使这些知识在相互联系中逐渐构建，形成知识逻辑体系。
三、解构逻辑结构，整合知识逻辑关系
学习是人的主观认识结构连续不断构建的过程，通过与认识对象的相互作用，人的认识结构不断得以改进和完善，所有知识的建构都是暂时的，每个建构最终将被取代。解构是为了随后的建构，这就是建构和解构的循环，其围绕的中心是：教学过程知识的学习和教学活动的控制是怎样互相创造和再创造的。
例如“动量守恒定律”的教学，定律的内涵是：一个系统不受外力或者所受合外力为零，系统动量守恒，即：
；外延是：小到微观粒子，大到宇宙天体，不论是什么性质的相互作用，即使对相互作用力的情况还不太清楚，动量守恒定律都适用的。
从学生知识构建的初步而言，到此似乎已经明确，但真正要体会该定律的深刻内涵，实非易事。举一常见的例子：
例1 静止在水面上的船长为l，质量为M，一个质量为m的人站立在船头，当此人由船头走到船尾时，不计水的阻力，船移动的距离为多少？
常见解答 船和人组成的系统在运动过程中都不受水平方向的外力作用，所以系统在水平方向动量守恒。人和船在运动过程中分别发生的位移如图2所示，由图可知船后退的位移为 s，人前进的位移为l-s，则由：
。
分析 上述解答是否真正剖析了动量守恒定律的逻辑关系，笔者认为运用平均效果替代貌似简洁，实有囫囵吞枣之嫌，并不能很好地揭示出物体系运动的可能性及发生的每一瞬时问题。如：
附图
①人在船上运动的形式是开放的，什么形式的运动都有可能，快走、慢走、或跳或跑，若人以不同形式运动时，船的运动形式又会发生怎样变化呢？这里包含着动量守恒定律的瞬时性、矢量性、相对性，分析中都应一一加以解构研究。
②在作两物体运动的对地位移图景时，人船运动的图景为什么是交叉的，能不能如图3所示？作物理图景的依据又是什么？引入质点系牛顿运动定律加以解决或运用动量的矢量性分析，可知人船运动的图景不可能如图3所示。
由此经分析解构可把该运动过程做微元化处理：任何复杂的运动在极短时间内（当△t→0时），均可以看做是匀速运动，从而列出每一微元时间内的动量守恒定律方程，经归纳推理得出： Ms-m(l-s)=0，加以解决。这才是动量守恒定律内涵的深刻揭示。
逻辑结构的解构是对建构起来的认知结构的提取与解读，学生对知识的真正理解必然是建构和解构的多次循环，只有通过对知识逻辑结构的剖析，才能整合知识的逻辑关系。
四、以开放性问题为依托，深化学生的逻辑结构
知识逻辑的构建是促进学生不断完善认知模式的前提，通常在学生知识构建中的一个物理问题，往往具有不同的多个层面，可以从不同的角度对知识的建构加以提升和完善。
例2 如图4所示，在直角坐标xOy内，有一个质量为m、电荷量为+q的电荷从原点O沿y轴正方向以初速度
出发，试设计一简单、常规的方案：在电荷运动的空间范围内加上某种“场”后，该电荷能通过点P(a,-b)，并用必要的运算说明相关物理量的表达式（电荷重力不计）。
附图
图4
分析 解决带电粒子问题的困难在于学生难以从运动的初始条件出发，推演想象粒子的运动过程。该题运用的知识点包括：匀速直线运动、匀速圆周运动.、类抛体运动的性质等；运动的形式既可能是某种单一性质的运动，也可能是几种不同运动形式的组合，所以可从不同的角度构建该知识逻辑的核心：力和运动的关系。经分析，常见的设计方案可有以下几种：
①在xOy平面内加一垂直纸面向外的匀强磁场B，如图5所示；
附图
②在第Ⅰ象限中加一垂直纸面向外的匀强磁场B，电荷做半径为R=a/2的圆周运动到M点，然后匀速运动到达P点，如图6所示；
③在x轴上的O′点固定一带电荷量为Q的负点电荷，使电荷绕O′点在库仑力作用下，从O点开始做匀速圆周运动经P点，如图7所示；
附图
④在xOy平面内加一平行于纸面斜向下的匀强电场E，使电荷在恒定电场力作用下，从O点开始做类抛体运动经P点，如图8所示。
当然，其他可引伸的方案还有很多，可作为思考题让学生自主研究。
开放性问题往往是假言判断组成的推理模式，可以从不同的假定条件出发、从不同的知识角度构建某一知识块，而深化学生的知识逻辑结构。所以，以此类问题为依托，精心设计学生知识同化的过程，会使学生的认知模式，趋于完善和巩固，提高逻辑思辨能力。