周雨婷

【摘要】新課程標準的提出對教師的教學提出了新的要求，教師要充分發(fā)揮習題促進學生科學推理能力方面的功能.因此本文基于科學推理的視角，對人教版高中物理教材必修1的習題進行統(tǒng)計與分析，為一線教師對教材習題的解讀提供參考思路，以促進學生科學推理能力的發(fā)展.

【關(guān)鍵詞】科學推理;物理教材;習題分析

1 科學推理分析框架

推理是人們將收集到的信息進行整合從而得到結(jié)論的思維過程.皮亞杰在其認知發(fā)展理論中首次提出了科學推理的概念（scientific reasoning）.在皮亞杰看來，科學推理是認知發(fā)展進行到形式操作階段之后兒童或成人具有的推理類型.本文依據(jù)勞森構(gòu)建的科學推理體系和物理學科，對科學推理的六個維度給出說明.

1.1 物理學科中的科學推理

勞森以皮亞杰的認知發(fā)展理論進行建構(gòu)，把科學推理分為守恒推理、比例推理、概率推理、相關(guān)推理、假設(shè)演繹推理、控制變量推理六個維度.

（1）守恒推理.守恒是個體的認知不受事物外部特征的影響，能夠意識到事物本質(zhì)的不變性.進行守恒推理的關(guān)鍵是要找到事物之間的不變量或不變的關(guān)系.物理學科上的守恒推理一方面體現(xiàn)在條件改變但事物本質(zhì)不變的特點中，另一方面體現(xiàn)在能量守恒、動量守恒等守恒規(guī)律中.

（2）比例推理.在物理中，比例推理是指運用數(shù)學工具解決物理問題，根據(jù)已知信息推斷各物理量之間的比例關(guān)系，并運用公式、定理等方式將結(jié)果正確表示出來.比如物理學中采用比值定義法來定義加速度、電場強度等概念就屬于比例推理.

（3）概率推理.概率推理是指一個特定的過程或者一個特定的結(jié)果，在相同的環(huán)境因素下重復出現(xiàn)的次數(shù)占總次數(shù)的比例.概率推理在高中物理中涉及較少.

（4）相關(guān)推理.相關(guān)推理是個體對于變量之間關(guān)系的判斷.物理中的相關(guān)推理要聯(lián)系兩個物理量的關(guān)系，從一個物理量的變化得到與之相關(guān)物理量的變化.

（5）控制變量推理.控制變量推理是把多變量問題轉(zhuǎn)化成單變量問題.如高中物理中采用控制變量法來探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系.

（6）假設(shè)演繹推理.假設(shè)演繹推理是指個體對事物的因果關(guān)系能做出合理的解釋，為了探究一個物理問題，首先要進行猜想，再做出合理的假設(shè)，最后驗證假設(shè)與結(jié)論的一致性.

1.2 習題中科學推理考查的界定

習題中科學推理要素的考查界定如表1所示.

2 考查科學推理的教材習題統(tǒng)計

根據(jù)科學推理的六個維度，對人教版教材“練習與應用”和“復習與提高”兩個欄目中涉及科學推理的習題進行統(tǒng)計，以最小編號題目為單位，整理出科學推理習題占比，結(jié)果見表2.

2.1 考查科學推理的習題統(tǒng)計結(jié)果

以橫坐標表示科學推理的各個維度，縱坐標表示題目數(shù)量，以章節(jié)為單位點進行分析，結(jié)果如圖1.

2.2 考查科學推理的習題分析

下面以教材習題為例，具體分析題目對科學推理要素的考查.

例1 第四章復習與提高B組第6題

如圖2，A、B兩個物體相互接觸，但并不黏合，放置在水平面上，水平面與物體間的摩擦力可忽略，兩物體的質(zhì)量mA為4kg，mB為6kg.從t=0開始，推理FA、FB隨時間的變化規(guī)律為FA=（8-2t）（N），F(xiàn)B=（2+2t）（N），問：8秒內(nèi)物體B運動的加速度如何變化？

分析 此題考察知識點是對整體法和隔離法的應用.外力隨著時間變化，所以學生可能會認為t=1.5s時加速度相同，這是學生對受力和運動狀態(tài)的分析出現(xiàn)了錯誤判斷.此題要抓住物體相互作用的彈力為0時，A、B恰好分離，此時兩物體的加速度仍相同，這是解題的關(guān)鍵.需要學生將受力與運動狀態(tài)建立聯(lián)系，此處考察相關(guān)推理（b）;然后通過加速度相等的關(guān)系，建立等式FAmA=FBmB，計算得出兩物塊分離的時間t，此處考查了比例推理（b）、（c）;最后對B物體采用隔離法計算加速度.

例2 第二章復習與提高A組第6題

已知一物體做初速度為0、加速度為a的勻加速直線運動.該物體在前1s內(nèi)、前2s內(nèi)、前3s內(nèi)……的位移分別是x1，x2，x3……在第1s內(nèi)、第2s內(nèi)、第3s內(nèi)……的位移分別是xⅠ，xⅡ，xⅢ……在各個連續(xù)相等時間T內(nèi)的位移分別是s1，s2，s3……sn，證明：

x1：x2：x3……=1：4：9;……

xⅠ：xⅡ：xⅢ：……=1：3：5;……

Δs=s2-s1=s3-s2=sn-sn-1=aT2.

分析 此題考查的知識點是勻加速直線運動的規(guī)律，考查假設(shè)演繹推理（a）、（b）.此題要求學生熟悉勻變速直線運動的公式，核心解題思維是假設(shè)物體做勻變速直線運動的加速度a，分別列出相對應時間的位移公式，再通過比例約去相同項從而得出比值.此題也是勻變速直線運動公式的推論，很多學生可能會對結(jié)論死記硬背，這與核心素養(yǎng)是相違背的，因此教師習題教學時，要注重教授學生推理思想和方法.

例3 第三章復習與提高A組第4題

如圖3，兩人用同樣大小的力共提一桶水，兩人手臂間的夾角大些省力，還是小些省力？請通過推導得出你的結(jié)論.

分析 此題以生活中的現(xiàn)象為情境，考查了合力與分力的關(guān)系.解題的核心思路是分析題目中的恒定關(guān)系即兩人拉力的合力等于桶的重力，根據(jù)重力不變，兩個拉力的夾角變化可以判定其中一個拉力的大小，考查了守恒推理（b）.根據(jù)思路列出物理比例式，由角度的變化推理出分力的變化，此處考查學生的比例推理（c）.

3 在習題中培養(yǎng)科學推理能力的建議

3.1 考慮習題分層，注重因材施教

教師在習題教學時，不能將習題全部拋給學生，要關(guān)注到每個學生的認知水平，因材施教.比如教材習題的第一層次是練習與應用，第二層次是復習與提高A組，第三層次是復習與提高B組，三個層次的習題具有不同的水平結(jié)構(gòu).

練習與應用幫助學生鞏固本節(jié)知識，初步構(gòu)建物理觀念.復習與提高串聯(lián)整個章節(jié)知識，提升學生的思維水平.在答題過程中，教師要根據(jù)人教版教材習題的不同層次，布置不同的習題，讓每一位學生都能在原有的基礎(chǔ)上得到提高.

3.2 構(gòu)建邏輯思維，培養(yǎng)科學推理

習題教學不是簡單的“對答案”，而是教師在這個過程中對學生思想和方法的滲透.在習題教學中，教師要注重問題解決過程中的核心思維和推理步驟，引導學生思考“為什么”和“怎么做”，習題中科學推理和邏輯思維的培養(yǎng)不是靠“題海戰(zhàn)術(shù)”的堆積，而是思維的訓練和推理方法的掌握.

面對復雜情境的物理問題，教師要鼓勵學生思考，理清學生的答題思路，幫助學生構(gòu)建邏輯思維，整合知識，正確進行推理.在習題完成后，教師還要引導學生積極反思和回顧推理的過程，幫助學生強化認知，逐步形成科學推理能力.

3.3 挖掘習題資源，提升綜合能力

習題是課內(nèi)知識的延伸，也是學生提升核心素養(yǎng)和綜合能力的途徑.因此，教師應該充分挖掘習題資源，以習題中某一視角對學生進行拓展，適時要求學生對習題進行舉一反三，使習題的功能最大化，培養(yǎng)學生的綜合推理能力.此外，教師要積極發(fā)掘多維度科學推理習題，對習題資源進行整合，避免習題考察的單一化，讓學生的推理能力得到均衡發(fā)展.

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