邏輯學在高中物理習題教學中的作用

　　邏輯學與教學關系的研究是歐美國家哲學研究的新興熱門問題之一。邏輯學是合理思維的工具，它能使人在思維過程中概念準確、判斷恰當、推理合乎邏輯;使人更準確，更嚴密地表達思想，反駁謬誤。隨著教育及課程改革的不斷深化，素質教育要求以培養學生的創新精神和實踐能力為重點，“高分”不再是教學的唯一目標。學生良好的思維能力、思維習慣以及思維方法的培養成為教學的重點目標之一，這無疑對一線教師提出了更高的要求。高中階段是學生的形象思維向抽象思維轉化的重要階段，是邏輯思維發展的關鍵時期。要有效地培養學生的邏輯思維能力，教師必須有系統的邏輯學理論知識和實踐能力。本文從實際高考試題的邏輯學分析著手，從習題教學的視角分析邏輯學在教學中的重要作用。

　　1 邏輯學幫助深化物理概念和規律

　　通過習題教學能夠幫助學生牢固地掌握物理概念，深刻地理解物理規律。但是，很多時候，學生看似理解了所學的物理內容，習題中也能夠準確地給出答案。但是，對物理知識的理解未必真的到了實質。而從邏輯學視角分析問題的時候，會有新的體會思考。如下例所示：

　　例1 (2014年高考北京卷13題) 下列說法中正確的是( )

　　A.物體溫度降低，其分子熱運動的平均動能增大

　　B.物體溫度升高，其分子熱運動的平均動能增大

　　C.物體溫度降低，其內能一定增大

　　D.物體溫度不變，其內能一定不變

　　第一步：

　　根據熱力學第一定律：溫度是分子平均動能的標志。

　　溫度升高，分子熱運動的平均動能增大。

　　溫度升高 溫度降低

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　　分子熱運動的平均 分子熱運動的平均

　　動能增大 動能減小

　　(充要條件假言推理)A項錯誤;B項正確。

　　第二步：

　　物體的內能包括所有分子的動能和勢能之和。

　　物體內能增大，要么分子動能總和增大(溫度升高)，要么分子間勢能增大溫度降低。

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　　結論：若分子間勢能的增量大于分子動能總和的減少量，分子內能增加;

　　若分子間勢能的增量小于分子動能總和的減少量，分子內能減少;

　　若分子間勢能的增量等于分子動能總和的減少量，分子內能不變。

　　(相容選言推理否定肯定式，兩個選言肢均未被排除，結論為選言判斷) C、D選項錯誤。

　　分析 乍一看本題，A、B選項像是假言判斷，實則為假言推理。假言判斷與假言推理看似無大的差異，但是，對物理知識的理解卻大相徑庭。假言判斷中，前件與后件是因果關系，前件的真導致后件真。假言推理則是推理導出的含義。溫度變化與分子平均動能的變化構不成因果關系，溫度升高只是分子平均動能的外在表現形式。作為高考題本題選項并未采用“當且僅當……則……”或“若……則”的形式來表述，極其嚴密。因此，從邏輯學角度重新審視物理知識的時候，會使認識更為透徹、深刻、嚴謹。

　　2 以邏輯學為基礎，合理命題以培養嚴謹的邏輯思維能力

　　物理習題教學擔任著培養學生邏輯推理能力的重要任務。學生學習的過程中，在學生對物理概念和規律掌握到一定程度以后，可以通過對一些推理性較強的習題的練習，來充分訓練學生的邏輯思維能力和推理能力。此時，習題要有深度，要求推理過程復雜，脈絡多樣，如此才能更好地培養學生能力，使其思維更加縝密、靈活。如下例所示：

　　例2 (2014高考天津卷4題) 如圖1所示，平行金屬板A、B水平正對放置，分別帶等量異號電荷。一帶電微粒水平射入板間，在重力和電場力共同作用下運動，軌跡如圖1中的虛線所示，那么( )

　　圖1 帶電粒子運行軌跡圖（圖略）

　　A.若微粒帶正電荷，則A板一定帶正電荷

　　B.微粒從M點運動到N點電勢能一定增加

　　C.微粒從M點運動到N點動能一定增加

　　D.微粒從M點運動到N點機械能一定增加

　　第一步：

　　類平拋運動的物體動能增加，因為類平拋運動在水平方向勻速，在豎直方向做初速度為零的勻加速運動。

　　微粒在極板間做類平拋運動。

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　　結論：微粒從M點運動到N點動能一定增加(帶證式直言三段論推理，肯定前件式)。

　　C正確。

　　第二步：

　　根據能量守恒定律：微粒的重力勢能、電勢能、動能三者之和不變。動能是增加的，要么重力勢能減少，要么電勢能減少。

　　重力勢能減少。

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　　結論：如果重力勢能的減少量小于動能的增加量，電勢能減少。

　　如果重力勢能的減少量大于動能的增加量，電勢能增加。

　　(相容選言推理否定肯定式，兩個選言肢均未被排除，結論為選言判斷) D選項錯誤。

　　第三步：

　　電勢能增加，電場力做負功。(充要條件假言判斷)

　　電勢能無法判斷，因此，電場力做功無從判斷。A、B選項錯誤。

　　以上實例的推理過程較為復雜，脈絡并不十分簡單。這就要求學生能夠找到合理的著手點，結合扎實的物理知識，以正確的思維方式進行推理。類似的習題編制有很多，但教師們在出題時未必考慮了相應的邏輯學知識，如果能夠以邏輯學為理論基礎來指導實踐，定能有意想不到的收獲。

　　3 分析學生物理學習障礙中的邏輯學問題，并采取合理的教學策略

　　通過習題教學和練習，教師可以隨時得到學生學習情況的反饋信息，借以調整教學內容、方法和進程。在習題訓練過程中，學生在運用知識解決實際問題的時候，難以把高度概括性和抽象性的物理知識與邏輯思維相聯系。對于物理習題教學中的易錯題，教師需從邏輯學角度系統科學地分析學生的邏輯思維障礙，對癥下藥，這樣才能更好地幫助學生解決問題，同時培養學生的抽象邏輯思維能力和辯證邏輯思維能力。

　　例3 (2014高考海南卷9題) 如圖2(a)，直線MN表示某電場中一條電場線，a、b是線上的兩點。將一帶負電荷的粒子從a點處由靜止釋放，粒子從a運動到b過程中的v-t圖線如圖2(b)所示。設a、b兩點的電勢分別為φa、φb，場強大小分別為Ea、Eb，粒子在a、b兩點的電勢能分別為Wa、Wb，不計重力，則有( )

　　(a)某電場中一條電場線 (b)粒子運動v-t圖

　　圖2（圖略）

　　A.φa>φb

　　B.Ea>Eb

　　C.Ea

　　D.Wa>Wb

　　第一步：

　　由牛頓第二定律F=ma知，物體合外力與加速度成正比，若加速度減小，則合外力減小。

　　從a到b的過程中，加速度減小。

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　　結論：從a到b的過程中，粒子所受合外力減小(充要條件假言推理，肯定前件式)。

　　第二步：

　　由電場強度定義E=F/q知，若電場力減小，則場強減小。

　　從a到b的過程中電場力減小，因為粒子只受到電場力的作用。(帶證式前件)

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　　結論：從a到b的過程中，電場強度減小(充要條件假言推理，肯定前件式)。

　　第三步：

　　由能量守恒定律可知：粒子電勢能與動能之和不變。

　　粒子動能增大則電勢能減小。

　　粒子動能增大，因為粒子速度在增大(帶證式前件)。

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　　結論：粒子電勢能減小(充要條件假言判斷，肯定前件式)。

　　第四步：

　　沿著電場線方向，電勢逐漸降低。

　　受力方向由a指向b。

　　正電荷受力方向沿著電場線方向。

　　分析 本題之前三步邏輯推理對于學生來說并不難，但是第四步中，一些學生由于錯誤地使用了同一律的思維規律，潛意識地把粒子當做正電荷，因此得出了錯誤結論。找出了學生的邏輯思維障礙以后，教師就要注意強調，在靜電場部分知識的學習的時候，要時刻注意粒子電性的正負，不能隨便就把粒子當做帶正電荷處理。

　　4 總 結

　　本文從三個角度闡述了邏輯學在物理習題教學中的重要作用，望能夠引起廣大同行的注意。沒有邏輯學作為基礎固然也可以做一名物理教師，學生的邏輯思維能力亦可得到提高。但是，如果有邏輯學作為指導實踐的基礎，相信一定能夠更好地培養人才。