一、物理提问能力概述

（一）问题的定义

我们在对问题定义进行了解的过程中会发现，对问题很难有一个确切的定义，但是一般来讲，问题包含以下三个基本成分：某些导致不能达到目的或者实现目标的认知障碍；给定的条件；要达到的目标。而其他释义中除了这三种基本成分的表达之外就只有一些特殊的表达。而我们从研究的目的与出发点来看，学生在学习生活中所遇到的大多是关于认识障碍的问题。

高级心理咨询师张掌然根据问题的不同程度以及解决问题的不同目的，将问题划分为三个层次，分别是基础认知程度的测试性问题，带有情感态度表达的修辞性问题，具有实践探索意义的实用性问题。而具体来看，张掌然对于测试性问题的具体解释是：测试性问题指提问者在已知问题答案的前提下，基于考察的目的对被提问者提出的问题，提问者希望能够从提问中了解被问者是否知道问题的答案。在我们的日常教学中有很多这一类问题。他对修辞性问题的具体解释是：提问者既不是真正地为了获取问题本身的答案，也不是为了测试而提出问题，提问者只是以疑问句的形式表达一种意见或观点，以达到加强修辞效果的目的。从问题的定义上来看，修辞性问题不算是严格意义上的问题。教师在教学活动中提出的问题不包括这一类。张掌然对实用性问题的具体解释是：提问者不知道或不能确知问题的正确答案，这一类问题的提出是为了探索未知现象，寻求未知的答案，获取相关的知识。实用性问题和测试性问题不同。测试性问题是提问者已知问题答案而提出的，实用性问题的提出是为了寻找答案或探索答案，两者的出发点不同，对问题的认识程度也不同。本书讨论的问题包括测试性问题和实用性问题，但是以学生在学习过程中遇到的，主要是在初中课堂中学生提出的实用性问题为主体。

（二）培养学生物理提问能力的意义

1.课堂提问能力的提升是学生主体地位的突出表现

我们传统的教学课程模式是以赫尔巴特的经典教育理论为核心发展的课程模式，赫尔巴特的教育理论是“传统的三中心理论”（以教师为中心，以教材为中心，以课堂为中心），所以在传统的教学中，课堂教学的主体一直是教师，而课堂以解决教材中的问题为核心，所以课堂中的主要提问者、引导者都是教师，主要的提问内容则来自我们的教材或者大纲要求。在这样的情况下传统教学中的课堂提问主体就必然也必须是教师，一般就是教师提出问题，学生去思考教师提出的问题。20世纪以来，随着教育理论的发展，杜威提出了“现代教育中的三中心理论”，即以儿童的亲身经验为中心、以生活化的教学为中心、以学生主动学习为中心的新三中心理论。由这两个中心理论的变化我们可以看出，教育理论的发展趋势是还课堂于学生，还知识于生活。传统的教学过程以教师为中心，教师以课程书本为中心设计教学程序，在课堂中讲授教学内容；教师将所有的知识、可能遇到的问题都一一做了列举，面面俱到，即便学生想主动体现自己的主体性也无从下手。在新的教育理念下，在新的课程改革要求下，我们一再呼吁把课堂还给学生，让学生能够成为课程的主体，成为课堂提问的发起者，而教师在设计教学活动时要考虑到学生的独立思考时间和亲身实践时间，这样学生在自主探究发现中才可能会发现问题，这有助于他们形成思考问题的意识以及主动探索未知世界的积极态度。课堂提问主体的转换这一细小的变化（即课堂还主体于学生的变化），凸现了学生的主体地位，体现了教育以学生的发展为本的宗旨，反映了教育发展学生自身创造性的价值取向。

2.学会提问是学生学会自主学习的开始

2001年6月，《国务院关于基础教育改革与发展的决定》明确了“加快构建符合素质教育要求的新的基础教育课程体系”的任务。新课程改革的核心目标就是要改变传统教学中过于注重知识传授的倾向，希望能以学生积极主动的学习态度为基础，让学生学习新的知识。在传统的教育教学过程中，学生的学习往往是传统的接受式学习，即先学习知识然后反复练习，强化记忆。但是升入中学阶段之后，随着课程内容的加深、增多，单纯靠简单的死记硬背是不可能掌握知识的。杜威在自己的论述中反复强调学生自身的经验是学生学习的来源，学生只有在自己的生活过程中能够更多地使用到、联系到、关注到所学的知识内容，才能更好地掌握学习内容。学生掌握的学习内容不仅包括课本中的知识内容，也包括对于一类问题的探索研究方法。而在一切学习活动的开始教师必须要让学生学会关注现象，学会提出问题，因为学会发现、学会学习的前提就要先学会提出问题。可现实的情况却是恰恰相反的，教师往往过度强调要培养学生学会分析问题、解决问题的能力，却在大多数情况下忽视了培养学生提出问题的能力。国内学者李耀俊通过对优等生、后进生物理学习策略的对比研究发现，低水平的提问和解释能力同学生取得的较低学业成绩有关。他指出，发现和提出问题能促进学生进行有意义的学习，激发学生的学习动机，而且发现和提出问题也显示了学生思考的过程以及对概念的理解水平。

3.课堂提问是培养学生创新思维的重要途径

学生能够自主自由地在课堂上提出自己思考的或者有疑惑的问题，就代表着学生对提出的问题具有一定的学习热情和探索激情，这对于培养学生良好的学习习惯和研究精神是极为有利的。再者，学生能够对普遍现象或在实践中有所思考并表达自己的看法，在很大程度上反映了学生独立的个性思维品质和良好的创造力。另外，学生在提出一个问题之前必然是经过思考的，也许是深刻的思考，也许是粗浅的思考，但是我们从学生提出问题的难易程度能很清晰地看到学生的思维过程，并且能看到不同学生思维的活跃性和深刻性不同，而且通过对内容的思考提出问题，本身就是一种创新行为。让学生自主地提出问题是在课堂上培养学生创新思维能力最重要也是最简单的途径。

二、物理推理能力概述

（一）推理的概述

推理是从一个或者几个判断中得出一个新的判断的思维形式。例如：所有金属都是导电物质，所以有些导电物质是金属；行星运行的规律满足于开普勒定律，所以地球运行的规律满足开普勒定律；水是不可压缩的，酒精是不可压缩的，煤油是不可压缩的，豆油是不可压缩的，所以液体是不可压缩的。任何推理都包括两个组成部分，也就是推理所依据的判断（前提），以及推出的新判断（结论）。推理不是任意判断的组合，而是由有推论关系的判断构成的。物理问题的解决、物理新规律的发现，都离不开推理过程。

人们进行的推理并不一定都合乎逻辑。要合乎逻辑，推理过程就必须遵守推理规则。如果违反了推理规则，那么推理就没有逻辑性。不合乎逻辑的推理，其结论必定是假的。例如，曲线运动都是变速运动，所以变速运动都是曲线运动；产生加速度的物体必然受到了外力，所以物体在受到外力的时候，一定产生了加速度。

（二）推理的种类

按前提和结论的蕴涵关系分，有必然性推理和或然性推理；按思维进程的方向性分，有演绎推理（由一般到特殊）、归纳推理（由特殊到一般）和类比推理（由特殊到特殊）；按前提数目分，有直接推理（一个前提）和间接推理（多个前提）；按繁简形式不同分，有简单推理和复合推理（由多个简单推理组成）。

（三）物理推理

物理推理是由一个以上的物理判断获得另一个新的物理判断的思维形式。具体说来，物理推理是人们在物理观念系统的作用下，根据若干物理条件，结合一定的物理知识、方法，对物理对象形成某种判断的思维操作过程。根据获得新判断的过程，通常将物理推理分为归纳推理、演绎推理与类比推理。不同推理过程的主体方法也不同，但除了数理推理中的方法外，其他推理过程的方法都属于逻辑学方法的范畴。还需要指出的是，在所有的物理推理当中，分析、综合、比较、概括等逻辑学方法仍被广泛运用。

1.物理归纳推理

由个别性的物理判断推出一般性的物理判断，即物理归纳推理。中学物理教材将一些概念、公式及定理，通过归纳法引出，更符合学生的认知特点，也符合人们从特殊到一般的认识规律。并且对于有些公式、定理，由于知识、经验的局限性，只能让学生暂时接受其真实性，所以常常是用不完全归纳法给出而不加以证明。在问题解决教学中，教师也可引导学生自觉地用归纳方法探索发现解决问题的思路和方向。物理归纳推理的一般过程是：对一定数量的个别性物理判断，通过分析、综合，比较不同点和相同点；然后在此基础上，进一步根据研究目的，将研究对象进行相当范围的扩大，对这些相同点是否能在该范围内上升为一种共性的结论做出分析、综合、判断；最后再用物理语言和数学语言对其共性内容进行表述。表述本身，亦就是归纳的结论。在较为容易简单的归纳过程中，相同点和共性内容的确定，常被合并为一个步骤进行。根据归纳所依据的那些个别物理判断数量，物理归纳又分为简单枚举归纳、科学归纳、完全归纳和因果关系归纳。

（1）简单枚举归纳(www.daowen.com)

若由一个具体的物理判断，就直接得出一般性的物理判断，即简单枚举归纳。例如，由“氢原子光谱是分立光谱”的单一物理判断，玻尔提出了原子能级的定态假设这个一般性物理判断。简单枚举归纳是将个别物理判断结论（一般是某种物理现象或物理过程的主要特征），直接作为共性处理所做出的归纳。所以，它的或然性比科学归纳要大得多。然而，特别是在近代物理的发展中，颇有一些成功运用简单枚举归纳的实例。因此，我们在物理能力的培养中仍要给予其重视，在重视的同时也必须让学生明确：简单枚举归纳的运用，应该是在不得已的情况下（很难再获得类似的具体物理判断）；同时，它的结论只是一个假设，需要被进一步验证后才能被科学接受。在物理学之外的领域，特别是在社会和生活领域，并不能滥用这一推理形式。

（2）科学归纳

所谓科学归纳，是从一些结论相同的具体物理判断之所以成立的物理内因入手，先分析出众多研究对象具有同样的物理内因，然后再得出与具体判断结论相同的一般性物理判断。例如，由三个具体的物理判断，即“木块在水中受到浮力，小球在煤油中受到浮力，铁块在水银中受到浮力”，分析出其物理内因是物体的上、下表面所受到的压强差；然后分析、比较其他各种液体，得出其内部亦都存在着压强，置于其中的各种物体的上、下表面也亦有压强差；由此进行综合、概括得出一个共性内容——浸没在液体中的物体都将受到浮力，作为归纳的结论。从逻辑学角度说，科学归纳是一种不完全归纳（根据某类事物中部分对象具有某种性质，而做出该类事物全部对象都具有该种性质的推理），它的结论也是或然的。但由于科学归纳抓住了对物理内因的分析与比较，而没有停留在对事实的简单重复上，从而它的必然性概率显著增强。物理中的归纳推理，大多数是科学归纳推理，它是培养和测量学生物理归纳推理能力的重点。

（3）完全归纳

完全归纳是在获得了有关研究对象在相同研究目的和研究条件下的所有具体物理判断之后，再做出的一般性物理判断。例如，研究太阳系中行星的运动轨迹，在通过观察而得出木星、金星、地球、火星、水星、土星、天王星、海王星、冥王星都绕太阳转动的几个具体判断以后，得出一个一般性判断：太阳系的九大行星都在绕太阳转动。完全归纳的结论是必然的。物理学中完全归纳的运用相对来说不是很多。

（4）因果关系归纳

因果关系归纳一般分五种（又称穆勒五法），即契合法、差异法、求同求异共用法、剩余法和共变法。求同法，也称契合法：在被研究的现象（a）所出现的各个场合中，如果发现某一情况（A）都出现了，那么这个共同的情况（A）与被研究的现象（a）之间有因果联系。求异法，也称差异法：如果在第一个场合，随着被研究的现象（a）出现，就有某个情况（A）出现；在第二个场合，被研究的现象（a）不出现，某个情况（A）也不出现；而在这两种场合中其他情况都相同，则情况（A）和被研究的现象（a）有因果联系。求同求异共用法：如果在几个场合中（正面场合），有被研究的现象（a）出现，同时就有某个共同的情况（A）出现；而在另几个场合中（反面场合），不出现被研究的现象（a），也不出现情况（A），那么这个情况（A）和被研究的现象（a）之间有因果联系。共变归纳法：如果某种情况（A）发生一定程度的变化，而被研究的现象（a）也发生一定程度的变化，那么这种情况跟被研究的现象之间有因果联系。剩余归纳法：如果有一复合现象（a，b，c），已知它的原因是在某个特定范围（A，B，C）之内，又知此范围内的因素B、C只能分别说明复合现象中的部分现象b、c，那么复合现象的其余部分必然为因素A造成。这种在一复杂现象中把已知因果关系的现象和因素减掉，而从剩余的现象和因素之间寻找因果联系的推理法，称为剩余归纳。

2.物理演绎推理

由一般性的物理判断推出个别性的物理判断，即演绎推理。物理演绎推理的一般过程是：根据已知的一般性物理概念和规律，通过分析，确定符合该物理概念和规律所要求的具体对象，继而得出具体对象的从属，或具体对象亦具有一般性物理概念和规律所具有的特征。例如，“摩擦力做功为零时，物体的机械能守恒。因此，在下落中的任意时刻自由落体的势能和动能之和不变”。这里的第一句话是一般规律，因为它包括了一切做机械运动的物体；第二句话中的“自由落体”，符合第一句话中“摩擦力做功为零”的条件，于是可演绎出自由落体亦具有第一句话中的一般性结论，即“任意时刻的势能和动能之和不变”。由上例我们还可以理解到，物理演绎推理基本仍遵循逻辑学中演绎推理的三段论模式——两个前提下的一个结论。三段论，又称直言推理，是以包含一个共同概念的两个直言判断为前提（大前提与小前提），推出一个新的直言判断为结论的演绎推理。其结论具有必然性。三段论的基本格式为（M→P）→（S→M）→（S→P）。两个前提中含有结论中P项的为大前提。在大前提的科学性无误的条件下，结论所涉及的知识又没有超出大前提的范围，结论的判断就一定正确。一方面，学习各类演绎推理的有关规则，可以提高物理演绎推理的必然程度，减少盲目性错误；另一方面，必须注重研究物理演绎推理的特殊性。下面三点都是最基本的特殊性。

（1）较多使用假言判断组成的推理

在实际的物理演绎当中，直言选言推理（又称选言直言推理）与联言推理都有直接而规范的应用。所谓直言选言推理，是指由选言判断和直言判断分别组成两个前提的演绎推理。例如：物体或是气态，或是液态，或是固态；水银不是气态，也不是固态，因此水银是液态。所谓联言推理，是指推理的前提或结论为联言判断的演绎推理，可分为合成式与分解式。两者的区别为：前者的结论为联言判断，如实物粒子是物质，场也是物质，因此实物粒子和场都是物质。后者的前提为联言判断。如不但实物是物质，而且场也是物质，物质有质量，因此场也有质量。

但在物理演绎推理中应用较多的是假言推理、假言选言推理、假言联言推理和假言连锁推理。假言推理是指至少有一个前提为假言判断的演绎推理。例如：1.01×105Pa压强下水的沸点是100℃，如果压强低于1.01×105Pa，水的沸点不是100℃。假言选言推理，又称选言假言推理或二难推理，是以一个选言判断和另一些在数目上与选言判断的选言支相等的假言判断为前提进行的推理。例如：如果考虑库仑力，电子应被核吸引；如果考虑电磁辐射，电子轨道应愈来愈小；实际上电子既没被核吸进去，轨道也没变小；所以在研究原子内部结构时，静电场和电磁辐射的理论都受到了挑战。假言联言推理，是以两个假言判断和一个联言判断做前提推出一个结论的演绎推理。例如：如果考虑质量，液滴受重力，如果考虑电量，液滴受电场力；现在既要考虑质量，又要考虑电量；所以液滴既受重力，又受电场力。假言连锁推理，是指所有前提和结论都为假言判断的假言推理。例如：摩擦会使物体生热，受热会使物体膨胀，因此摩擦会使物体膨胀。物理演绎中大量使用各种假言推理的根本原因是物理学的概念和规律在内涵和外延上都是有条件的，这导致物理演绎必须在一系列的条件下才能进行，并保证其正确的程度。

（2）存在大量的省略

物理演绎的另一个特点是实际演绎过程中的大量省略。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。例如，在上文所举的自由落体的例子中，小前提被省略了：在自由落体的过程中，由于不计空气阻力而使摩擦力做功为零。物理演绎中的这种省略，类似于逻辑学中演绎推理的连锁三段论。连锁三段论是以一个三段论的结论作下一个三段论的前提而连续进行的演绎推理，并且表述中只保留最后的结论，而将中间的结论全部省略。例如：煤是物体，物体有惯性，惯性使物体保持原有的速度匀速运动，因此煤以铲骤停前的速度继续做匀速运动（进入炉内）。但连锁三段论只是省略了过程中的结论（或前提），物理演绎则在各类演绎推理的复合运用中，尽可能省略掉可省略的一切成分。剖析任何一段实际的物理演绎，最终都不难发现这一点。

（3）大前提须由物理学给出并保证正确性

演绎逻辑的必然性并不意味着结论的真（或正确），而是指结论与大前提同真假。换句话说，只有在大前提或正确的条件下（在正确运用法则的条件下），才可以保证结论也必然是真（或正确）。因此，大前提的正确与否是至关重要的。同时，这也说明逻辑学本身并不能给出正确的大前提，亦不能审核大前提正确与否。例如，有大小和方向的量是矢量，电流有大小和方向，所以电流是矢量。这里的推理是完全正确的，而结论的错误来自大前提。物理演绎的大前提可以来自物理观察和实验，可以来自已有的科学概念与规律，也可以来自科学抽象、科学概括或归纳、演绎、类比的结论。但无论是哪一种，都应该是经过物理的检验被证明是正确的。

3.物理类比推理

根据不同物理研究对象在某些方面具有相同点的几个物理判断，推出它们在另外的方面也可能相同的新物理判断，即物理的类比推理。物理类比推理也在物理教学中发挥着重要作用，它不仅是学习知识、系统掌握知识和巩固知识的有效方法之一，还在问题解决中具有启迪思维的作用。学生在学习中常常调动、利用原有的认知结构，借助类比，由此及彼，温故知新，有效地建构新的认知，从而推动对新知识的理解和掌握，并在此基础上进一步做恰当类比，将知识有机联系起来。在问题解决中，“每当理智缺乏可靠论证的思想时，类比这个方法往往指引我们前进”（康德语）。当人们面临一个比较生疏的问题时，往往可以联想一个比较熟悉的问题作为类比对象，熟悉问题的解决途径和方法常可启发思维、提供线索，使人触类旁通，找到生疏问题的解决途径和方法。也正如波利亚所说：“类比是一个伟大的引路人。”

物理类比推理的一般过程是：对两个或两类对象的已知属性进行比较，概括两者具有的相同属性，然后对它们未知的属性做出“也相同”的肯定判断。例如，物理学史上光的波动说就是类比推理的产物。惠更斯在研究光时，发现光和声音都能够发生反射、折射，所以他认为光也应和声音一样，是一种机械波。逻辑学认为，类比推理的结论是或然的。物理类比推理亦是如此，其正确概率和物理归纳推理有着明显的不同，原因在于物理类比推理的方法主要依靠比较。波动说在物理学史上属于一个成功的物理类比，也仅指它的合理内核针对光是一种波而言。其余，如它对波的性质的类比，则是不正确的。物理学史上，物理类比推理的结论曾被充分肯定而最终又被彻底否定的典型例子是磁荷：根据磁场和电场在场强、能量、力线的描述等属性上相同，类比得出永磁体像带电体带有电荷一样，也带有磁荷，并进而类比电场强度建立了关于磁场强度的一系列物理量计算公式，其计算结果和宏观检测也还是符合的。然而，科学最终还是以安培的分子电流否定了磁荷的存在。因此，物理类比推理的结果必须接受实验的检验。

在教学实际中，物理类比常被用来引入或建立新的物理概念，如用水流类比电流，用水压类比电压等。它的优点在于便于突破难点，但却容易让学生误解物理类比的结论总是正确的。因此，需要采用适当的方法进行“补救”，否则物理类比并不利于学生物理思维能力的发展。减少类比推理的或然性，提高其正确性的基本方法，是广泛地比较两个事物的属性。比较越广泛，不但其个性易被察觉，而且共同的属性也越多，类比推理的正确性也就越大。此外，进行类比推理后，有意识寻找与推理结论相排斥的现象，若找不到，则类比结论的正确性增加。这些做法，亦都适用于物理类比推理。