演绎探究的尝试
李书群
“科学探究”是物理教学改革的一大跨跃，如何实施科学探究已成为物理教学的当务之急。翻开中学物理教材，我们不难发现许多物理规律是由理论方法导出的。在教学中，若遇到这些教学内容，可采用演绎推理和实验检验相合（即演绎探究）的方法，引导学生学会研究问题的科学方法，培养他们获取新知识和探索新规律的能力。学生学习了重要的概念、定律和理论之后，就应发挥理论在进一步的学习中的指导作用，引导学生从已知的理论出发，运用演绎方法进行有关问题的分析、推理、论证、得出新结论，推出新概念或新规律。当然，通过理论分析和演绎推理得到的结论是否符合实际情况，能否成立，还必须经过实验检验，需要通过设计实验给予验证。因此，配合理论推导设计验证性实验，引导学生从中学会研究问题的科学方法，在高中物理教学中应占有不可忽视的地位。
下面以“动量守恒”的教学为例，来阐明演绎探究的具体教学过程。在教学中，进行的程序是：提出问题→科学猜想或假设→用理论演绎推理→结论→实验检验。一般可为三个环节：
（一）运用“类比法”引导学生进行“科学猜想”。
讲课开始，有计划地向学生提出系列问题，启发应用“类比法”进行“科学猜想”。
自然界千变万化，但是人们发现有些物理量在一定条件下是守恒的，如电荷守恒、机械能守恒等。所以物理学中寻求守恒已成为物理研究工作的一个重要方面。回顾我们已学过的机械能守恒，其表达式为： mv 1 2 +mgh 1 =mv 2 2 +mgh 2 ，等式的含义是什么？如果物体的动能减少，势能如何变化？
在光滑的水平面上，质量为 m 1 和m 2 的两个小球正沿着一直线向同一方向分别以v 1 和v 2 的速度作匀速直线运动，且<</span>，经过一段时间后，第二球追上第一球发生碰撞，碰撞后速度分别为v 1 v 2 ，两球的动量各发生什么变化？试用“守恒”现象思考两球的动量变化量可能存在什么关系，把两球作整体考虑，碰撞前后总动量与碰撞后的总动量可能有怎样表达式？这些问题，促进学生应用“机械能守恒”类比，定向思维，得出：m 1 v 1 +m 2 v 2 =m 1 v 1 +m 2 v 2 ,但这只是通过联想和精测的可能关系式，是否正确尚需进行理论上的论证，并需通过实验加以验证。
这样提出“猜想”引导学生思考有两点好处：一是直接点出探索的课题，明确了本节的主动方向，激发学生定向思维活动，有助于在指导学生进行理论上的论证时有明确的方向性，便于推导出有关的规律和公式。
二是培养学生把未知事物和已知事物对比，学会“类比法”进行“科学猜想”，培养学生的联想力、想象力和创造性思维能力。
（二）运用理论分析法和逻辑推理的论证方法导出动量守恒的表达式。
（ 1）先隔离后析
动量变化是由合外力的冲量引起的，怎样找出碰撞中各种所受合外力的冲量呢？（学生活动：隔离球 1和球2，画受力分析图。设碰撞的时间为t，则：I 1 =F 1 t,I 2 =F 2 t）。
两球合外力的冲量有什么关系呢？（由牛三定律得： F 1 =-F 2 则F 1 t=-F 2 t）。
各个球的动量变化与合外力的冲量是什么关系？（由动量定理： F 1 t=m 1 v 1 -m 1 v 1 F 2 t=m 2 v 2 -m 2 v 2 ）。
球 1动量变化与球2的动量变化有什么关系？思考关系式含义。（由以上几式可得：m 1 v 1 -m 1 v 1 =-（m 2 v 2 -m 2 v 2 ）。
（ 2）整体分析：
由已得出的动量变化关系式如何找到系统在碰前和碰后的总动量之间的关系？若找到了，请说明等式的含义。（即由： m 1 v 1 -m 1 v 1 =-（m 2 v 2 -m 2 v 2 ）移项得：m 1 v 1 +m 2 v 2 =m 1 v 1 +m 2 v 2 ）。
在教学中，引导学生自始至终围绕问题而开展研究和推导。学生亲自动手，不但对公式： m 1 v 1 +m 2 v 2 =m 1 v 1 +m 2 v 2 的来龙去脉和物理意义获得了透彻的理解，而且还训练了学生运用分析与综合的思维方法。把球1和球2先从联系中隔离出来，找出各自的动量变化与冲量的关系，然后把球1和球2作为系统考虑，得出碰前和碰后总动量不弯（即动量守恒）的规律。
推导公式过程中运用演绎推理从动量定理和牛顿定律出发推导出的动量守恒的特殊结论，培养了学生逻辑思维和运用数学解决物理问题的能力，培养学生运用旧知识来处理新问题的能力。
（三）通过设计实验来验证导出的公式的正确性。在导出公式之后，及时用实验验证，先由学生自行设计实验，对学生的设计创意给予肯定鼓励。考虑到实验的难度与可行性，可参照用课本的实验验证。这样不但可以使学生对动量守恒有更透彻的理解，而且可以具体体会理论分析和实验验证这一科学方法的全过程。
验证性实验和探索实验在物理教学中同等重要，它们都是研究物理规律的重要方法。在物理学研究中，很多规律都是采用先通过理论推导导出结论，然后再用实验检验的方法从而被确认的。因此，在中学物理教学中培养这方面的能力也是非常必要的。