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1、一、物理概念和规律形成的逻辑方式之一 探究因果联系的归纳法十九世纪英国逻辑学家穆勒提出探求因果联系时使用的五种推理方法，在逻辑学中称为穆勒五法，包括求同法、差异法、共变法、求同求异法和剩余法。著名认知心理学家斯腾伯格（R.J.Sternberg）通过实验证实个体确实可以根据可能原因和可能结果同时出现（求同）、可能原因与结果同时消失（差异或共变）现象来确认某一事件是原因事件 R.J.Sternberg著：认知心理学 第三版 杨炳钧等译 中国轻工业出版社 2006年版 第349页。（一）求同法1求同法及结构求同法是通过考察被破究现象出现的若干场合确定在各个场合先行情况中是否只有另外一个情况是共同的
2、，如果是，那么这个共同情况与被研究的现象之间有因果联系。其结构可以如下表示：场合先行情况被研究现象 1A、B、C a 2A、D、E a 3A、F、G a 所以，A是a有关2物理学科中的案例材料：“列车出站时，由静止开始运动，并且速度不断增大，这是由于受到机车牵引力的作用。列车进站时，速度不断减小，最后停下来，这是由于受到制动阻力的作用。射出的炮弹，运动速度的方向不断发生变化，炮弹做曲线运动，这是由于炮弹受到重力的作用。总之，物体运动的速度的大小或方向发生变化时，都是由于受到了力的作用。力是使物体运动状态发生改变的原因，而物体运动状态发生改变时，物体就有了加速度。所以说，力是使物体产生加速度的原
3、因”。 吴孟明主编：高级中学课本 物理 一年级上海教育出版社 1996年版 第118页3案例分析第一，获得的物理结论：力是物体产生加速度的原因。第二，教材中获得该结论的推理方法 求同法，结构如下，场合结果条件1列车速度增大（有加速度）受牵引力2列车速度减少（有加速度）受阻力3炮弹运动速度的方向不断发生变化（有加速度）受重力 所以，力是物体产生加速度的原因。物理教材中多数定义性概念以及一些规律可以运用求同法获得的，比如教材中 “力”、“液化”、“机械运动”、“弹性形变”等概念以及“弹力的方向”、“力的合成”、“牛顿第三定律”等规律一般就可以通过求同法。被压弯的撑竹恢复原状时，使船离岸。材料：求同
4、法 人民教学出版社等编著：普通高中课程标准实验教科书 物理 必修1人民教育出版社 2004年（3）案例分析第一，获得的结论命题：产生形变的物体要恢复原状，对与它接触的物理产生的力。第二，教材获得该结论命题的推理方法 求同法，结构如下，求同法案例场合结果条件1船（及人竹竿）构成整体由静止离岸-受到岸对竹竿力（弹力）竹竿变弯（形变），逐渐恢复原状、竹竿和船的整体。2小车向右运动受F1力（弹力）弹簧伸长（形变），要收缩恢复原状，弹簧与车接触3小车向左运动受F2力（弹力）弹簧压缩（形变），要伸长恢复原状，弹簧与车接触 所以，弹力的产生需要弹性物体发生形变、与物体接触。（二）差异法1差异法及结构差异法是
5、通过考察被研究的现象出现和不出现的两个场合，确定在这两个场合中是否只有另外一个情况不同，如果是，那么这个不同情况与被研究现象之间有因果联系。其结构可以如下表示：场合先行情况被研究现象 1A、B、C、D a 2B、C、D 所以，A与a有关2物理学科中的案例 华东地区初中物理教材编写组：九年义务教育三年制初级中学教科书 物理 第一册上海科学技术出版社 2001年 第144页差异法 华东地区教材编写组：九年义务教育三年制初级中学教科书 物理第一册上海科学技术出版社 2001年版 第69页 （3）案例分析第一， 获得的物理结论：反射光线、入射光线与法线在同一平面内第二，获得该结论的推理方法差异法场合结
6、果变化条件不变条件1F光屏上有反射光线E、F板夹角为零，形成平面入射光在E盘、入射点位置、入射角度等2F光屏上无反射光线E、F板夹角不为零，不构成平面 所以，反射光线与入射光、法线同平面3案例分析第一，获得的物理结论：二力平衡需要二力同线第二，获得该结论的推理方法差异法场合先 行 条 件结 果实验一两个力满足等大、反向、同物、同线初始位置，硬纸片静止 - 二力平衡实验二两个力满足等大、反向、同物 虚线位置，硬纸片转动- 二力不平衡 所以，二力平衡需要二力同线这个条件。显然此结论是运用差异策略获得的。在物理教学中有许多结论命题是运用差异策略获得的，如下面几例：场合结果条件1听到铃声玻璃罩中有空气
7、2听不到铃声抽出玻璃罩中空气 所以，声音的传播与空气有关。场合结果条件1沸腾酒精灯加热2不沸腾撤去酒精灯不加热 所以，沸腾需要吸收热量。场合结果条件1小球做直线运动，不做曲线运动。小球受合力与运动方向同线2小球做曲线运动小球受合力与运动方向不同线 所以，做曲线运动需要物体所受合力与原运动方向不同线。（三）共变法1共变法及结构共变法是通过考察被研究现象发生变化的若干场合中，确定是否只有一个情况发生相应变化，如果是，那么这个发生了相应变化的情况与被研究现象之间存在联系。其结构可以如下表示：场合先行情况被研究现象 1A1、B、C a1 2A2、B、C a2 3A3、B、C a3 所以，A与a有关2物
8、理学科中的案例人民教育出版社等编著：普通物理课程标准实验教科书 物理 选修3-4人民教育出版社2005年版 第39页下图从左至右分别是波长为狭缝宽度的时水波通过狭缝产生的衍射现象。3案例分析第一，获得的物理结论：衍射现象的产生取决障碍物或孔隙的尺寸和波长的关系，当障碍物或孔隙的尺寸比波长小或接近波长时产生明显的衍射现象。第二，获得上述结论的推理方法-共变法场合结果条件1无明显衍射现象波长为狭缝宽度的 2有一定的衍射现象减少孔隙宽度，波长为狭缝宽度的3出现明显衍射现象继续减少孔隙宽度，波长为狭缝宽度的 所以，衍射现象的产生与取决障碍物或孔隙的尺寸和波长的关系，当障碍物或孔隙的尺寸比波长小或接近波
9、长时产生明显的衍射现象。（四）逻辑方法运用1实例（二）实例的分析1获得“导电物质的电阻大小跟导线长度有关”为例，其获得的逻辑结构如下：场合结果变化条件不变条件1a导线两端电压较小说明电阻较小导线a接入 导线较短导体材料、横截面积、电源、电路联结等。2b导线两端电压较大说明电阻较大导线b接入 导线较长 所以，导电物质的电阻大小跟导线长度有关。2获得“a导线电阻小于b导线电阻”根据欧姆定律U=IR，当I恒定时，电阻大，则两端电压大导线a,b串联，I相等，且b两端电压大于a两端电压所以，导线b电阻大于导线a的电阻也就是说，在获得上述结论时，学生要运用一次归纳推理-共变法、一次演绎推理。定量关系：“导
10、电物质的电阻大小跟导线长度成正比”已知：测量得： 比较可得： 由 电阻与导线长度成正比 需要经过三个演绎推理 根据欧姆定律U=IR，当I恒定时，则R1/R2=U1/U2导线a,b串联，I相等所以，Ra/Rb=Ua/Ub数学上比例关系的传递性质（大前提）Ub/Ua=lb/la Ub/Ua=Rb/Ra所以，Rb/Ra=lb/la如果x、y正比例关系，则两者等比例变化导线a,b串联，I相等，且a、b电阻之比等于a、b长度之比（等比例变化）所以，导线电阻与长度成正比多次测量实际是用求同法增加“电压之比等于导线长度之比”结论的可信度场合变化条件被研究现象不变条件 1I1Ua1Ub1 Ub1/Ua1=lb
11、/la 横截面积、材料、导线长度。 2I2Ua2Ub2 Ub2/Ua2=lb/la 3I1Ua3Ub3 Ub3/Ua3=lb/la 所以，在横截面积不变、材料等不变条件下，导线电压之比等于导线长度之比4求同求异并用法（1）求同求异法求同求异法是考察两组事例，一组是由被研究现象出现的若干场合组成的，称为正事例组；一组是由被研究现象不出现的若干场合组成的，称为负事例组。如果在正事例组的各场合中只有一个共同的情况并且它在负事例组的各场合中又都不存在，那么，这个情况就是被研究现象的原因。其结构如下表示：场合先行情况被研究现象 1（正事例）A、B、C、F a 2（正事例）A、D、E、G a 3（负事例）
12、B、C、G - a 4（负事例）D、E、F - a 所以，A与a有关（2）物理学科教学案例及分析在教材中，通过求同求异法获得物理结论的实例不多，但在实际教学中，教师可能会运用该方法来获得物理结论。例一，在初中液体内部压强一节教学中，为了获得 “在同种液体的同一深度，液体内部压强相等”这一结论，教师要求学生完成以下实验，第一组：探头开口向上，分别在水面下5厘米、12厘米测量压强计两管液面高度差；第二组：探头开口向下，分别在水面下5厘米、12厘米测量压强计两管液面高度差。第三组：探头开口向左，分别在水面下5厘米、12厘米测量压强计两管液面高度差。第四组：探头开口向右，分别在水面下5厘米、12厘米测量压强计两管液面高度差。第五组：由一四组中，深度为5厘米的4个实验组成。第六组：由一四组中，深度为12厘米的4个实验组成由第一四组构成负事例组、第五组和第六组构成正事例组，可以运用求同求异法获得上述结论。例二，在曲线运动条件的教学中，教师安排如下一组实验（在光滑桌面上完成）：21435附：实验条件及结果记录表格小球在玻璃板上的运动初速度：沿水平标志线向右次数是否放置磁铁及磁铁位置小球运动轨迹受力情况1没有放磁铁直线合力为02放在小球正后方直线合力与运动速度方向相反3放在小球正前方直线合力与运动速度方向相同4放在小球右侧曲线合力与运动速
