摘要：要实现学生具备有效手段来实施实验探究性学习活动，应以物理知识为载体，以逻辑思维能力为方法，实现逻辑思维与实验探究活动的有效整合，培养出实验探究活动过程所需的思维的创新性、深刻性、灵敏性和独创性。
关键词：逻辑思维；实验探究能力；科学方法
物理学是一门成熟的精密科学，逻辑关系构成了它的理论结构，理性思维与逻辑思维能力是处理物理学问题的根本能力。形式逻辑学中的科学假说构建了实验探究活动的框架，科学归纳法、因果关系和类比推理是实现猜想与假设、制定实验方案的关键。在实验探究活动中融入逻辑思维可以有效培养学生的科学探究能力，拓展科学方法与科学精神。
1物理实验探究中的逻辑关系
物理实验探究中必须的逻辑关系有以下几种：
1.1科学归纳推理
科学归纳推理[1]是根据某部分物理现象，分析此情况的本质原因，从而得出关于这类物理现象的一般性结论的归纳推理。它是以个别性知识(或现象)为前提推出一般性的结论。注意其结论具有或然性特点。如研究“楞次定律”所设计的实验，利用条形磁铁相对线圈运动的情景而归纳出楞次定律的普遍规律。
科学归纳法常根据求同法、求异法、求同求异并用法、共变法、剩余法[2]5种简单逻辑关系，在实验探究中寻找物理现象的本质。这里仅介绍共变法。共变法是指一个物理现象(或物理过程)中，某一物理量变化，另一物理量也随之发生相应的变化，前一物理量是后一物理量变化的原因。对于多因单果型因果关系需用控制变量法进行。共变法强调物理量间的量变关系，用数学函数关系式来表述。如研究“物体的加速度与作用力和质量的关系”实验中，物体所受的作用力变化、物体的质量变化均引起物体的加速度变化，而且通过定量分析可得到ａ∝Ｆ，ａ∝1/ｍ的数学关系。
1.2类比推理
类比推理是指由一种物理现象联想到另一种物理现象，并对两种现象进行比较，根据二者某些属性相同或相似而推出它们在其它方面也可能相同或相似。类比推理的根据有：形的相似、物理过程相似、本质属性相似、因果关系相似、效果相同等。该方法在实验研究中用来确定实验方案。
1.3科学假说
科学假说是指已有的事实材料和科学原理对某未知事物及其发展规律作出一种推测性的说明。科学假说具有推测性，其正确性有待于实践的检验，但为人的认识接近真理的一种方法，所以科学假说必须以事实和已经确证的科学理论为基础，通过理性思维推测出未知问题的结论。如历史上著名的分子电流假说、中子的预言等。
2实验探究性能力的构建
下面以科学假说的过程为主线，来讨论如何进行自主的实验探究性学习活动。
2.1提出问题
学生根据在理论学习和实践活动中，在自身的元认知水平基础上，可以在观察中、阅读中、学习思考中的一个偶然的超越自己认知水平的新的未知的问题，提出自己所要探索的目标问题，可以是理论性较强，需要从理论上阐明；可以是实践性较强，需要通过科学实验来解决。所要探究的问题情景尽可能是真实的、有意义的、具有创新性和可行性。但对于大部分中学生而言，他研究的问题并非一定要有非常大的科学价值、在理论上有突破或者通过研究搞一个发明创造。能否有科学价值，取决于学生的认知水平、观察力是否敏锐和思维有无独创性与深度。所以探究性学习更关键的地方在于学生尝试和体验这种学习活动方式，让学生经历某种理智和情感的体验，让学生的思维和情感受到某种刺激和训练，感受学习活动的丰富多彩、多层次、多角度的学习特点。
2.2收集信息，利用归纳推理进行信息加工，提炼有效信息
信息加工能力是现代学习能力中至关重要的能力。利用资料查阅相应的知识，罗列相关信息，进行信息整理，排除视觉上的或者感性上认识的干扰信息，去掉虽有用但次要的冗余信息，整理出有价值的主要信息。根据归纳推理中求同求异思维，利用思维的批评性与创造性结合丰富的想象力与敏锐的观察力，找出能反映物理现象本质特性的因素，从而提炼出有效信息。并进行归纳，写出简要，制成表格、图表和知识网络信息图。如“探究功与物体速度变化的关系”实验前应收集功、力、速度及弹力做功和弹性势能等相关的知识，定性分析出功与物体速度变化的关系。
2.3利用类比推理，提出大胆假说
提出假说是获得结论的前提。先凭直觉凭经验猜想，再利用类比推理的方法，将新发现的事实材料中的物理现象与我们熟悉的物理模型、物理过程、物理规律比较，从新旧物理现象情形和本质上观察有无相同或相似之处。进而抓住可以类比的物理现象，提出大胆假说，形成新物理现象可能存在的物理规律的设想。如研究“气体压强的微观意义”设计的实验，将气体压强的产生与小滚珠从某一高度快速倒在秤盘上的情景类比而得出实验的设想。
2.4验证假说
利用共变法，从理论上寻找物理量间可能存在的定量关系，设计出实验方案，进行科学实验的验证，进一步明确物理量间的函数关系，形成比较正确的理论认识，在仔细评价的基础上得出结论。如“探究弹性势能的表达式”实验中，利用共变法判断弹性势能与弹簧的伸长(或压缩)存在定量关系。通过实验寻找弹性势能与弹簧的伸长(或压缩)的定量关系，设计出实验方案一：弹簧的弹力做功等于弹性势能的变化。确定弹力做功时，由于Ｆ=ｋl，类比匀变速直线运动的位移计算方法，作出Ｆl的图像，图像的面积表示弹力做功。类比重力势能转化为动能的关系，设计实验方案二：将弹簧压缩一定长度，将弹性势能转化为动能，二者相等，利用纸带分析法，确定某位置的速度，计算出动能。进行数据分析，先猜想Ｅp∝ｘ，以Ｅｐ为纵坐标，ｘ为横坐标作图，看图线是否过原点，如果图线不过原点，再猜想
Ｅｐ∝ｘ2，Ｅｐ∝ｘ3……
2.5归纳概括结论
归纳概括结论是从一个特殊问题出发，归纳和抽象出一个普遍存在的一般规律的概括提升阶段。打开思路，跳出特殊事例或者类比内容的局限，联想这一类物理现象，从而提取结论存在的前提条件，利用物理语言和数学函数关系表达结论。