高中物理習題教學中物理思維能力的培養(yǎng)研究

高中物理習題教學中物理思維能力的培養(yǎng)研究

戴敬好摘要現(xiàn)在的物理習題教學法過分強調(diào)了知識考查與解題方法訓練，而忽視了物理思維能力的培養(yǎng)。物理思維包括物理抽象思維、物理形象思維、物理直覺思維。習題教學課是物理教學的重要組成部分，本文探討的是如何在高中物理習題教學中培養(yǎng)學生的物理思維能力。Key習題教學物理抽象思維物理形象思維物理直覺思維：G633：A在“一體四層四翼”的高考評價體系下，如何在高中物理習題教學中培養(yǎng)學生的物理思維能力。是值得我們思考的問題，也是本文想要去探討的問題?！耙惑w”即高考評價體系，“四層”指“必備知識、關(guān)鍵能力、學科素養(yǎng)、核心價值”四層考查目標，“四翼”指“基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性”四個方面的考查要求。如何在高中物理習題教學中通過培養(yǎng)學生的物理思維能力，達成“四翼”考查要求是教師必須思考的。物理教學不能一味強調(diào)做題，在習題教學中不能只是強調(diào)教會學生怎樣做題，而如果沒有真正理解題目背后的思想與方法，不加理解的套用公式，就不利于學生的思維能力的培養(yǎng)與提高。只有在領(lǐng)會習題背后的思維方法掌握問題解決的思維方式，舉一反三，觸類旁通，才能實現(xiàn)對物理知識的真正理解，達到對物理方法的真正掌握，從而提高能力。本文以研究如何從物理習題教學的角度進行實踐研究，將物理思維方法融合到物理習題教學中，將理論問題具體化，從而幫助學生養(yǎng)成良好的思考習慣，學會正確的思維方式。1物理思維概述物理學科的思維有其獨有的個性。物理思維的研究其實是思維學、物理學、物理教育學、心理學、物理教學論等學科的綜合研究。物理學是一門基礎(chǔ)自然科學，它所研究的是物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、最普遍的相互作用、最一般的運動規(guī)律以及所使用的實驗手段和思維方法，是自然學科的基礎(chǔ)，與其它自然科學相比，其思維方法更加豐富，思維形式更加完整，這為我們研究學生思維能力的培養(yǎng)提供了很好的先決條件。通常情況下，按照思維活動的基本形式和思維材料的不同，我們將物理思維分為三種類型，即物理抽象思維、物理形象思維和物理直覺思維。1.1物理抽象思維物理抽象思維是指以物理概念為思維材料而進行的思維，它的基本形式是概念、判斷和推理，我們利用物理抽象思維，通過抽象和概括，形成物理概念（如力概念的形成，它是通過概括一類事物的共同本質(zhì)屬性而形成），通過簡化物理對象，形成理想化的過程（如質(zhì)點、點電荷這些理想模型的提出）；通過實驗和理論分析，得出定量的推理（如牛頓第二定律F=ma的建立）。1.2物理形象思維物理形象思維是以物理表象為思維材料而進行的思維，它的基本形式是表象、直感和想象，形象思維在物理學的發(fā)展中起著非常重要的作用，特別是很多假說的建立，往往都是物理學家在一定的啟發(fā)下通過想象提出的（如安培分子電流假說的建立，安培受通電螺線管外部的磁場與條形磁鐵的磁場很相似的啟發(fā)，提出著名的分子電流假說）。1.3物理直覺思維物理直覺思維是以物理概念和表象結(jié)合而成的、具有整體功能的知識組塊為思維材料而進行的思維，它不借助于邏輯推理而綜合運用己有知識、表象和經(jīng)驗直覺，以高度省略、簡化、濃縮的方式洞察物理問題的實質(zhì)并迅速作出猜測、設(shè)想或突然領(lǐng)悟的思維，它的基本形式是直覺和靈感，直覺思維在物理學上許多重大的突破中起著先導作用，量子力學之父普朗克說：“對新觀點的一種活躍的直覺想象力，這些新觀點不是演繹得出的，而是通過藝術(shù)家一般的創(chuàng)造性想象得出的?！碑斎晃覀冊趯ξ锢韱栴}進行思考時，不是運用單一的一種物理思維類型，往往在同一物理思維過程中同時存在抽象思維、形象思維和直覺思維，思維者是將它們綜合運用，從而對物理思維的對象進行全面深入的研究分析，找出物理事物的本質(zhì)規(guī)律。2在習題教學中培養(yǎng)物理思維能力我們可以將高中習題教學遵循的解題程序概括的敘述為：第一，根據(jù)問題情境建模，形成正確清晰的物理圖景；第二，啟發(fā)學生活化構(gòu)建的典型形象，依據(jù)對象、過程、條件，正確選取物理定律、公式并將物理問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學問題；第三，指導學生運用數(shù)學進行推演、討論和計算，得出結(jié)論。其實高中物理習題解答所遵循的程序也可以說是物理學進行科學研究進程的縮影，從思維的角度來看，它是由形象直觀思維向抽象思維推進的過程。2.1物理形象思維能力的培養(yǎng)2.1.1用運動示意圖描繪物理運動圖景當我們面對物理問題時，我們必須弄明白的是問題在什么樣的背景下提出？問題的關(guān)鍵在哪？核心問題或者說是關(guān)鍵問題是什么？問題的突破口（也就是我們常說的“題眼”）是什么？我們總是首先在頭腦中模擬出題目所描述的物理情景，從宏觀上、整體上把握物理過程。然后根據(jù)所研究的問題再逐步由整體的、全面的、發(fā)散的思維向集中思維過渡，將思考的目標轉(zhuǎn)為局部，集中到所面對問題的“題眼”上。此后，還要注意對自己的思維的監(jiān)控，關(guān)注要點的同時還要注意與整體的動態(tài)聯(lián)系。教學實踐中也發(fā)現(xiàn)許多題目，學生首先不能在頭腦中形成清晰的物理圖景，其次難以將這一圖景用縮略圖或示意圖地形式描繪出來，進而導致問題解決受阻。2.1.2構(gòu)建模型理清思路將物理問題形象化物理學中很多抽象的材料，需要建立起直觀映像才能理解。一些學生不具備把抽象關(guān)系直觀映像化，造成物理知識數(shù)學化的傾向。獨立形成新的物理圖景的能力是寶貴的一種能力。它與人的創(chuàng)造性直接相關(guān)，是進行創(chuàng)造性學習的必不可少的條件。從目前的教學現(xiàn)狀看，由于種種原因，該能力被忽視了。表現(xiàn)為學生的創(chuàng)造性普遍低，模仿性強，缺乏創(chuàng)造精神。因此，在物理教學中培養(yǎng)和發(fā)展學生的想象力，不僅是學好物理的一個必要條件，而且是培養(yǎng)學生形象思維能力的一個重要方面。例如：首先，把思維具體化、形象化。其次，強調(diào)類比的作用，用類比的方法來理解抽象問題。在物理學的發(fā)展中，許多新概念，新的規(guī)律，新的理論的提出多借助于類比。第三，發(fā)展學生的空間想象力，在教學過程中，有意識的減少練習中的原始圖形，改用純文字敘述，要求學生在文字敘述的基礎(chǔ)上畫出圖形，以增強學生空間想象的自覺性，使空間想象力有充分鍛煉的機會。第四，鼓勵學生聯(lián)想。在物理教學中，要求學生每遇到一個問題都能從不同的角度、不同方面思考、聯(lián)想、喚起許多與該問題有關(guān)的表象，使問題與問題做對比，組構(gòu)新的物理形象，提高想象的豐富性。同時要求學生能夠圍繞問題有計劃、有目的、有步驟地展開聯(lián)想，提高想象的自覺性和目的性。endprint2.2物理抽象思維能力的培養(yǎng)2.2.1“物”與“理”完美結(jié)合——培養(yǎng)學生把實際問題轉(zhuǎn)化為物理問題的能力如何把客觀事物或現(xiàn)象間共同的、本質(zhì)的屬性提取出來，并與非本質(zhì)屬性分離開來，進而把實際問題轉(zhuǎn)化為典型物理問題，是學生在解決與生活密切相關(guān)的物理問題時常常遇到的困難。2.2.2“系統(tǒng)”與“局部”和諧統(tǒng)一——提高物理分析與綜合能力分析就是把事物整體分解為部分，或從整體中區(qū)分出個別特性，個別方面。綜合就是把事物的不同特性，不同方面聯(lián)系起來。純粹的分析法或綜合法是不存在的。在解決物理問題時，往往兩種方法相互依存，相互滲透，交叉使用。中學生的物理思維能力，首先表現(xiàn)在能夠全面地分析綜合物理問題的多種因素；其次表現(xiàn)在能夠正確的分析物理過程。2.2.3“因”與“果”必然聯(lián)系——培養(yǎng)學生的邏輯推理能力解決物理問題的方法很多，而因果關(guān)系分析法是一個很重要的方法，因此，在物理解題訓練中，循因?qū)Ч?、?zhí)果索因，用不同的思維方式進行因果分析，有助于學生對物理問題的分析更全面、更深刻。2.2.4“數(shù)學”與“物理”相輔相成——提高學生用數(shù)學方法解決物理問題能力數(shù)學提供定量分析手段，因此它為一切科學服務(wù)。但是，在所有學科中與數(shù)學關(guān)系最密切的，恐怕還是物理學。教學實踐中學生常常出現(xiàn)的情況是，單獨作為數(shù)學問題可以輕松解決，單獨分析物理問題也能分析，但是將二者結(jié)合使用分析解決問題就出現(xiàn)了困難。表現(xiàn)為數(shù)理結(jié)合的意識不強，能力較為薄弱。在習題教學中應(yīng)該特別安排一些典型的用數(shù)學作為主要工具來分析解決物理實際問題的題目，培養(yǎng)學生這方面的思維意識，訓練學生使用數(shù)學工具的能力。2.2.5“動”與“靜”辯證統(tǒng)一——培養(yǎng)學生動態(tài)思維能力我們在學習物理時，必須樹立變化和聯(lián)系的觀點，在不斷變化的過程中從相互的關(guān)系中掌握物理概念和物理規(guī)律。這種根據(jù)思維對象不斷運動變化的特點，適時地改變思維的程序和方向，并調(diào)控思維的過程，從而實現(xiàn)思維的目標，這樣的思維方式叫做動態(tài)思維。與動態(tài)思維相反，客觀事物具有的相對靜止的穩(wěn)定狀態(tài)在思維活動中的反映，就是靜態(tài)思維。在習題教學中，教師們應(yīng)該選擇類似的例題，認真分析，剖析典型錯誤，總結(jié)解題方法，從正反兩方面對學生進行解題指導，能卓有成效地培養(yǎng)學生動態(tài)思維能力。2.3直覺思維能力的培養(yǎng)不同的人，直覺思維的習慣和品質(zhì)存在著很大的差異。對同一個事物或同一個問題，不同的人可能會作出完全不同的直覺判斷。那么，在物理教學中，我們究竟應(yīng)當怎樣培養(yǎng)學生直覺思維能力呢？2.3.1重視經(jīng)驗的積累和對知識的徹悟西蒙說：直覺是“利用了已有的知識認識了當前的情景?！币话阏f來，對某一領(lǐng)域中的經(jīng)驗越豐富，對該領(lǐng)域的知識理解得越透徹，就越容易對該領(lǐng)域中的問題產(chǎn)生直覺。離開了已有的經(jīng)驗、知識，直覺便會成為無源之水，無本之木。另一方面，直覺離不開對面臨問題的感知，它是對問題信息迅速加工的產(chǎn)物。但是，主體能從問題中感知到什么信息是與他已有的“潛意識知識”直接相關(guān)的。布魯納將這種潛意識知識稱為“內(nèi)在模式”。由此可見，直覺與人的記憶信息密切相關(guān)。記憶的檢索功能在直覺產(chǎn)生的心理機制中占有極其重要的地位。因此，在物理教學中，應(yīng)當重視“雙基”的教學，要使學生對物理概念和規(guī)律及典型問題盡可能具體、透徹的理解。例如，對楞次定律，課本中給出的敘述其基本思想是“阻礙原來磁通量的變化”，教學時，應(yīng)當通過具體實例，使學生了解定律的各種不同表述，如“阻礙相對運動”和“阻礙原電流的變化”等等，這樣，學生才容易在碰到各種相關(guān)問題時，能夠迅速作出反應(yīng)，產(chǎn)生直覺。2.3.2鼓勵學生廣泛聯(lián)想，大膽猜測創(chuàng)新聯(lián)想是不受邏輯約束的思維方法，它具有極大的跳躍性和自由性，可以極為迅速地將不同事物建立起聯(lián)系。所以，聯(lián)想是直覺思維的翅膀。問題解法的猜測可以啟動解題的思維，問題結(jié)論的猜測可以為解題導向，所以猜測是直覺思維的重要武器。因此，在物理教學中，應(yīng)當積極鼓勵學生針對問題，開闊思路，廣泛聯(lián)想，以已有的經(jīng)驗知識及感知到的問題信息為依據(jù)，由研究對象的部分信息推測它所具有的全部信息?！耙惑w四層四翼”高考評價體系的科學構(gòu)建，是考試內(nèi)容改革的基礎(chǔ)性工程，凸顯了高考的考試功能和考查理念，一線教師研讀“四翼”考查要求，實施于教學，體現(xiàn)了國家人才