如何在物理教學中培養學生的形象思維能力

一、幫助學生形成正確的物理形象

形成正確的物理形象是進行物理形象思維的基礎。只有形成正確的物理形象，才能使視覺參與思維，才能畫出有助于解決問題的示意圖，才能排除次要因素的干擾，抓住問題的本質特征，才能組構原有表象，并在此基礎上創造出新的形象。

在物理教學中，發揮電化教學的優勢，利用錄像機、投影儀和計算機，讓學生生活在一個形象的物理世界里，通過動態的畫面將一些看不見的微觀世界、物理圖景、物理形象、抽象概念形象化。另外也可以利用傳統的掛圖、實驗等手段，使課堂生動起來。

善于利用已有知識進行邏輯展開。簡要復習已有知識，構想出已有知識的邏輯框架，分析這個框架中存在的問題，由此引入新課，從而形成一個具體、生動、形象的物理問題情境，再帶領學生解決新問題，得出結論。

喚起學生已有的經驗、表象。在教學過程中，運用科學的、準確的、形象的、生動的語言描述學生已感知過的物理圖景、物理現象和物理過程，從而使學生回想起已有的物理形象。

換生活圖景為物理圖景。當生活圖景與物理圖景一致時，能幫助學生建立起正確的物理形象，將物理形象根植于學生大腦中，從而提高他們的形象思維能力。

例如：萬有引力常量的測定。

第一步：引入新課。通過回憶萬有引力定律的內容：公式F=G(m₁，m₂)/r²進而讓學生尋求G是一個什么樣的量，大小如何，如何測量。

第二步：演示實驗裝置。通過多媒體計算機放演一個具體的卡文迪許扭秤的實驗裝置。引導學生進行觀察，找出扭秤裝置的主要部件，簡要分析各自的作用。

第三步：動態演示。在認識卡文迪許扭秤裝置的基礎上，演示測量萬有引力常量的具體實驗現象和過程，給學生一個動態的物理情境。

第四步：分析原理。通過觀察演示過程，引導學生積極思考，利用邏輯推理，導出原理公式。

第五步：學生討論。給學生一個交流的機會，在討論中深化對扭秤裝置測量萬有引力常量過程的認識。

二、培養學生運用形象思維的習慣

如果學生只在抽象中學知識，老師在抽象中教學生，那么呈現在學生大腦中的概念、規律、公式都是抽象的，因而導致學生無法與相應的物理圖景、物理模型聯系起來，阻礙學生利用形象思維解決問題的思維走向。因此，在教學中，教師必須通過典型實例的分析，指導學生學會運用物理形象進行思維的習慣。

1．在概念、規律教學中運用形象思維

諾貝爾物理學獎獲得者格拉肖指出：“在我們研究物理問題時候，往往會見到現實世界的各種形式。對世界和人類社會的事物形象掌握得越多越有利于抽象思維?！崩?，在大腦中沒有足夠的電磁感應的形象，就無法理解電磁感應的現象和規律，沒有電力線、磁力線，就無法理解電場、磁場的分布等。

我們可采用這樣的模式教學

①使學生充分感知物理現象，獲得豐富的感性認識，形成正確鮮明的物理形象。

②對原始的，各種各樣的原始感性材料、物理形象進行加工、改造、重組，通過分析、對比、歸納、想象等系列思維操作，概括形成反映事物本質特征的理性形象。

③舍棄形象材料，抽象出物理概念(或物理規律)。

例如，質點概念的形成。通過觀察，我們發現，當一木塊在力的作用下水平運動時，木塊上各點的運動情況完全相同；當一輛汽車在水平公路上直線前進時，汽車上各部分的運動情況完全相同。這些形象通過記憶儲存在大腦中，并通過回憶再現形成各種各樣的具象，對這些具象經過抽象概括形成概象——當物體做平動時，物體上的各點運動情況完全相同。我們還可以發現，當地球繞太陽旋轉時，由于地球的半徑遠小于地球到太陽的距離，因此，地球的大小和形象可忽略不計。對這些概象重新組合，并發揮人們豐富的想象力，形成質點的概念，即當只研究物體平動或運動過程中物體的大小和形狀可忽略不計的情況下，我們可將物體抽象為只具有空間位置和質量，而沒有大小和形狀的理想化形象——質點。

2．在解題教學中運用形象思維

物理解題要經歷兩個階段，第一，主要調動存貯在右半腦的形象材料進行形象思維，作整體和定性分析。第二，主要調用左半腦的抽象材料，進行抽象思維。

①讓學生根據問題情境構建出典型形象，形成正確清晰的物理圖景。

②啟發學生活化構建的典型形象，依據對象、過程、條件，正確選取物理定律、公式，并將物理問題轉化為數學問題。

③指導學生運用數學進行推演、討論和計算，得出結論。

例如，以與地面夾角為45度，大小為50m／s的初速度投一支標槍，問標槍的射程是多少?

分析：第一步把標槍理解為物理模型質點；第二步構想出運動過程，畫出示意圖。

由圖中可形象地發現解題的技巧對稱性，進而鞏固斜拋運動的特點。在最高點處無垂直方向的速度，在水平方向的速度保持不變，再列方程求解。

三、培養和發展學生的想象力

想象是人腦對已有表象進行加工、改造而創造出新形象的過程。按目的性可分為有意想象和無意想象。無意想象是沒有自覺目的的，也不需要付出任何努力的一種想象。有意想象是一種有特定目的性、自覺性、組織性的一種想象。愛因斯坦曾說過：“想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括了世界的一切，推動著進步，并且是知識進化的源泉，嚴格地說，想象力是科學研究中的實踐因素?！?/p>

物理教學中培養發展學生的想象力，不僅是學好物理的一個必要條件，而且是培養學生創造性思維的重要方面。

1．應在積累豐富物理表象的基礎上，發揮學生的想象力

第七屆物理競賽有一道帆船逆風行舟的問題，陜西省有1499名優秀學生參賽，前100名的平均得分為0.95分(滿分10分)，最后對前7名進行口試時，仍有兩名同學答錯。這一事實，經專家分析得出這樣的結論：生活在黃土高原的學生對帆船逆風行舟缺乏物理表象。這就要求學生在學習物理知識時，積累豐富表象。格拉肖也曾說過：“在我們研究物理問題時，往往會見到現實世界的各種形式。對世界和人類社會的事物形象掌握得越多越有利于抽象思維?！?/p>

2．在教學中，強調類比思維，可激發和發展學生的想象力

例如，在近代物理學史上，英國著名物理學家盧瑟福與其助手蓋革和馬斯頓為了探索原子的結構的奧秘，把原子的一些特點與太陽系的一些特點作類比，最后大膽提出原子結構的“行星模型”，這一假設已被證實是正確的，具體類比可歸納為：

太陽系，太陽體積甚小，質量大，行星質量小，F=G(m₁，m₂)/r²，太陽系由行星繞太陽構成。

原子，原子核體積甚小，質量甚大，電子質量小，F=KG(q₁，q₂)/r²(想象)

提出結論：原子可能是由電子繞原子核運動構成的。

這樣的例子也很多，凱庫勒關于苯的結構，是在看到一條蛇嘴銜尾巴的形象，激發靈感和想象得出苯的環形結構；愛因斯坦是理想實驗大師，他曾想象，如果自己同自由落體的物體一起下落，那么自己與自由落體的物體有什么樣的位置關系?如果以光速在太陽系中運動，又是怎樣的?通過他豐富的想象力設計的理想實驗，找出相關“證據”，最后提出了愛因斯坦廣義相對論。

3．鼓勵學生聯想

在教學中，要求學生遇到一個問題能從不同角度，不同方面思考，聯想、喚起許多與該問題有關的表象，并與問題作對比，組成新的物理形象，提高想象的豐富性。

例如，在一本國外教材上這樣給電荷下定義：電荷是一種類似于法國香水的東西：——敷上它就能夠吸引異性。這種比喻，用一個奇妙的聯想，把要說明的知識要點，用一個極為常見的生活實例表達出來，給學生留下了生動而深刻的印象。

物理學史上也有很多這樣的例子，亞里士多德通過月牙上的弧形陰影聯想到地球可能是圓形的。威爾遜看到山上云霧飄渺的奇景，最終制造出“對于科學進展的價值無法估量的”云室。綜上所述，物理形象思維在物理學中的作用是非常重大的。它有利于物理假說的提出；為學生學習物理提供了形象支柱；有利于物理問題的整體把握和定性分析；能喚起直覺，誘發靈感等。作為一名教師，必須在教學中，注重學生形象思維的培養和訓練，幫助學生形成具體清晰的物理表象，使學生養成運用物理形象進行思維的習慣，從而激發學生的想象力，能夠去創造物理新形象，提出物理新觀點、新理論。

(責任編輯 孫曉雯)