在物理教學中培養科學美感直覺思維能力

摘 要：在物理教學中，可以通過引導啟發學生進行聯想，優化課堂思維環境，鼓勵學生大膽進行科學猜想，幫助學生建立“智力圖像”幾個方面來培養學生的科學美感直覺思維能力。

關鍵詞：物理教學；聯想；科學猜想；智力圖像

所謂科學美感直覺思維，指的是這樣一個思維過程：即科學家在關于自然科學的審美創造中，大腦對自然界潛在的美的特征或自然科學理論深層的體現宇宙的美妙及其和諧協調的科學真理，未經充分邏輯推理的直觀。因此，它是一個非邏輯思維的過程。盡管學生在學習中的科學美感直覺思維能力不能和科學巨匠比較，但科學美感直覺必須經過培養。作為一位高中物理教師，覺得在以下幾個方面來培養學生的科學美感直覺思維。

一、要善于啟發、引導學生進行聯想

在物理教學中，要求教師除了教授物理知識之外，還應盡可能地培養學生的創造潛能。那么，課堂上如果采用自由聯想的方式，讓學生自發地由一事物而想到其他事物，緊緊抓住兩事物之間的基本現象和本質的相似之處，從已知推導未知，盡快地想出許多觀念，獲得新的知識，就有利于培養學生的創新潛能。

例如，講“光的雙縫干涉”時，由學生自己去進行類比聯想，和以前學過的“兩例機械波干涉”時振動加強和減弱的情況進行比較，找出相識之處，讓他們自己尋找得出屏上出現明暗條紋的條件，這要比老師直接告知答案印象深刻得多。又如，講“勢能”時，中學階段學習了重力勢能、彈性勢能、分子勢能和電勢能。由于重力和彈力做功現象較常見，因此重力勢能和彈性勢能講解比較容易，但分子勢能和電勢能較抽象，教學中可以在講了重力勢能以后，運用類比的方法將電勢能引入；講解了彈性勢能后，將分子勢能引入。這樣講解可達到事半功倍的效果。類比使學生能較快地在原有重力勢能概念的基礎上把電勢能的概念建立起來，并進一步指出這些共同之處還反映了存在于保守力場中所有勢能的共同性質，即勢能的共同特點。同時在比較相同之處之外，還指出它們的不同之處，由于電荷有正負之分，所以電荷受力的方向可以與電場相同，也可以相反。即電荷沿電場方向運動時，電勢能可能增加，也可能減少；而質點受重力方向總是豎直向下，因此，重力勢力總是沿重力方向減小。

再如，講運動學時有這樣一道題，子彈能穿過三塊同樣厚的木板，設子彈在木板里運動的加速度是恒定的，求子彈依次穿過三木板所用的時間之比。這就要求教師引導學生采用逆向思維的方法進行分析。

當然，在物理教學中，除了類比聯想逆向聯想的方式，還有很多，比如，講合力與分力的等效性，合運動與其分運動的等效性等，就要引導學生進行等效聯想；講共振現象的時候，可以和兒童蕩秋千凌空擺動聯系起來，這是形意聯想，也是物理教學中常用的聯想。

如果創設情境，讓學生進行廣泛地自由聯想、效果更佳，由于這種聯想沒有預定的目的、方向，不受條件的約束，更有利于培養學生聯想的敏捷性和多樣性。

二、要優化課堂思維環境

學生思索是在其大腦中進行的。思維資源的開發主要應在挖掘學生大腦的潛力上下工夫，一定的課堂情境乃在一定的思維環境下進行的。因此，鼓勵學生苦思冥想，就要創造一個優化的思維環境。

首先，在物理教學中，教師應當善于發現，刺激和保護學生們的科學好奇心，不潑冷水，努力啟發他們自由靈巧地思考問題。物理學家的“童心未泯”的好奇心，與善于發現令人驚奇之處的能力有著最直接的關系。

其次，優化課堂思維環境，是指要有活躍的思維氣氛。科學人才進行交流，自由討論、百家爭鳴的氣氛是創造性思維的的激發劑。所以，物理課上安排一定的時間讓學生進行交流討論，比起閱讀課本，做大量習題，更有利于學生的發展，讓中學生參與科學活動也是一種很明智的做法。

優化課堂思維環境，還離不開豐富的信息環境，信息是思維的促發劑。有些信息還是思維進行的原料，新的信息對思維的作用特別大。因此，鼓勵學生思索，開發思維資源，注重教學內容的不斷更新和現代化問題。例如，在講解人造衛星宇宙知識的時候，利用豐富的網絡資源，讓學生了解衛星的發射過程，宇宙大爆炸理論，介紹“紅移現象”等一系列內容，補充滲透一些前沿科學。這樣做的結果能使學生的思維得到豐富的養料，進而使他們的思維活躍起來。

三、要鼓勵學生大膽進行“科學猜想”

著名的物理學家福克說：“偉大的，以及不僅是偉大的發現，都不是邏輯的法則發現的，而都由猜測而來。”福克的話似乎有些偏頗，但科學活動確實需要猜測。伽利略否定的亞里士多德的關于“重物自由下落較輕物快。”的觀點時，不就是借助了豐富的想象力，直覺的洞察力和理想的推導猜測而來的嗎？高中物理教材必修1中講的“牛頓第一定律”的得出不也是建立在大膽的科學猜想基礎之上嗎？

在物理教學中運用“科學猜想”的過程，有兩種方法：一種是實驗方法，另一種是理論分析的方法。例如：高中物理教材必修2中有這樣一節教學內容：“探究功與速度的關系”，我是這樣設計課程的：上課時，讀完課題后，就讓學生們進行“科學猜想”，討論后產生了幾種科學猜想：（1）功和速度成正比；（2）功和速度的平方成正比；（3）功和速度成反比；（4）功和速度的平方成反比。接下來，就認為這幾種猜想都有可能正確。于是給每一小組分配了一個猜想，讓各個小組動手設計實驗方案，進行有目的的探索，來檢驗此命題是否正確。然后各自動手做實驗，得出有關數據、分析實驗數據，結果大家全員參與，積極性很高。而且通過實驗發現，大家先前作的4種猜想全是錯誤的，而本身課題就有問題，功和速度是無關的。接著利用實驗數據，對實驗數據進行理論分析，發現功和速度平方的變化有關，學生們發現了教材題目本身就不確切，

探索物理的興致就更濃了。

四、要幫助學生建立“智力圖像”

科學美感直覺思維是一種科學的抽象思維，它必須借助于抽象的，模式化的形象——“智力圖像”。這種“智力圖像”是科學家憑借科學美感直覺所創造的既非文字，又非代數，然而卻包含著豐富的科學內容和意義的智力成果。

例如，在力學中，如果物體被舍去和忽略了其形狀、大小、轉動等性能，突出其具有的位置和質量的特征，就抽象出質點這個模型了。由于它用一個點來表示，因此是非文字的；而它在人們頭腦中的形象是既有質量又有位置的，因此，又非同于數學上點的形象。所以，質點就是一種“智力圖像”，其實，在物理研究中，單擺、理想氣體、理想變壓器、玻爾的原子模型等，都是“智力圖像”。

再如，原子結構理論中的“玻爾軌道”“電子殼層”“電子云”等等，并非真有形象地“軌道”“云”之類的東西，都是一種具有某種抽象性的智力圖像的模型，如果沒有物理直覺抽象力，就無法理解這里的“軌道”和“云”。

因此，為了培養學生的科學美感直覺，使他們能夠迅速而準確地識別和構筑“智力圖像”，必須從加強物理教學的直觀性原則，訓練學生高度的空間理解力入手，使學生善于從感性具體出發建立抽象概念，而且能使他們將某些抽象的規定性上升到思維的具體。

愛因斯坦說：“物理學按其本質是一種具體的和直覺的科學數字只為我們提供方法來表述現象所遵循的規律”。在物理教學中注重科學美感直覺思維的培養，在今天物理原理幾何化的時代，更具有特別的意義，作為一線的高中物理教師，我們必須繼續探索，使之不斷地發展和完善。

參考文獻：

張相倫，程民治.物理科學美論.陜西人民教育出版社.

（作者單位 江蘇省常熟市尚湖高級中學）