物理教學(xué)應(yīng)重視形象思維的運用

王青心

摘 要：教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生很難把實際問題轉(zhuǎn)化為形象化的物理模型，暴露了學(xué)生的形象思維能力的缺乏。總結(jié)了形象思維在物理教學(xué)中的應(yīng)用，并闡述了具體的實踐，幫助學(xué)生形成正確的物理形象，培養(yǎng)學(xué)生運用物理形象思維思考問題的習(xí)慣。

關(guān)鍵詞：形象思維；物理教學(xué)；實驗教學(xué)

一、教學(xué)中遇到的問題引發(fā)的思考

近幾年浙江省高考理科綜合物理命題方向趨向于理論與實際相結(jié)合的問題，如2013年理綜卷第25題，這類題打破了過去那種建立在理想化模型基礎(chǔ)上的命題思想，用情景、問題、知識、方法考查學(xué)生的能力。而對這些問題我們的學(xué)生得分并不高，究其原因，題目看不懂，確切地說是圖形看不懂，對生活中的實際問題很難轉(zhuǎn)化為物理模型。

趙凱華先生在《我國赴美物理研究生考試歷屆試題集解》的序言中寫道：“在我們教學(xué)中，同一物理問題，既可以把原始的物理問題提交給學(xué)生，又可以由教師把物理問題分解或抽象成一定的數(shù)學(xué)模型后提交給學(xué)生。習(xí)慣于后一類問題的學(xué)生，在遇到前一類問題時，往往會不知所措。”趙凱華先生提的這一問題也正是我們學(xué)生碰到的問題，筆者分析，原因主要是教師在平時教學(xué)工作中對思維認(rèn)識的片面性所導(dǎo)致思維培養(yǎng)的偏頗，即重視抽象思維，忽視形象思維的培養(yǎng)，導(dǎo)致許多學(xué)生在解決物理問題時習(xí)慣數(shù)學(xué)計算，缺少畫圖的意識或者不會畫圖，這種情況下許多問題就會成為學(xué)生的一種思維障礙，特別在處理實際問題時學(xué)生的表現(xiàn)更為明顯。

可見，從題目轉(zhuǎn)化為圖像的過程是形象化的物理模型建立的過程，思維跨越是很大的。在這過程中形象思維起了非常大的作用，因此，在平時教學(xué)過程中對學(xué)生的形象思維能力的培養(yǎng)是很有必要的。

二、從物理學(xué)發(fā)展的角度看形象思維的作用

錢學(xué)森先生認(rèn)為：“人認(rèn)識客觀世界，首先是用形象思維，而不是抽象思維，比如，小孩子的思維也是從形象思維開始，然后到抽象思維的。科學(xué)家們面對問題的思考，也不總是嚴(yán)密地按照一步一步的邏輯順序進(jìn)行的，有時跳躍的直覺思維在他們的發(fā)明創(chuàng)造中起來關(guān)鍵性的作用。”從我們高中物理教材中發(fā)現(xiàn)，科學(xué)發(fā)現(xiàn)中有很多事實與形象思維密切相關(guān)。如，伽利略的自然科學(xué)本質(zhì)觀點是實驗科學(xué)，觀察和實驗是科學(xué)真正的出發(fā)點，特別強(qiáng)調(diào)定量的實驗研究，并運用數(shù)學(xué)語言來概括和總結(jié)實驗規(guī)律，在理論建立的過程中，他的思想實驗或理性推斷都是用了想象化的圖景來進(jìn)行的。例如，他對亞里士多德自由落體規(guī)律概括的否定，他設(shè)想用一根繩子把兩塊重量不同的物塊綁在一起，然后再將其自由下落，那么將以多大的速度下落呢？借助這形象化的圖景，并運用了邏輯的力量推翻了亞里士多德重的物體比輕的物體下落快的觀點。又如，牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律之后，他又思考，重力的作用是否可以延伸到月球所在的地方呢？如果能，那么月球為什么不像地面附近的物體那樣在重力的作用下向地球墜落呢？因此他設(shè)計了一個形象化的思想實驗圖：把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地點也就一次比一次遠(yuǎn)。如果速度足夠大，物體就不再落回到地面，它將繞地球運動，成為人造地球衛(wèi)星。可見牛頓也是用形象化的圖形來完成的。又如，在研究電磁場中法拉第不但提出了場的概念，而且直觀形象地描繪了場的清晰圖像。他用電力線和磁力線形象地描述電場和磁場。力線密的地方場就強(qiáng)，力線疏的地方場就弱，力線上每一點的切線方向表示場強(qiáng)的方向，使物理學(xué)深奧的原理變得如此簡單形象和容易接受。

愛因斯坦說過：“我思考問題時，不是用語言進(jìn)行思考，而是用活動的、跳躍的形象思維進(jìn)行思考。”形象思維作為一種創(chuàng)造性思維，它的重要性和表現(xiàn)形態(tài)從物理學(xué)史的角度在我們教材中給予較為系統(tǒng)的闡述和分析，使我們對形象思維在科學(xué)方面，特別是物理學(xué)中的地位和作用有一個更深更全面的了解和認(rèn)識，從而為科學(xué)和教育工作者們提供一些有價值的參考。

三、形象思維在物理教學(xué)中應(yīng)用實踐

1.形象思維在新課程教材中的應(yīng)用

近年來，人們越來越多地認(rèn)識到形象思維的重要性，物理教材中與形象思維有關(guān)的素材越來越豐富，新教材采用了大量的圖片，這些圖片直觀、真實、風(fēng)趣地向我們說明了也許很多文字才能說明的科學(xué)道理，對于我們的表象儲備和概念理解有很大幫助。一些演示實驗、STS也是以圖片的形式出現(xiàn)在教科書上，如，“曲線運動”這一章中，用砂輪打磨下來的微粒飛出的方向研究曲線運動速度的方向；用汽車轉(zhuǎn)彎來研究離心運動的危害等與實際生活相關(guān)的例子就是以圖片來說明的。這些欄目的采用，在一定程度上都促進(jìn)了學(xué)生形象思維能力的養(yǎng)成與提高。“說一說”“做一做”“STS”等欄目的采用促進(jìn)了學(xué)生對知識的理解，鍛煉了學(xué)生的動手能力、語言表達(dá)能力和理論聯(lián)系實際的能力，最重要的是極大地培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力。

2.形象思維在課堂教學(xué)中的應(yīng)用

物理學(xué)是一門集觀察、實驗和物理思維于一體的科學(xué)。在長期的發(fā)展過程中形成了系統(tǒng)嚴(yán)密的研究問題和解決問題的方法，其中筆者認(rèn)為畫圖分析方法無論在解決問題還是在培養(yǎng)學(xué)生思維能力上都起到了極其重要的作用。

（1）運用形象思維促進(jìn)學(xué)生對物理概念、規(guī)律的理解和掌握

在物理教學(xué)中，學(xué)生對某些物理概念和規(guī)律是很難理解和接受的。往往只能根據(jù)教材中的敘述，通過教師的講授，似懂非懂地記憶，真正應(yīng)用這些物理概念和規(guī)律時，就很難把握其本質(zhì)，經(jīng)常只能跟著感覺走。如果教師能引導(dǎo)學(xué)生通過日常熟悉的現(xiàn)象去用形象的圖形描述它或進(jìn)行物理情景的聯(lián)想，往往能收到很好的效果。

案例片段1：在瞬時速度概念的教學(xué)過程中，學(xué)生第一次很難接受極限的思想與方法，因為可復(fù)習(xí)勻速直線運動位移時間圖象，進(jìn)而用圖象比較平均速度與瞬時速度。平均速度的幾何意義：在位移時間圖象中，圖象中兩點之間割線的斜率表示這兩點之間時間內(nèi)的平均速度。瞬時速度的幾何意義：在位移時間圖象中，圖象在某點的切線的斜率表示在該時刻物體的瞬時速度，這樣的教學(xué)設(shè)計可以讓學(xué)生從圖象中自然地得出平均速度與瞬時速度之間的區(qū)別與聯(lián)系，為后面理解平均加速度與瞬時加速度等教學(xué)都埋下了伏筆。

案例片段2：在研究電源、電動勢的概念時，教材中所述：電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的裝置。我們可以畫一個抽水機(jī)工作圖，將低處的水抽到高處來增加水的重力勢能，又可以進(jìn)一步說明不同的抽水機(jī)抽水的本領(lǐng)不同，這樣可以讓學(xué)生很形象地理解電源和它的特性（電動勢）。

（2）形象思維在實驗教學(xué)中的應(yīng)用

教師在教材的探索性實驗中，讓學(xué)生自己設(shè)計并完成實驗，讓學(xué)生在親自操作中更細(xì)心、全面地觀察物理現(xiàn)象，體驗物理規(guī)律的奧妙。探索性實驗是在較高層次上培養(yǎng)學(xué)生實驗?zāi)芰Φ囊环N實驗形式，它沒有給定的實驗器材，更沒有規(guī)定的實驗步驟，這些都需要學(xué)生自己預(yù)先設(shè)計，形象思維在這里就顯得更加重要。學(xué)生根據(jù)實驗的目的要求，構(gòu)思實驗方案，選擇實驗器材，并要將實驗過程在頭腦中像過電影一樣顯示一遍，以便確定實驗方案的可行性，確保實驗的成功率，提高實驗效率。

案例片段3：研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象

目的：研究產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件和判斷感應(yīng)電流的方向

讓學(xué)生課前思考：需要的儀器，電路的設(shè)計。（讓學(xué)生在頭腦里顯現(xiàn)出畫面）

實驗中討論：如何使感應(yīng)電流大小增大的方案？（讓學(xué)生交流、想象，最后去實施）

（3）形象思維在習(xí)題教學(xué)中的應(yīng)用

物理習(xí)題是實際物理問題、物理現(xiàn)象的科學(xué)簡化、科學(xué)抽象和理想化模型。物理習(xí)題的教學(xué)是通過習(xí)題解答，對解決實際問題的一種模擬演習(xí)，是中學(xué)物理教學(xué)中培養(yǎng)能力、開發(fā)智力的重要途徑和手段，形象思維是正確分析、把握物理問題的依據(jù)。然而，目前學(xué)生普遍缺乏運用物理形象思維的習(xí)慣，他們常常只習(xí)慣用公式去討論問題，得出一些數(shù)學(xué)結(jié)論，而不習(xí)慣運用物理形象去思考現(xiàn)象或過程的本質(zhì)。因此，在物理習(xí)題教學(xué)中，教師可以采取這樣的教學(xué)策略：①在講解例題時，教師應(yīng)先引導(dǎo)學(xué)生通過對問題信息的知覺來想象問題情境，揣測物理變化的趨勢，同時在紙上畫出示意圖或受力圖、光路圖、電路圖等草圖，并在草圖上標(biāo)明各個過程、狀態(tài)的物理量；②要求學(xué)生根據(jù)已畫出的詳細(xì)情境圖，理性地分析各過程、狀態(tài)的特征，將這些特征與大腦已有的規(guī)律表象對應(yīng)起來，尋找適合的規(guī)律解題；③讓學(xué)生運用物理概念、規(guī)律進(jìn)行推理和演算，得出定量的結(jié)論。

新課程改革的最終目標(biāo)要求教師必須一開始就要注重學(xué)生的思維能力，特別是學(xué)生的形象思維能力的培養(yǎng)和發(fā)展。我們教師都要有強(qiáng)烈的意識，緊緊抓住學(xué)科特點，將形象思維應(yīng)用貫穿于整個物理教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)，不論是概念教學(xué)、規(guī)律教學(xué)，還是習(xí)題教學(xué)，努力挖掘和發(fā)揮教材中的過程圖景、理想化圖景、幾何圖景以及圖形表象等，創(chuàng)設(shè)條件激發(fā)學(xué)生運用形象思維的興趣，鍛煉學(xué)生畫圖分析的能力，強(qiáng)化學(xué)生運用形象思維的習(xí)慣，讓學(xué)生的能力在運用中獲得鍛煉，實現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展。

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（作者單位 浙江省金華市艾青中學(xué)）