物理思維在實(shí)驗(yàn)中的形成

李娜

摘 要：學(xué)習(xí)物理的過程對(duì)學(xué)生的思維發(fā)展至關(guān)重要，思維決定行為，行為影響結(jié)果。關(guān)于物理思維以及人類思維的共性進(jìn)行闡述，在實(shí)驗(yàn)中物理思維的特點(diǎn)和形成過程進(jìn)行說明。

關(guān)鍵詞：思維；思維特點(diǎn)；物理教學(xué)；物理思維過程；測(cè)量性實(shí)驗(yàn)；探究性實(shí)驗(yàn)

一、思維

是人腦對(duì)客觀事物的間接反映，是借助于已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，來推測(cè)未知的事物。它探索與發(fā)現(xiàn)事物的內(nèi)部本質(zhì)聯(lián)系和規(guī)律性的高級(jí)認(rèn)識(shí)階段。

二、物理思維

是建立在物理實(shí)驗(yàn)之上通過概念的建立，規(guī)律的發(fā)現(xiàn)逐漸形成的。與一般的思維之間既存在共性也有個(gè)性之分，更具有現(xiàn)實(shí)意義。

三、物理思維在教學(xué)中的體現(xiàn)

1.模型法：事物是紛繁多樣的，作為研究對(duì)象的事物要抓住主要特征忽略次要特征形成抽象概括化的理想模型，這是人腦對(duì)思維的加工過程思維形成的過程也是思維的一種形式。

2.邏輯推理：在物理教學(xué)中的真空罩實(shí)驗(yàn)，隨著空氣的抽出，鈴聲越來越小，推理當(dāng)沒有空氣既真空時(shí)還會(huì)聽到鈴聲嗎？通過已知事物對(duì)未知事物的判斷即思維的方式。

3.類比法：水管中的水流類所受的阻力，類比導(dǎo)體中的電流。通過對(duì)事物的相似性進(jìn)行比較分析得出共性的問題屬于思維的辯證。

4.控制變量：被研究的對(duì)象影響因素多個(gè)，要研究的問題是被研究的對(duì)象與其中一個(gè)因素關(guān)系，就要控制其它因素不變，這是思維的辯證。

5.轉(zhuǎn)換法：轉(zhuǎn)換的思維是將不好進(jìn)行觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)論通過另一種形式表達(dá)出來，屬于思維的轉(zhuǎn)換。比如焦耳定律中通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量的大小通過溫度計(jì)示升高溫度的變化來表示。另外還有用手按玻璃瓶觀察力可以使物理的形狀發(fā)生改變，因?yàn)樾巫兾⑿∮靡褐仙母叨葋砼袛嘈巫兊拇笮　?/p>

6.等效替代法：等效電阻，力的合成，它們的效果相同，這本身就是一種物理思維，把復(fù)雜對(duì)象抽象簡(jiǎn)單化。

四、思維的特點(diǎn)

1.多階性。一個(gè)物理問題的提出到最后的解決，可能有許多個(gè)環(huán)節(jié)，許多個(gè)步驟這些問題所經(jīng)歷的過程也是思維的過程既由分析到綜合。

2.多面性。許多物理問題的處理，并不只有一種方法途徑。同一個(gè)問題，從不同的方面出發(fā)，用不同角度處理，都可以得到同一個(gè)結(jié)果這也體現(xiàn)了思維的發(fā)散性。

3.創(chuàng)造性。人們具有能從常規(guī)、呆板或帶有偏見色彩的思維方式中解脫出來，逃脫以往的思維定勢(shì)，把思維從曾經(jīng)歷過的路上轉(zhuǎn)移開來，以探求新的解決辦法，新的途徑去解決問題。

4.表述的多樣性。物理問題的表達(dá)方式也是多種多樣的。例如表述物理規(guī)律，可以用文字表達(dá)，也可以用公式表示，還可以借助于畫圖像。這些都稱之為物理的語言，物理語言的種類有很多表述也有很多種方式，這些都需要思維的轉(zhuǎn)換，通過適當(dāng)?shù)乃伎挤g以及簡(jiǎn)單的處理。

5.思維的轉(zhuǎn)換。物理模型和數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)換是最常見的。物理知識(shí)的掌握有時(shí)需要借助數(shù)學(xué)的理論，我們要能夠在不同學(xué)科之間思維進(jìn)行切換。

6.猜想與驗(yàn)證。思維過程一般分為四步，即發(fā)現(xiàn)問題、認(rèn)清問題、提出假設(shè)、驗(yàn)證假設(shè)得出結(jié)論。其中這與我們實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的7個(gè)步驟是完全符合的，學(xué)科探究符合人類思維的過程，對(duì)認(rèn)識(shí)事物了解事物本身提供了一個(gè)良好的前提鋪設(shè)。驗(yàn)證的結(jié)果也提高了人們認(rèn)識(shí)的程度，思維更加得具體。驗(yàn)證結(jié)果有直接驗(yàn)證和間接驗(yàn)證它們都鍛煉了學(xué)生思維的廣闊性與深刻性。

7.實(shí)踐性。理論指導(dǎo)實(shí)踐是物理學(xué)科的一大特點(diǎn)，許多知識(shí)都是從實(shí)踐中來到實(shí)踐中去，從具體到抽象再到具體的這一思維過程。培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系生活實(shí)際的思維品質(zhì)。

五、物理實(shí)驗(yàn)的分類

一類為定量分析型既測(cè)量性試驗(yàn)；一類為定性既分析探究性實(shí)驗(yàn)。

（一）測(cè)量性實(shí)驗(yàn)

測(cè)量性實(shí)驗(yàn)的目的是為了測(cè)量出一個(gè)物理量結(jié)果，如物體的密度、導(dǎo)體的電阻等等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求和現(xiàn)實(shí)測(cè)量器材的限制，又可以分為直接測(cè)量和間接測(cè)量?jī)煞N。（1）直接測(cè)量：一般比較簡(jiǎn)單，限于在生活中或是實(shí)驗(yàn)室中能夠找到直接測(cè)量這個(gè)物理量的測(cè)量工具。在初中物理中能夠直接測(cè)量的物理量有：長度的測(cè)量使用的測(cè)量工具為刻度尺；溫度的測(cè)量使用的測(cè)量工具為溫度計(jì)；質(zhì)量的測(cè)量使用測(cè)量工具為托盤天平；力的測(cè)量使用測(cè)量工具為彈簧測(cè)力計(jì)；電流的測(cè)量使用的測(cè)量工具為電流表；電壓的測(cè)量使用的測(cè)量工具為電壓表等等。

對(duì)于這些能夠直接測(cè)量的物理量而言，最重要的就是如何使用這些測(cè)量工具，在測(cè)量時(shí)如何去減小實(shí)驗(yàn)的誤差。因此，直接測(cè)量的實(shí)驗(yàn)，最重要的就是測(cè)量工具的教學(xué)。（2）間接測(cè)量：間接測(cè)量是因?yàn)樵谏钪泻蛯?shí)驗(yàn)室中沒有能夠滿足直接測(cè)量物理量的測(cè)量工具，轉(zhuǎn)而采用間接測(cè)量。如：密度的測(cè)量；速度的測(cè)量；機(jī)械效率的測(cè)量；電阻的測(cè)量；電功率的測(cè)量等等。

在間接測(cè)量中，首先要做的就是測(cè)量原理，即所用的物理公式，然后根據(jù)這個(gè)原理找出可以直接測(cè)量出來的量，確定測(cè)量工具。如測(cè)量某未知阻值的電阻原理R=U/I，一般在實(shí)驗(yàn)中都要求測(cè)量出三組數(shù)據(jù)。在測(cè)量性實(shí)驗(yàn)中，測(cè)出多組數(shù)據(jù)的目的是為了通過多次測(cè)量求平均值這種最簡(jiǎn)便可行的方法來達(dá)到減小誤差的目的。但在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生操作起來還是有一定的問題：對(duì)于直接測(cè)量，如物體長度的測(cè)量，只要把測(cè)出的三個(gè)長度相加求平均即可；但在間接測(cè)量中，往往學(xué)生不明白究竟哪些數(shù)據(jù)可以求平均，哪些數(shù)據(jù)不可以求平均。例如電流電壓的大小求平均值沒有任何意義，還有探究小燈泡的電功率也是不能求平均值的，沒有任何意義。教學(xué)中應(yīng)當(dāng)指出能求平均值的物理量應(yīng)該是固定不變的，不會(huì)受其它因素影響。

（二）探究性實(shí)驗(yàn)

探究性實(shí)驗(yàn)和測(cè)量性實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)不同是：探究性實(shí)驗(yàn)是為了通過實(shí)觀察到的現(xiàn)象或測(cè)量出的數(shù)據(jù)處理，從而得到一個(gè)物理規(guī)律。這要比第一種測(cè)量試驗(yàn)對(duì)學(xué)生處理問題的能力要求要高一些，尤其是數(shù)據(jù)處理的方面。

探究實(shí)驗(yàn)也可以分為兩種：一種是觀察現(xiàn)象型探究實(shí)驗(yàn)；一種是分析數(shù)據(jù)型探究實(shí)驗(yàn)。（1）觀察現(xiàn)象型探究實(shí)驗(yàn)：只要仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象，然后根據(jù)現(xiàn)象就能夠總結(jié)出物理規(guī)律。例如真空鈴實(shí)驗(yàn)，只要往外抽氣，通過鈴聲越來越小，就可推導(dǎo)出真空不能傳聲，或者說聲音的傳播需要介質(zhì)；還有光的直線傳播。（2）數(shù)據(jù)分析型探究實(shí)驗(yàn)：歐姆定律，電功率與電流電壓的關(guān)系。

探究型實(shí)驗(yàn)中，有很多的實(shí)驗(yàn)并不是分得那么清楚的，它會(huì)把觀察現(xiàn)象和數(shù)據(jù)分析結(jié)合起來才能全面得出結(jié)論，比如：探究平面鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，既要觀察像與物的位置及大小關(guān)系，還要測(cè)量出像與物到鏡面的距離以判定像與物到鏡面距離的規(guī)律。對(duì)于這一類的實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生更要具備實(shí)驗(yàn)的綜合能力。

六、物理在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中的思維過程

1.提出問題（研究的對(duì)象可能與什么因素有關(guān)）；

2.猜想與假設(shè)（可能與……與……有關(guān)）；

3.設(shè)計(jì)方案制訂計(jì)劃（實(shí)驗(yàn)的原理，步驟）；

4.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)收集證據(jù)（觀察并收集數(shù)據(jù)）；

5.分析論證（辯證的闡述是否有關(guān)）；

6.評(píng)估（實(shí)驗(yàn)室否具有普遍性）；

7.交流與合作（分享實(shí)驗(yàn)心得）。

七、物理思維方法

1.控制變量：我們所研究的物理問題可能與多個(gè)因素有關(guān)，要想研究與其中一個(gè)因素的關(guān)系就要控制其他因素不變。比如牛頓第一定律中控制小車的初速度相同研究物體不受力時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況；研究滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力的大小和接觸面的粗糙程度的關(guān)系；研究物體的動(dòng)能的大小與質(zhì)量和速度的關(guān)系；研究壓力的作用效果與壓力的大小和受力面積的大小的關(guān)系；研究導(dǎo)體電阻大小跟導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積的關(guān)系；研究電流與電壓和電阻的關(guān)系（即歐姆定律）等等。

2.理想推理法：很多實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)實(shí)生活中無法操作或者無法完成，我們就需要推理進(jìn)行驗(yàn)證。例如真空罩的實(shí)驗(yàn)說明了聲音的傳播需要介質(zhì)，此實(shí)驗(yàn)室在空氣逐漸被抽出鈴聲越來越小推理得出完全抽干凈后會(huì)發(fā)生的情況，另外該實(shí)驗(yàn)不能抽干凈的原因教師應(yīng)當(dāng)闡述出來，讓學(xué)生理解為何用這種物理方法。

3.轉(zhuǎn)換法：有些物理量是很難測(cè)量或者難以顯示需要轉(zhuǎn)換一下。比如物體吸收或者放出熱量的多少，我們借助溫度計(jì)示數(shù)的變化進(jìn)而比較熱量的大小關(guān)系；小燈泡的亮暗說明通過燈泡電流的大小；通過擴(kuò)散現(xiàn)象研究分子的熱運(yùn)動(dòng)；電磁鐵的磁性強(qiáng)弱可通過它吸引大頭針的多少來確定。

4.等效替代法：是等效處理的一種方法，效果相同。例如合力是分力的等效替代，力的作用效果相同；串聯(lián)的等效電阻。

5.類比法：兩個(gè)事物之間有非常類似的地方，我們可以通過這樣的類比分析得出有關(guān)的結(jié)論，比如電壓的講解引用了水壓。研究電阻對(duì)電流的阻礙作用的影響因素，通過自來水管里水的流動(dòng)進(jìn)行類似的比對(duì)。水波類比聲波。

6.理想模型法：在研究磁場(chǎng)的分布時(shí)，引入磁感線；研究光的傳播路徑和方向時(shí)，引入光線；將光滑表面做是沒有摩擦的理想表面；電流表、電壓表也是一種理想模型，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，電流表的內(nèi)阻為零歐，電壓表的內(nèi)阻無窮大。杠桿的質(zhì)量不計(jì)且不會(huì)彎曲也是理想模型。

7.圖像法：將結(jié)果進(jìn)行描點(diǎn)處理，比如：研究固體的熔化和凝固過程；研究水的沸騰過程的特點(diǎn)；研究同種物質(zhì)質(zhì)量與體積的關(guān)系；研究重力與質(zhì)量的關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]心理學(xué)[M].人民教育出版社.

[2]物理教材（教科版）[M].

（作者單位：哈爾濱市雙城區(qū)青嶺中學(xué)）