物理思維方法的研究

朱崢嶸

摘 要：本文從物理學科思維的主要特點：模型性、多級性、多向性、表述的多樣性、思維的轉換、假設與驗證、等效思維、實踐性等方面進行研究。而物理教學在培養學生思維能力方面又有其獨特的優勢。再從活化概念，培養抽象思維能力；穿插置疑，訓練發散思維能力；顛倒時空，發展逆向思維能力；超越常規，提高求異思維能力；學會"互譯"，增強識圖能力；強化觀察，激活創新思維能力等方面論述物理課堂教學中漸進培養學生的思維能力。

關鍵詞：物理；思維；能力；培養

“思維是指在表象、概念的基礎上進行分析、綜合、判斷、推理等認識活動的過程，它是人類特有的一種精神活動，是從社會實踐中產生的。” 物理學的研究，無論是概念的建立還是規律的發現、概括，都需要思維的加工，與一般的思維過程相比較，在共性之中，物理學科的思維又有其個性。

一、物理學科思維的主要特點

（一）模型性。物理學科的研究，以自然界物質的結構和最普遍的運動形式為內容。對于那些紛繁復雜事物的研究，首先就需要抓住其主要的特征，而舍去那些次要的因素，形成一種經過抽象概括了的理想化的“模型”，在此基礎上去研究“模型”，以發現其中的規律性，建立新的概念。這種以模型概括復雜事物的方法，是對復雜事物的合理的簡化。而抽象概括和簡化的過程，也正是人腦對事物的思維加工過程。模型就是一種概括的反映，就是概念，亦即是一種思維的形式。

（二）多級性。任何一門學科，其內容都不會是孤立的存在，不可避免地會與其他學科有或多或少的聯系。在本學科內，一個物理問題的提出、解決，其后所牽涉到的問題，可能有許多個環節，問題的解決所經歷的思維過程，往往需要分作幾個過程、階段或幾個方面、幾步。須經歷分析、綜合的相互轉換，往復循環，逐級上升。我們稱此特點為物理思維的多級性。

（三）多向性。許多物理問題的解決，并不只有一種辦法。同一個問題，從不同的方面出發，用不同的方法，都可以得到同一個結果。還有一些問題則不同，并不只有一個結果存在，需要作全面的分析。而解決這類問題所需要的思維過程，須是開放性的。即依據一定的知識或事實，靈活而全面地尋求對問題的各種可能的答案。這種特點，被稱作發散思維或求異思維。

（四）表述的多樣性。物理問題的表達方式也是多種多樣的。例如表述物理規律，可以用文字敘述，也可以用公式表示，還可以借助于各種圖示或圖像。概念的表述，亦有類似的方式。每一種表述，都是一種語言，同樣是一種思維。這種表述的多樣性，在解決問題的過程中，要求首先對思維的方法要加以選擇、優化。選擇和優化是對思維的批判性品質的表現，也是思維靈活性品質的表現。物理教學，就需培養學生選擇表述方式的意識，學會并掌握物理語言，準確地運用適當的語言思考、論述物理問題的習慣和能力。

（五）思維的轉換。思維的轉換是物理思維的又一個特點。它要求個體及時地更換自己的思維方向，轉換思維的方式，改變語言表達方式，以更簡捷、有效的方式進行分析、綜合。研究對象的轉換、物理模型的轉換、物理模型和數學模型的轉換等是常見的。思維的轉換，既是物理思維的特點，也是學生學習物理甚覺困難的又一所在。思維的轉換，是思維的靈活性品質的體現，在物理教學中，需要有意識地培養這種品質。

（六）假設與驗證。為著解決某一問題的思維，所必須經歷的步驟，一般說有如下四步，即發現問題、認清問題、提出假設、驗證假設得出結論。而其中的假設與驗證是思維過程的中心環節或關鍵環節。在解決有多種可能的問題時，結論與假設有關的，必須加以驗證。驗證假設的思維是人的認識深化的過程。驗證的方法，可以是間接的方法，即推理的方法，也可以是直接的檢查，即知覺的方法。但無論以怎樣的方法來作驗證，都直接地培養了學生思維的廣闊性和深刻性。

（七）等效思維。等效方法的運用，是物理思維的又一個特點。所謂等效，即效果相同。例如力學中，合力是分力的等效替代，質點是物體的等效替代，合運動是分運動的等效替代；為研究的方便將變速運動等效為勻速運動，將變力的沖量等效為恒力的沖量，將變力做功等效等均是用等效的思維方法，都是簡化復雜問題的方法。把復雜的對象等效作一個模型，以便能夠應用已有的知識去處理。這種等效處理的方法本身，就是一種思維。

（八）實踐性。物理知識的另一個特點是它與實踐的緊密聯系。許多知識是實踐觀察的總結。就其來源于實踐而又應用于技術這一點講，物理知識是非常具體的、通俗的。而就其概括實踐來講，無論是初級經驗的概括，還是高級科學的概括，它又是那么抽象，既具體又抽象的特點，要求解決物理問題的思維，必須具有相應的特點。

二、培養學生思維能力的方法

心理學家朱智賢認為：初中學生思維發展的主要特點是抽象思維日益占有主要地位，但具體形象成分仍起著重要作用；思維的獨立性和批判性有了顯著的發展，但容易產生片面性和表面性等缺點。高中學生的思維具有更高的抽象概括性，并開始形成辯證邏輯思維；思維具有更大的組織性、深刻性和批判性，獨立思考能力得到高度發展。

在初中學生的思維中，抽象邏輯思維屬于經驗型水平，且經常需要具體的、直觀的、感性經驗的支持。在高中學生的思維中，抽象邏輯思維處在由經驗型水平向理論型水平急劇轉化過程中，開始有可能初步了解特殊與一般、歸納與演繹、理論與實踐等對立統一的辯證思維規律。

思維方法是主體思維活動為實現一定思維目的所采用的規則、手段、途徑和技能、技巧構成的綜合體系。中學物理教學的目的和任務歸結為如下十六個字：傳授知識，樹立觀點，培養能力，訓練方法。而首要任務之一，是要培養學生的各種能力，例如：觀察能力、注意能力、記憶能力、想象能力、思維能力、動手能力等等，教師傳授知識是培養學生能力的內容和基礎，學生在掌握知識的過程中發展能力。在諸多能力中，思維能力是核心，而培養和提高學生的思維能力，也是我們當今教學的核心。教師只有在教學過程中，讓學生通過動手、動腦、動口、不斷地展開思維活動，同時教師須不失時機地對學生進行啟發、誘導和訓練來逐步提高學生的思維能力。現代教學，要求我們用最少的時間去獲得最高的效益。從教育學的角度看，一堂成功的物理課，應該是教師能運用各種手段來調動學生的思維積極性，使學生自始自終處于積極思維的最佳學習狀態，向“40分鐘”要質量，這是教學研究中永恒的課題。如何在每周二至三節的有限的物理課內培養學生的思維能力，我覺得以下幾種做法是切實可行，也是行之有效的。

（一）活化概念，培養抽象思維能力。物理學中有許多概念比較抽象，學生難以理解，只有死記，無法進入創造思維情境。教學時，設置有趣的小實驗和誘導性問題，如果將抽象的概念活化，使學生能形象直觀地“頓悟”概念的內涵，把抽象的問題具體化。

（二）穿插置疑，訓練發散思維能力。發散思維和收斂思維的訓練是培養創造性思維的有效途徑。發散思維必須對問題的共性有一個全方位、多層次的把握，聯系越多，發散也就越廣，可以做到一題多解，一題多串、舉一反三觸類旁通。而收斂思維必須對問題的個性有徹底的認識，分辨得越多，收斂得也就越準確，可以做到多題一解、一題多變。在大多數情況下，既要用到發散思維又要用到收斂思維。為培養學生的發散思維，在講物理概念、規律之前，穿插置疑，促使學生廣泛地搜尋自己的記憶貯存，盡可能提起更多的信息項目來尋求答案。

（三）顛倒時空，發展逆向思維能力。逆向思維就是倒過來想問題，也就是把思維順序逆轉過來，顛倒時間和空間順序，把始態與終態、條件與目標、原因與結果沿著相反思路思考問題。有許多問題，利用正向思維根本無法解決或解決起來很困難、繁瑣，而利用逆向思維可以收到“山重水復疑無路，柳岸花明又一村”之效。例如，如何判斷靜摩擦力的方向？學生感到無從著手，對物體相對運動趨勢難以“捉摸”。若引導學生進行逆向思維：如果接觸面是光滑的，物體會向什么方向運動？這個運動方向與相對運動趨勢方向關系如何？從而得到這個物體相對運動方向就是物體在光滑接觸面上運動的方向。在這些問題的研究過程中，學生的逆向思維、猜想能力得到培養，有效地提高創造思維能力。這也是研究物理過程和結論的科學思維方法。

（四）超越常規，提高求異思維能力。在物理學中，概念和規律都是建立在實驗基礎上的。照常規進行操作后，教師超越常規設疑啟思，使學生進行求異思維，培養學生創造思維能力。如，在測定小燈泡功率的實驗中，當學生已掌握常規測定方法后，為使學生知識“升華”，發展思維，設問置疑：某同學在測額定電壓為3.8伏的小燈泡的額定功率時，所用的電源電壓為6伏，他用一只最大量程為3伏的電壓表測出了結果。其實驗方法和原理如何？在這個問題中設置了超越常規的條件：一是小燈泡上電壓達到3.8伏時，才能從電流表讀取額定電流求得結論，而電壓表又不可能超過量程使用；二是進行求異思維，打破常規，變遷思維，聯想到串聯電壓特點，采用電壓表與變阻器并聯測量的方法，當燈泡正常發光時，變阻器兩端的電壓只有2.2伏，可用最大量程是3伏的電壓表測量。這樣，使學生的思維生“慧眼”，透過重重“迷霧”洞察一切，學生的創造思維能力得到不斷提高和拓展。

（五） 學會“互譯”，增強識圖思維能力。在物理教學中，許多物理定律、公式及物理問題可用圖形來描述。采用圖形來描述物理問題常常可使問題簡化，貼近生產和生活實際，一旦找到圖形蘊藏的深刻的物理規律之后便能茅塞頓開，使物理問題難度得到降冪處理，并且常常從圖形中找到有創意的解題思路。我們稱這種尋找圖形蘊藏物理規律的思維過程為“識圖思維能力”。對學生“識圖思維能力”的培養，需要一個漸進過程。首先要對學生強化“互譯”訓練，即把用文字描述的物理規律和定律去訓練學生用圖形表示，反過來將反映物理規律和定律的圖形讓學生“翻譯”成文字描述形式。

（六）強化觀察，激活創新思維能力。當今，物理知識的應用比比皆是，教師經常要求學生運用所學知識對觀察到的現象，盡力生疑、“挑刺”和深思，并為學生創造條件讓他們有效地把新思想變新創造，其中必定要有創新思維，創新思維能力極為重要。如，中學物理中幾何光學的作圖隱含了一個條件：物高既不等于零，又不能大于透鏡半徑。否則，需要用副軸、焦平面知識作圖，超出中學物理范圍。而不少資料題目都超出了這個條件，怎么辦？教學中首先強化觀察，在觀察過程中找出凸透鏡成像規律：一個方向、二個分界點、三個特殊點。凹透鏡成像規律：永遠是成縮小的正立的虛像，像距小于物距。在此基礎上提出問題：如果把物體高度拉高到大于透鏡半徑，像如何變化？如果把物體高度壓縮成一點，在主軸上，像又如何變化？如果把物體沿垂直主軸的直線自上而下運動，縱向成像的變化規律如何？運用透鏡成像的橫向和縱向成像規律進行作圖時，我們可以將物高等于零的點撥高成小于透鏡半徑、物高大于透鏡半徑的物高壓縮成小于透鏡半徑的物高，按課本上作圖方法進行作圖。教學結果，不應用副軸、焦平面，將特殊光線作圖方法發展到非特殊光線作圖方法，激活了學生的創新思維能力。

參考文獻：

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