開啟物理思維的智慧大門

1、開啟物理思維的智慧大門河南省信陽高中 張春麗內(nèi)容提要：“思維比知識更重要!教育就是叫人去思維! ” 。培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，是解決物理難教難學(xué)問題的一個突破口，也是學(xué)生一生受用的東西。培養(yǎng)物理思維，要從思維的品質(zhì)、方式、方法等方面來潛心引領(lǐng)方可成就學(xué)生最終的思維智慧。關(guān) 鍵 詞： 物理思維 品質(zhì) 方式 方法 智慧一、提出物理思維的背景一位教育家說: “思維比知識更重要!教育就是叫人去思維! ”。面對高中物理教學(xué)，則往往憂喜參半。校園里流傳著三句話，第一句：“物理是對學(xué)生傷害最大的一門學(xué)科”；第二句：“當(dāng)初就是物理學(xué)不好才無奈學(xué)了文科”；第三句：“某某同學(xué)物理學(xué)的那么好，太牛氣了”。是的，物理，令

2、人“痛”也令人“?！?。1、物理的“痛”物理難教難學(xué)，這是一個世界性的問題，教師們常感到力不從心，學(xué)生們往往感到頭痛萬分。僅舉幾個現(xiàn)象為例：痛1:太抽象、難理解物理概念大部分很抽象，如電勢能、電勢、電場、磁場、引力場:磁通量等；再比如，光既具有波動性，又具有粒子性，學(xué)生沒有較強的抽象思維能力和空間想象力總是很難真正理解。痛2：太理想，難應(yīng)用物理總是采用理想狀態(tài)或理想整化模型，其目的是使研究的問題簡單化，如質(zhì)點、理想氣體、純電阻等，而現(xiàn)實生活中這些理想化模型并不存在，遇到實際問題時很難遷移應(yīng)用。痛3：能聽懂、用不上無論老師講什么，似乎都能弄懂，可是一到自己解決問題時，不是一籌莫展就是一做就錯，什么

3、經(jīng)驗和方法都用不上了。痛4：綜合強、難融合高中物理對數(shù)理綜合能力的要求較高，大量的物理概念和規(guī)律既要求用函數(shù)形式表達(dá)，又要求用解析圖象表述，而且不同的圖象表達(dá)不同的物理含義。解決物理問題時，時而要用到函數(shù)、微積分思想、數(shù)學(xué)歸納法、平面幾何、立體幾何、解析幾何等數(shù)學(xué)知識，時而要列出很多的方程，而且方程的數(shù)目還得與未知量的數(shù)目相匹配，還得很有方向地去求解否則前功盡棄等等，如果是一個純數(shù)學(xué)的問題學(xué)生往往不覺得難，然而一旦用在物理情境中卻總難自然融合。痛5：耗時多、難入門有調(diào)查顯示，約有82.7%的學(xué)生在開始時對物理學(xué)習(xí)是有興趣的，學(xué)習(xí)也刻苦努力，甚至做了大量的題，但物理就是學(xué)不好，于是覺得物理太難興

4、趣也就減退了。教師體會到物理這門課程難教，往往是總感到學(xué)生對物理遲遲不能“入門”，即使是很用功的學(xué)生，到了高中快畢業(yè)了，分析問題時仍然沒有清晰思路，思維往往比較混亂。相反的現(xiàn)象，大凡物理學(xué)習(xí)不吃力的學(xué)生，其共同特點就是能很快“入門”，“入門”之后越學(xué)越輕松，越學(xué)越喜歡學(xué)。在做大量重復(fù)的題目時，他們有時可能顯得“懶”，但仔細(xì)觀察他們在分析每個復(fù)雜新穎的題目時往往推理性很強，思維很嚴(yán)謹(jǐn)，思路也很清晰，可以說他們是思維上的“勤快”者。由此可見，學(xué)生物理思維水準(zhǔn)的高低直接干系著物理的難易。2、物理的“?！北M管物理的“痛”這么多，大家卻幾乎都有一個共同認(rèn)識，那就是“物理學(xué)的好，腦瓜就聰明”。 匈牙利物理

5、學(xué)家喬治.馬克斯博士說“物理學(xué)的方法經(jīng)過幾個世紀(jì)的考驗，已經(jīng)證明了它的有效性，物理學(xué)的畢業(yè)生已被證明他們有廣泛的興趣，有抽象的邏輯思維能力和重視不同領(lǐng)域現(xiàn)實的能力也許在每個已問津的領(lǐng)域中都有自己的專家，他們比物理學(xué)家更在行，但是，在復(fù)雜的、未知的領(lǐng)域中，物理學(xué)家應(yīng)當(dāng)被認(rèn)做是最出色的人！”一直以來，很多行業(yè)中搞物理的人也被認(rèn)做是最能克難攻堅的人，其中的一個重要因素就是物理思維深刻地影響著一個人的思維智慧。可以說，培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，無論是眼前還是將來，無論他們將來從事什么職業(yè)，都將是他們一生受用的東西。物理，是令人痛還是令人牛，其關(guān)鍵的區(qū)分點就是是否擅長思維！這也是本文選題的重要原因。二、對物理

6、思維的有關(guān)認(rèn)識目前，國外的一些思維科學(xué)研究較多關(guān)注的是思維的品質(zhì)，受到國外研究的影響，國內(nèi)也呈現(xiàn)出了一派欣欣向榮的景象，并且越來越多的研究結(jié)果顯示，在思維理論的指導(dǎo)下，采用切合學(xué)生思維發(fā)展水平的培養(yǎng)措施，教學(xué)能有效地提高學(xué)生的思維能力、學(xué)業(yè)成績以及整體的科學(xué)素養(yǎng)。1、我國物理教學(xué)大綱對培養(yǎng)物理思維的要求我國對學(xué)生思維能力培養(yǎng)的認(rèn)識體現(xiàn)在物理教學(xué)大綱的層面上，也是在逐步發(fā)展和深化的。1956年的大綱提出了培養(yǎng)解題能力和實驗技能；1963年的大綱又增加了培養(yǎng)思維能力；1978年的大綱對培養(yǎng)能力的提法比較完整，并在執(zhí)行過程中突出了思維能力的重要性；20世紀(jì)八、九十年代，教學(xué)大綱對物理思維的重視程度有

7、增無減；進(jìn)入21世紀(jì)，在基礎(chǔ)教育課程改革中，新的物理課程標(biāo)準(zhǔn)提出通過科學(xué)想像與科學(xué)推理方法的結(jié)合，發(fā)展學(xué)生的想像力和分析概括能力，使學(xué)生養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新。由此可見，物理思維能力的培養(yǎng)也是基礎(chǔ)教育改革的重點內(nèi)容之一。2、關(guān)于物理思維的概念物理思維，就是人腦對客觀物理事物（包括物理對象、物理過程、物理現(xiàn)象、物理事實等）的本質(zhì)屬性、內(nèi)部規(guī)律及物理事物間的聯(lián)系和相互關(guān)系的間接的、概括的和能動的反映。再通俗一點講，就是對觀察過的物理現(xiàn)象、物理事實、物理過程等在大腦中形成清晰的物理圖景，并反復(fù)加工、去粗取精，把感性認(rèn)識概括上升為理性認(rèn)識，這個過程就是物理思維。3、關(guān)于物理思維的品質(zhì)、

8、方式及方法思維品質(zhì)是思維能力強弱的標(biāo)志，物理思維品質(zhì)主要包括物理思維的深刻性、靈活性、批判性、創(chuàng)造性和敏捷性五個方面。物理思維品質(zhì)結(jié)構(gòu)中的各要素是密切聯(lián)系、互為因果、相互制約的，它們相互作用而達(dá)到均衡的發(fā)展就構(gòu)成了物理思維的智慧。根據(jù)思維科學(xué)的研究，角度不同，對思維的方式的劃分也不同。例如，根據(jù)思維材料的不同，可以將物理思維分為：物理抽象思維、物理形象思維和物理直覺思維；根據(jù)思維探索方向的不同，可以將物理思維分為：物理聚合思維和物理發(fā)散思維；根據(jù)思維創(chuàng)造性的不同,可以將物理思維分為：物理常規(guī)性思維和物理創(chuàng)造性思維 ；根據(jù)思維目的的不同,可以將物理思維分為：物理上升性思維、物理求解性思維和物理決

9、策性思維等等。 在物理學(xué)的成長發(fā)展的過程中，逐步形成了一套獨特而又相對完善的思維方法，這些方法在成為物理學(xué)本身發(fā)展的工具的同時，也深深地影響了其它學(xué)科、社會思潮以及社會生活。物理思維的基本方法大致包括分析與綜合、比較與分類、抽象與概括、科學(xué)推理、臻美、等效等方法。三、培養(yǎng)物理思維的主要對策培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，不是順其自然的事，需要從物理思維的品質(zhì)、方式、方法等方面來綜合設(shè)計、構(gòu)架并實施，否則難有成效。1、要有武器滲透思維方法光一味泛泛地強調(diào)培養(yǎng)物理思維是不行的，必須要有著實的依托即要有管用的武器才行，這個武器就是要滲透一些常見的思維方法。以下舉幾種思維方法的滲透。例1：滲透過程分析法 分層次：

10、一般說來，復(fù)雜的物理過程都是由若干個簡單的“子過程”構(gòu)成的。因此，分析物理過程的最基本方法，就是把復(fù)雜的問題層次化，把它化解為多個相互關(guān)聯(lián)的“子過程”來研究。我常常告訴我的學(xué)生“分析分析就是分開來析，各個擊破”。 抓中間：階段的劃分有時并非易事，還必需探明物理過程的轉(zhuǎn)折的中間狀態(tài)，或者物理現(xiàn)象從量變到質(zhì)變的中間狀態(tài)（有時可能是極短暫的過程）。事實上，中間狀態(tài)往往就是一個轉(zhuǎn)折點，抓住了它，往往就抓住了解決問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。找關(guān)系：從內(nèi)在聯(lián)系上把握每一個物理子過程、中間狀態(tài)的因果關(guān)系以及遵從的物理規(guī)律，步步為營，在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评磉^程解決問題。例2：滲透因果分析法 因果對應(yīng)：物理學(xué)中有許多物理量是通過比值

11、來定義的。如R=U/R、E=F/q等。而這些物理量之間并非都互為因果比例關(guān)系。學(xué)生常常不理解公式中物理量本身意義，分不清哪些量之間有因果聯(lián)系，哪些量之間沒有因果聯(lián)系。因果互求：循因?qū)Ч?，?zhí)果索因，在物理習(xí)題的訓(xùn)練中，從不同的方向用不同的思維方式去進(jìn)行因果分析，發(fā)展多向性思維。例3：滲透歸納、概括法 心理學(xué)研究結(jié)論顯示，學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)是否理想的標(biāo)尺，往往就是看是否達(dá)到了“三化”（概括化、清晰化和系統(tǒng)化）的層次。教學(xué)中，有意識引導(dǎo)學(xué)生對物理知識、物理方法甚至物理問題進(jìn)行比較、梳理、歸納、概括，尋找其共同的本質(zhì)的習(xí)慣。因為概括化的東西才可能更清晰、更系統(tǒng)，在以后不同的變式情景下才可以一眼看穿本質(zhì)并迅速

12、解決。例如，解決某一類問題，根本大法是什么，巧妙方法有什么，稀奇方法有什么，容易在哪兒摔跟頭，等等，要引導(dǎo)學(xué)生的物理思維中不斷概括形成自己的一套應(yīng)對策略。例4：滲透類比法 類比是由一種物理現(xiàn)象想象到另一種物理現(xiàn)象，并對兩種物理現(xiàn)象進(jìn)行比較，由已知物理現(xiàn)象的規(guī)律去推出另一種物理現(xiàn)象的規(guī)律。例如電與磁的類比、引力與庫侖力的類比、衛(wèi)星系統(tǒng)與玻爾原子系統(tǒng)的類比、重力功與電場力功的類比等等。運用類比的方法常能起到點化疑難、靈感突發(fā)、開拓思路的作用。例5：滲透假設(shè)推理法 尤其在面對一些棘手的問題時，通過大膽假設(shè)，比如物理過程假設(shè)、物理條件假設(shè) 、臨界狀態(tài)假設(shè)、矢量方向假設(shè)等等，往往能忽覺柳暗花明，突破思維

13、方法上的局限性，使問題化繁為簡，化難為易。2、要有抓手鍛造思維品質(zhì)光有武器還不夠，還要有使用武器的著力點即要有抓手才行，這些抓手自然就是要針對思維品質(zhì)的各要素來進(jìn)行強力鍛造。這是個系統(tǒng)的工程，也是一個困難點。以下僅舉幾例。例1：抓細(xì)節(jié)鍛造思維的深刻性結(jié)合物理的學(xué)科特點，應(yīng)當(dāng)把對學(xué)生思維深刻性的培養(yǎng)作為培養(yǎng)其思維品質(zhì)的立足點和突破口，因為深刻性是其它要素的根基。首先，在常態(tài)的概念教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成不斷縱深理解、全方位理解的習(xí)慣，引導(dǎo)學(xué)生對概念的所有內(nèi)涵及外延要有全面精準(zhǔn)的理解；在常態(tài)的物理現(xiàn)象分析上要引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成由表及里、層層剝殼的遞推式的思維習(xí)慣，使學(xué)生的思維不斷縱深發(fā)展。其次，要培養(yǎng)學(xué)生在

14、看書、做題等學(xué)習(xí)過程中養(yǎng)成很摳推理細(xì)節(jié)的習(xí)慣，讓學(xué)生在一次次嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐贫ㄕ撟C中學(xué)到深刻的思維這樣，就不會再輕易出現(xiàn)一些“想當(dāng)然”的錯誤了。再次，培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)物理錯題的習(xí)慣。剖析自己的理解以及分析過程中的細(xì)節(jié)，對所出現(xiàn)的錯誤進(jìn)行特別的對比、歸因和概括，學(xué)生自己會發(fā)現(xiàn)許多問題的要害和規(guī)律，這既是物理思維活動的修正、批判，也是物理思維活動的再深刻。例2：抓變式鍛造思維的靈活性 許多物理問題的解決方法并不唯一，許多物理問題的結(jié)果也并不唯一，許多看似不同的解決思路、方法物理本質(zhì)卻相同。在常規(guī)教學(xué)中一定要在變式上做足文章并以此來激活學(xué)生的物理思維。例如，“一題多變”讓思維與方法具有斂散的變通性；“一題多解”

15、讓思維與方法具有系統(tǒng)的流暢性；“一題多問”讓思維與方法具有深透的嚴(yán)密性；“多題歸一”讓思維與方法具有清晰的概括性，舊題變新點、新題還舊點等等， 不斷培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維或求異思維，在變換中靈活地進(jìn)行分析和綜合,全面地把握問題,細(xì)心地權(quán)衡哪些思維是有利的,哪些思維是正確的，選擇和優(yōu)化是思維靈活性的表現(xiàn),也同時鍛造著思維的批判性。例3：抓快準(zhǔn)鍛造思維的敏捷性在物理教學(xué)中有意識地培養(yǎng)學(xué)生能夠積極、迅速地展開思維操作、調(diào)用所學(xué)的內(nèi)容、抓住問題的關(guān)鍵，從而敏捷高效地解決問題對培養(yǎng)思維的敏捷性至關(guān)重要。當(dāng)然，做到這一點的前提是學(xué)生無論在知識還是在方法上都已經(jīng)形成了比較清晰的認(rèn)知結(jié)構(gòu)體系。與此同時，一旦學(xué)生的

16、敏捷性受阻，尤其是在一番番苦思冥想又告吹時，即將孕育的將是思維的批判性和創(chuàng)新性。因此，適時地為學(xué)生再設(shè)置一些思維障礙和思維陷阱將非常有利于思維品質(zhì)層次的再提高。3、要有通道介入思維診斷一個很淺顯的道理：道路只要暢通，目標(biāo)就容易達(dá)到。我理解的思路，就是所有思維品質(zhì)得以展示、所有思維方法得以應(yīng)用的一個通道。多年的教學(xué)經(jīng)歷讓我深刻地體會到，培養(yǎng)學(xué)生暢通的物理思路在物理教學(xué)中至關(guān)重要。我的一位優(yōu)秀學(xué)生在回答“解物理大題的經(jīng)驗”時，說了句很樸素的話：“就那樣一點一點地推，推著推著就推出來了”。這里體現(xiàn)的就是一種暢通的物理思路。要想真正解決學(xué)生的“入門”問題，教師就必須走進(jìn)學(xué)生的整個思維過程，去放大、去解

17、剖，去仔細(xì)診斷學(xué)生的思維在哪個環(huán)節(jié)卡殼或脫節(jié)了，這才是解決問題的關(guān)鍵。跟蹤學(xué)生的思路，就要引導(dǎo)學(xué)生理清思維脈絡(luò)，而理清思維脈絡(luò)的重點就是抓住思維的起始點和轉(zhuǎn)折點。選準(zhǔn)思維的“發(fā)生點”起步，在思維的“轉(zhuǎn)折點”上用力，使學(xué)生的思維流程清晰化、條理化、邏輯化。學(xué)生的思維有時會出現(xiàn)“卡殼”的現(xiàn)象，這就是思維的障礙點，此時應(yīng)適時地加以疏導(dǎo)、點撥，促使學(xué)生的思維轉(zhuǎn)折，并以此為契機促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展。在這一點上，我的體會是，當(dāng)教師真正拿出耐心、舍得花時間去聽聽學(xué)生講一講他是怎樣思考才做出題的，即使沒做出題但已經(jīng)想到了哪一步，細(xì)致地去跟蹤診斷，學(xué)生的很多問題就明顯暴露，有公式記錯的，有想當(dāng)然根本不推的，有做題

18、套題的，有考慮不周全的，有主觀臆造條件的，有缺乏把復(fù)雜過程分解成子過程習(xí)慣的，有研究對象相互干擾的、有缺乏耐心推了幾步就沒信心再推下去的等等，五花八門。走進(jìn)每個學(xué)生的思維過程，對癥下藥，教師的指導(dǎo)才真正會成為“靈丹妙藥”，學(xué)生的物理思路被一步步打通了，就像中醫(yī)上講的“疏通了經(jīng)脈”，學(xué)生也就自然“入門”了。4、要有網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換思維方式 思維方式的轉(zhuǎn)換是物理思維靈活機制的一個鮮明特點，它要求學(xué)生能及時地更換自己的思維方向,轉(zhuǎn)換思維的方式,以更簡捷、有效的方式進(jìn)行分析、綜合并解決問題。研究方向的轉(zhuǎn)換、研究角度的轉(zhuǎn)換、研究對象的轉(zhuǎn)換、物理模型的轉(zhuǎn)換、物理模型和數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)換等等，學(xué)生既能把抽象的問題形象化地表達(dá)出來，又能對形象的問題洞察出抽象的本質(zhì)，還能在這種抽象與形象的逐步滲透中不斷孕育著物理的直覺思維，如此不斷的訓(xùn)練也同時優(yōu)化整合著學(xué)生的整體思維網(wǎng)絡(luò)。比如，研究對象選取時隔離法與整體法的交叉使用，研究過程選取時全程法與分段法的交相輝映，電路分析時整體法與局部法的有效融合；再比如，短暫過程怎么來放大研究，復(fù)雜過