重視具象思維能力的培養(yǎng)-物理論文

重視具象思維能力的培養(yǎng)_物理論文

文章摘要：

上海虹口區(qū)復興高級中學劉海生高中物理教學中偏重于從概念到概念、從理論到理論的抽象邏輯思維，而忽視具象思維。具象思維就是具體而形象的思維。由于這兩種思維能力未得到協調發(fā)展，極大地影響了學生解決問題的效率和學習的情緒。錢學森院士曾指出：“科學技術工作不能局限于抽象思維的歸納推理法，而必須兼用形象思維或直觀思維?！币?、具象思維揭示物理問題的實質[例1]一艘船沿著順水航行要比靜水中快，沿著逆水航行要比靜水中慢。這就產生一個問題：船要從甲處航行到乙處再返回到甲處，是在流水中航行還是在靜水中航行所需時間少？設想船速僅比水速大一點，則船逆水航行很慢，往返時間長。如果船速十分接近水速，則船將一去不復返。[例2」a、b兩個光滑斜面的高度和長度均相同，但其形狀不同，如圖1所示?，F將兩個同樣的小球從斜面頂端一起釋放，不計在拐角處能量損失，問哪個球先滑到底端？設斜面長為l，高為h，a球下滑時間為對b來說，斜面上兩部分連接線所成的夾角未知，一時求不出球下滑時間。但是此夾角從90°連續(xù)變化到180°，a斜面即為b斜面（180°）的一個極限值。從斜面另一極限值（90°）來計算可得。因為l＞h，故b圖中的小球先滑到底端。根據已知經驗事實，從整體出發(fā)，用跳躍的、搜索的、猜測的方式，假設某種變化，根據連續(xù)性變化原理，將此變化引向具體或極端狀態(tài)，使主要因素或問題本質迅速暴露出來，從而探索到物理問題的實質。糾正學生偏重于公式演繹，講不清物理道理之弱點。二、具象思維描繪清晰的物理圖景[例3]四個麥椿象（一種害蟲）分別位于邊長為a的正方形的四個角的頂點上。它們以同樣大小的速度V同時開始爬行。第一只蟲朝第二只蟲爬去，第二只蟲朝第三只蟲爬去，第三只蟲朝第四只蟲爬去，第四只蟲朝第一只蟲爬去。試問這四只蟲會相遇嗎？我們想象有兩只蟲位于一條線段的兩端，相對爬行，它們無疑會相遇。再設想有大量蟲位于一個圓周上，一只蟲接一只蟲爬行，結果是它們沿圓周循環(huán)爬行，永不相遇。這是多邊形的兩種極限情況。對于四只蟲位于正方形四個角的頂點情況，可以大膽猜測，它們一定會相遇?？紤]到對稱性，四只蟲爬行中總是位于新四邊形的四個角的頂點點上，而這新四邊形在不斷翻轉和“收縮”，如圖2所示。最終它們會聚在原正方形的中心。思維過程中有時面臨這樣一種狀態(tài)：我們可以認識它的兩個端點（極限情況），但是從始點到終點的“過渡”，卻完全是空白的。只是受到某種甚至非常表面的啟發(fā)，當即茅塞頓開，恍然大悟。這樣一幅清晰的物理圖景展現在你的眼前。根據此物理圖景可以從兩條思路求得它們相遇的時間：解法一：各只蟲接近中心的速度為速度V在線段OA上的分量（見圖3），由于線段OA的初始值為，所以解法二：確定正方形邊長減少的速率，它等于相鄰兩只蟲的速度在邊上的矢量差四只蟲的運動是復雜的，很難描繪它們的運動軌跡。但是，用具象思維去簡化與純化它們的運動，在一只蟲追一只蟲循環(huán)運動規(guī)則聯系下，按一定的時間順序和空間的關系，在學生頭腦中留下運動過程一系列“定格”，靜態(tài)形象──它們總位于正方形四個角的頂點上；動態(tài)形象──新四邊形連續(xù)翻轉和“收縮”。展現出一幅科學而又形象的物理圖景。平時教學中幫助學生學會正確構建物理情景，可以使復雜的物理問題簡單化，使抽象的理論形象化、具體化，這是學好物理的關鍵所在。三、具象思維開拓物理想象力［例4」一張薄金屬片中心有一個小孔，一根針剛好能穿過此孔，如圖4所示?，F對整張金屬片均勻加熱后，針是否還能穿過小孔？將薄金屬片看成是一系列以小孔為中心。半徑逐漸增大的細同心環(huán)構成，而每一個金屬環(huán)相當于一個彎成圓形的金屬條。加熱后金屬條變長，則圓環(huán)的周長變長，即圓的半徑變大，并且內環(huán)的膨脹不受外環(huán)膨脹的影響，結果小孔的半徑也變大，使針穿小孔更為方便。也可以設想用同種金屬片補全小孔，仿佛未開過孔一樣，加熱時整張金屬片均勻膨脹，補上的“孔”也要相應膨脹。加熱后再把補上的“孔”取出，于是原孔變大了。［例5」證明勻質三角形薄板的重心位于此三角形三條中線的交點上。將三角形薄板分成一系列平行AB邊的窄條。每一窄條的重心位于其中點，即位于從頂點C所作的中線上，如圖5所示。這表明由一系列窄條所構成的三角形薄板的重心也位于這條中線上。同理，其中心也位于另外兩條中線上。因此，勻質三角形薄板的重心位于三角形三條中線的交點上。運用具象思維開拓想象力，想象力突出表現為假設，它是對新事物作推測性或探索性設想的思維能力，發(fā)展自然科學要豐富的想象力，要創(chuàng)新必須具備想象力。四、具象思維構思物理理想實驗理想實驗是在頭腦中塑造的一種理想過程，是具象思維的運演。下面設計一個理想實驗來論證阿基米德定律。設想有兩個完全相同的輕的硬薄殼，往左殼里注滿水邊，右殼里注滿無論何種液體。將兩個殼掛在等臂天平上，如圖6（1）所示。如果這兩個物體保持平衡，表明它們的密度相等。該理想實驗的構思是：使從天平上平衡遷移到液體中平衡，將這兩個物體浸入盛有水的容器里，如圖6（2）所示。此后天平的平衡不被破壞，由于容器里的水“不知道”兩殼內裝的是什么東西，只“看見”兩個完全相同的殼，所以對兩殼的作用完全相同。但是天平上左線是松馳的，水殼浮于水中。此時天平仍保持平衡，右線也不受拉力。于是可以將兩根線拿走，右殼也浮在水中，如6（3）所示。實驗表明：當物體的密度等于液體的密度時，物體所受浮力等于物體的重力。再設象把一個物體放在空殼內，使殼漂浮在液體上，如圖7所示，液體對殼的浮力等于物體的重力。如果拿走殼內物體，則空殼將上浮。要維持殼浸沒在液體中原來的深度，現向空殼內注人同種液體，直到殼浸沒到原來深度為止，如圖7所示。又設想將它們掛在天平上，從上述實驗可知，天平也是平衡的。實驗表明：物體所受浮力的大小等于物體所排開的液體的重力。伽利略設計的理想斜面實驗建立了慣性定律。愛因斯坦設計“追光實驗”，“假如一個人能以光速和光一起跑，會看到什么現象呢？”，它具體而形象地揭示出超光速運動將導致時間倒流及因果顛倒，得出光速不變原理?？茖W理論之形成過程中除了抽象思維以外，具象思維往往起關鍵作用。引導和激發(fā)學生運用所學知識和實踐經驗大膽設計理想實驗，虛擬創(chuàng)造，不受實驗器材、條件和技術水平一時之限制，這有利于培養(yǎng)和開拓學生的創(chuàng)造性思維和想象力。今天，要使學生具有創(chuàng)新意識，僅靠抽象的邏輯思維難以達到！任何邏輯推理的結論其實都已隱含在其前提中了，邏輯推理只不過是將