淺談物理思維在高中物理教學(xué)中的意義及方式

淺談物理思維在高中物理教學(xué)中的意義及方式

宋睿Summary：物理思維貫穿于認(rèn)識(shí)物理學(xué)科、學(xué)習(xí)物理知識(shí)、解決物理問(wèn)題的始終。甚至在物理學(xué)漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程中，也有其不可或缺的作用。因此，有意識(shí)地對(duì)學(xué)生講解物理思維，傳達(dá)正確的物理觀念是極為必要的。文章基于對(duì)高中物理教學(xué)中一線的實(shí)際情況，主要分析了物理思維在高中物理教學(xué)中的意義及其方式。Key：物理思維

高中物理

意義及其方式物理學(xué)是一門研究物質(zhì)世界……的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其使用的實(shí)驗(yàn)手段和思維方式的自然學(xué)科?！八季S方式”這一概念在本文中引述為“物理思維”，其不單在物理學(xué)的定義中占有一席之地，同樣的也應(yīng)在高中物理的教學(xué)中得到充分的體現(xiàn)。一、高中物理教學(xué)的現(xiàn)狀在高中物理的教學(xué)過(guò)程中，教師群體普遍將掌握知識(shí)點(diǎn)作為第一要義，給予課程的內(nèi)容以絕對(duì)的關(guān)注，著重教會(huì)學(xué)生物理學(xué)中的各個(gè)定律的內(nèi)容及其用法，在向?qū)W生灌輸一個(gè)個(gè)物理概念的同時(shí)，要求學(xué)生掌握教輔資料中的一個(gè)個(gè)解題模型與套路。這種教育的方法在學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)方面并無(wú)太大問(wèn)題，在應(yīng)試方面可稱卓有成效，卻時(shí)常帶給學(xué)生這樣的疑問(wèn)——“物理真的只有一個(gè)個(gè)定律和模型嗎？”“為什么我在處理問(wèn)題時(shí)只能聯(lián)想到一個(gè)個(gè)模型？”可見(jiàn)，現(xiàn)有的教育方式在一程度上抹殺了學(xué)生的自主創(chuàng)新能力與對(duì)物理的興趣。而這些問(wèn)題需要由學(xué)生用其在受教中感受到的物理思維來(lái)解決了。二、高中物理的思維例舉2.1數(shù)學(xué)工具性思維數(shù)學(xué)工具性思維是指以數(shù)學(xué)為工具，表示各物理量之間的關(guān)系，并進(jìn)而求取未知量的思維方式。在處理物理問(wèn)題時(shí)，“分析物理情境——列出相關(guān)公式——求解得到欲求物理量”是解決物理問(wèn)題的必然思維過(guò)程?！傲谐鱿嚓P(guān)公式”正是數(shù)學(xué)工具性思維的體現(xiàn)。2.2等效思維與轉(zhuǎn)化思維等效思維與轉(zhuǎn)化思維互為表里，兩者結(jié)合起來(lái)可以表述為：將在某一方面具有相同物理學(xué)特性的物理客體等效地取代問(wèn)題中的某一對(duì)象，從而使問(wèn)題得以轉(zhuǎn)化的思維方式。在高中電磁學(xué)中F=BLI的L所表示的有效長(zhǎng)度與交變電流一章中通過(guò)I=Im/√2這一公式將變化的交流電轉(zhuǎn)化為不變的直流電，從而使問(wèn)題得到解決。其中所體現(xiàn)的正是等效思維與轉(zhuǎn)化思維。三、意義3.1提升學(xué)生對(duì)物理的認(rèn)知水平在高中教材中特別是選修階段對(duì)于各個(gè)定律的介紹都是很模糊的。對(duì)于很多公式的推導(dǎo)則以“不予證明”帶過(guò)，給學(xué)生的學(xué)習(xí)造成了極大的困惑。學(xué)生對(duì)知識(shí)的接受也自然有了隔膜與障礙。只知其然而不知其所以然，也不利于學(xué)生養(yǎng)成面對(duì)靈活多變的試題時(shí)快速分析物理情境的能力。因此，使學(xué)生了解各個(gè)定律的由來(lái)與其中所體現(xiàn)的物理思維是很有必要的。另一方面在公式如I=Im/√2的推導(dǎo)中（參見(jiàn)附錄1）可加深學(xué)生對(duì)其的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生可以清楚地了解到這一公式中為何就是除以√2，從而使學(xué)生在對(duì)有關(guān)交變電流有效值的求解時(shí)能以等效思維的高度認(rèn)識(shí)這一類問(wèn)題。3.2提升學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣在高中學(xué)習(xí)階段，中學(xué)生對(duì)物理的興趣很大程度上來(lái)源于其在物理方面的成績(jī)比較出彩，或者能在解決問(wèn)題時(shí)得到時(shí)的成就感。這種興趣歸根結(jié)底是升學(xué)的壓力由于物理學(xué)習(xí)中的成功而得到暫時(shí)的舒緩所帶來(lái)的，而非真正意義上的對(duì)物理學(xué)科本身的興趣。這一現(xiàn)象的結(jié)果可能因時(shí)間的流逝而消散，或者使學(xué)生對(duì)物理產(chǎn)生近似偏執(zhí)的情緒。在現(xiàn)實(shí)生活中，學(xué)生只專心于物理，而忽視了其他學(xué)科的情況屢見(jiàn)不鮮。因此，在日常教學(xué)中滲透物理思維的傳達(dá)，讓學(xué)生了解物理學(xué)家們?cè)诓粩嗟奶剿髦锌偨Y(jié)出一條條定律時(shí)其內(nèi)在的思維光芒，是在現(xiàn)有的教學(xué)方式下引起學(xué)生對(duì)物理產(chǎn)生清醒的認(rèn)知與真正的興趣的必要手段。學(xué)生需要在一時(shí)無(wú)從下手的恐懼心理下完成分析并在眾多解題模型中找出等量關(guān)系P總=P原+P副后，仍需進(jìn)行解復(fù)雜方程組的過(guò)程才能得到答案。而學(xué)生在正確認(rèn)識(shí)等效與轉(zhuǎn)化思維后，可避免復(fù)雜的求解，將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)單的閉合回路中的計(jì)算（證明過(guò)程見(jiàn)附錄2）方程轉(zhuǎn)變?yōu)椋汉苋菀妆憧汕蟮肦=3，且只是運(yùn)用了最基礎(chǔ)的歐姆定律。由此可見(jiàn)，在物理教學(xué)中使學(xué)生真正理解物理思維是能提高其對(duì)物理問(wèn)題處理的多元水平的。四、方式4.1在定律的講解和公式的推導(dǎo)中傳達(dá)各個(gè)物理定律的探索背后都經(jīng)歷了思維的推動(dòng)。牛頓通過(guò)蘋果下落，地球?qū)Φ厍虮砻娴奈矬w相互吸引，類比聯(lián)想到天體之間的引力的存在，從而提出了萬(wàn)有引力定律。其內(nèi)在是類比思維的作用。公式I=Im/√2的推導(dǎo)中（參見(jiàn)附錄1）也是數(shù)學(xué)工具性思維的作用。這便涉及到了一個(gè)問(wèn)題——公式的推導(dǎo)過(guò)程是否用到了學(xué)生未學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)知識(shí)？如果是，學(xué)生是否能理解？其實(shí)附錄1中的推導(dǎo)過(guò)程便是實(shí)例。其中運(yùn)用的定積分知識(shí)是數(shù)學(xué)選修3-2的內(nèi)容（人教版）。洛侖茲力F=Bvq，由F=BLI的推導(dǎo)只是公式的簡(jiǎn)單變換（參見(jiàn)附錄3）。因此，在定律的講解和公式的推導(dǎo)中傳遞物理思維是可行且有效的。4.2在日常的解題中引導(dǎo)“引導(dǎo)”是指促使學(xué)生有意識(shí)探索理解并應(yīng)用物理思維。在本文3.3中解題方式的多元正是“運(yùn)用物理思維”的直接結(jié)果。如果一味灌輸，學(xué)生是無(wú)法深切體會(huì)到物理思維的益處與其中的智慧的。欲使物理思維“學(xué)到”“用到”并“得到”需在日常中時(shí)刻表現(xiàn)。潛移默化的改變是必要的。附錄2中等效與轉(zhuǎn)化思維的運(yùn)用，從實(shí)際上講同樣是比較困難的。如果沒(méi)有在日常中時(shí)刻體現(xiàn)，學(xué)生對(duì)物理思維的熟練與敏感程度不夠，學(xué)生在考場(chǎng)上能運(yùn)用物理思維使其真正有效的可能性是極微的。因此，在日常的解題中引導(dǎo)是使學(xué)生能在物理思維的教學(xué)中受益所應(yīng)采取的方式。4.3在與學(xué)生的交談中表現(xiàn)教師群體與學(xué)生的交談并非指課上的教授，而是指課下的交流。在新型師生關(guān)系下“朋友”之間，這一類交流變得更多。教師對(duì)學(xué)生有了新的影響途徑，與之相適應(yīng)的教師也應(yīng)在與學(xué)生的交談中表現(xiàn)出物理思維。這一方式有利于使學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理思維的重要性，愿意學(xué)，樂(lè)意學(xué)。同時(shí)，教師也在這一過(guò)程中起到了模范作用。學(xué)生可以通過(guò)教師的言行無(wú)形中了解到物理思維的正確表現(xiàn)形式。教學(xué)不再止于課堂，是物理思維教學(xué)的重要補(bǔ)充。綜上所述，物理思維在物理教學(xué)中有著重要意義。物理思維的教學(xué)需本著激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和潛移默化的改變的思想，才能使學(xué)生真正學(xué)到得到并用到物理思維。物理思維的意義也是在這一過(guò)程中得以體現(xiàn)。附錄1：高中階段有效值的計(jì)算是以熱效應(yīng)方面的等效計(jì)算的附錄2：設(shè)線圈匝數(shù)比為