開(kāi)啟物理思維的智慧大門(mén)

1、開(kāi)啟物理思維的智慧大門(mén)河南省信陽(yáng)高中 張春麗內(nèi)容提要：“思維比知識(shí)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(wèn)題的一個(gè)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(lái)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(shuō): “思維比知識(shí)更重要!教育就是叫人去思維! ”。面對(duì)高中物理教學(xué)，則往往憂(yōu)喜參半。校園里流傳著三句話(huà)，第一句：“物理是對(duì)學(xué)生傷害最大的一門(mén)學(xué)科”；第二句：“當(dāng)初就是物理學(xué)不好才無(wú)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(gè)世界性的問(wèn)題，教師們常感到力不從心，學(xué)生們往往感到頭痛萬(wàn)分。僅舉幾個(gè)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(shì)能、電勢(shì)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、引力場(chǎng):磁通量等；再比如，光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，學(xué)生沒(méi)有較強(qiáng)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(wèn)題簡(jiǎn)單化，如質(zhì)點(diǎn)、理想氣體、純電阻等，而現(xiàn)實(shí)生活中這些理想化模型并不存在，遇到實(shí)際問(wèn)題時(shí)很難遷移應(yīng)用。痛3：能聽(tīng)懂、用不上無(wú)論老師講什么，似乎都能弄懂，可是一到自己解決問(wèn)題時(shí)，不是一籌莫展就是一做就錯(cuò)，什么

3、經(jīng)驗(yàn)和方法都用不上了。痛4：綜合強(qiáng)、難融合高中物理對(duì)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(wèn)題時(shí)，時(shí)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(shí)，時(shí)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(gè)純數(shù)學(xué)的問(wèn)題學(xué)生往往不覺(jué)得難，然而一旦用在物理情境中卻總難自然融合。痛5：耗時(shí)多、難入門(mén)有調(diào)查顯示，約有82.7%的學(xué)生在開(kāi)始時(shí)對(duì)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(jué)得物理太難興

4、趣也就減退了。教師體會(huì)到物理這門(mén)課程難教，往往是總感到學(xué)生對(duì)物理遲遲不能“入門(mén)”，即使是很用功的學(xué)生，到了高中快畢業(yè)了，分析問(wèn)題時(shí)仍然沒(méi)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(diǎn)就是能很快“入門(mén)”，“入門(mén)”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(shí)，他們有時(shí)可能顯得“懶”，但仔細(xì)觀(guān)察他們?cè)诜治雒總€(gè)復(fù)雜新穎的題目時(shí)往往推理性很強(qiáng)，思維很?chē)?yán)謹(jǐn)，思路也很清晰，可以說(shuō)他們是思維上的“勤快”者。由此可見(jiàn)，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(gè)共同認(rèn)識(shí)，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(shuō)“物理學(xué)的方法經(jīng)過(guò)幾個(gè)世紀(jì)的考驗(yàn)，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(shí)的能力也許在每個(gè)已問(wèn)津的領(lǐng)域中都有自己的專(zhuān)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(lái)，很多行業(yè)中搞物理的人也被認(rèn)做是最能克難攻堅(jiān)的人，其中的一個(gè)重要因素就是物理思維深刻地影響著一個(gè)人的思維智慧?？梢哉f(shuō)，培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，無(wú)論是眼前還是將來(lái)，無(wú)論他們將來(lái)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(diǎn)就是是否擅長(zhǎng)思維！這也是本文選題的重要原因。二、對(duì)物理

6、思維的有關(guān)認(rèn)識(shí)目前，國(guó)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(guó)外研究的影響，國(guó)內(nèi)也呈現(xiàn)出了一派欣欣向榮的景象，并且越來(lái)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(jī)以及整體的科學(xué)素養(yǎng)。1、我國(guó)物理教學(xué)大綱對(duì)培養(yǎng)物理思維的要求我國(guó)對(duì)學(xué)生思維能力培養(yǎng)的認(rèn)識(shí)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(shí)驗(yàn)技能；1963年的大綱又增加了培養(yǎng)思維能力；1978年的大綱對(duì)培養(yǎng)能力的提法比較完整，并在執(zhí)行過(guò)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(duì)物理思維的重視程度有

7、增無(wú)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(guò)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(jiàn)，物理思維能力的培養(yǎng)也是基礎(chǔ)教育改革的重點(diǎn)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(duì)客觀(guān)物理事物（包括物理對(duì)象、物理過(guò)程、物理現(xiàn)象、物理事實(shí)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(dòng)的反映。再通俗一點(diǎn)講，就是對(duì)觀(guān)察過(guò)的物理現(xiàn)象、物理事實(shí)、物理過(guò)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(shí)概括上升為理性認(rèn)識(shí)，這個(gè)過(guò)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(qiáng)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(gè)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(duì)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(jué)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(zhǎng)發(fā)展的過(guò)程中，逐步形成了一套獨(dú)特而又相對(duì)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(shí)，也深深地影響了其它學(xué)科、社會(huì)思潮以及社會(huì)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(lèi)、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(duì)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(lái)綜合設(shè)計(jì)、構(gòu)架并實(shí)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(qiáng)調(diào)培養(yǎng)物理思維是不行的，必須要有著實(shí)的依托即要有管用的武器才行，這個(gè)武器就是要滲透一些常見(jiàn)的思維方法。以下舉幾種思維方法的滲透。例1：滲透過(guò)程分析

10、法 分層次：一般說(shuō)來(lái)，復(fù)雜的物理過(guò)程都是由若干個(gè)簡(jiǎn)單的“子過(guò)程”構(gòu)成的。因此，分析物理過(guò)程的最基本方法，就是把復(fù)雜的問(wèn)題層次化，把它化解為多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的“子過(guò)程”來(lái)研究。我常常告訴我的學(xué)生“分析分析就是分開(kāi)來(lái)析，各個(gè)擊破”。 抓中間：階段的劃分有時(shí)并非易事，還必需探明物理過(guò)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(shí)可能是極短暫的過(guò)程）。事實(shí)上，中間狀態(tài)往往就是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，抓住了它，往往就抓住了解決問(wèn)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(gè)物理子過(guò)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(yíng)，在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评磉^(guò)程解決問(wèn)題。例2：滲透因果分析法 因果對(duì)應(yīng)：物理學(xué)中有許多物理

11、量是通過(guò)比值來(lái)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(méi)有因果聯(lián)系。因果互求：循因?qū)Ч瑘?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(shí)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)、物理方法甚至物理問(wèn)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?yàn)楦爬ɑ臇|西才可能更清晰、更系統(tǒng)，在以后不同的變式情景下

12、才可以一眼看穿本質(zhì)并迅速解決。例如，解決某一類(lèi)問(wèn)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(duì)策略。 例4：滲透類(lèi)比法 類(lèi)比是由一種物理現(xiàn)象想象到另一種物理現(xiàn)象，并對(duì)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(lèi)比、引力與庫(kù)侖力的類(lèi)比、衛(wèi)星系統(tǒng)與玻爾原子系統(tǒng)的類(lèi)比、重力功與電場(chǎng)力功的類(lèi)比等等。運(yùn)用類(lèi)比的方法常能起到點(diǎn)化疑難、靈感突發(fā)、開(kāi)拓思路的作用。例5：滲透假設(shè)推理法 尤其在面對(duì)一些棘手的問(wèn)題時(shí)，通過(guò)大膽假設(shè)，比如物理過(guò)程假設(shè)、物理?xiàng)l件假設(shè) 、臨界狀態(tài)假設(shè)、矢量方向假

13、設(shè)等等，往往能忽覺(jué)柳暗花明，突破思維方法上的局限性，使問(wèn)題化繁為簡(jiǎn)，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(diǎn)即要有抓手才行，這些抓手自然就是要針對(duì)思維品質(zhì)的各要素來(lái)進(jìn)行強(qiáng)力鍛造。這是個(gè)系統(tǒng)的工程，也是一個(gè)困難點(diǎn)。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(diǎn)，應(yīng)當(dāng)把對(duì)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(diǎn)和突破口，因?yàn)樯羁绦允瞧渌氐母?。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(duì)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

14、思維不斷縱深發(fā)展。其次，要培養(yǎng)學(xué)生在看書(shū)、做題等學(xué)習(xí)過(guò)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(huì)再輕易出現(xiàn)一些“想當(dāng)然”的錯(cuò)誤了。再次，培養(yǎng)學(xué)生開(kāi)發(fā)物理錯(cuò)題的習(xí)慣。剖析自己的理解以及分析過(guò)程中的細(xì)節(jié)，對(duì)所出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行特別的對(duì)比、歸因和概括，學(xué)生自己會(huì)發(fā)現(xiàn)許多問(wèn)題的要害和規(guī)律，這既是物理思維活動(dòng)的修正、批判，也是物理思維活動(dòng)的再深刻。例2：抓變式鍛造思維的靈活性    許多物理問(wèn)題的解決方法并不唯一，許多物理問(wèn)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(lái)激活學(xué)生

15、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”讓思維與方法具有系統(tǒng)的流暢性；“一題多問(wèn)”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(diǎn)、新題還舊點(diǎn)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(wèn)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(shí)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(shí)地培養(yǎng)學(xué)生能夠積極、迅速地展開(kāi)思維操作、調(diào)用所學(xué)的內(nèi)容、抓住問(wèn)題的關(guān)鍵，從而敏捷高效地解決問(wèn)題對(duì)培養(yǎng)思維的敏捷性至關(guān)重要。當(dāng)然，做到這一點(diǎn)的前提是學(xué)生無(wú)論在

16、知識(shí)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(shí)，一旦學(xué)生的敏捷性受阻，尤其是在一番番苦思冥想又告吹時(shí)，即將孕育的將是思維的批判性和創(chuàng)新性。因此，適時(shí)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(gè)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(gè)通道。多年的教學(xué)經(jīng)歷讓我深刻地體會(huì)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(yàn)”時(shí)，說(shuō)了句很樸素的話(huà)：“就那樣一點(diǎn)一點(diǎn)地推，推著推著就推出來(lái)了”。這里體現(xiàn)的就是一種暢通的物理思路。要想真

17、正解決學(xué)生的“入門(mén)”問(wèn)題，教師就必須走進(jìn)學(xué)生的整個(gè)思維過(guò)程，去放大、去解剖，去仔細(xì)診斷學(xué)生的思維在哪個(gè)環(huán)節(jié)卡殼或脫節(jié)了，這才是解決問(wèn)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(diǎn)就是抓住思維的起始點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)。選準(zhǔn)思維的“發(fā)生點(diǎn)”起步，在思維的“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”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(shí)會(huì)出現(xiàn)“卡殼”的現(xiàn)象，這就是思維的障礙點(diǎn)，此時(shí)應(yīng)適時(shí)地加以疏導(dǎo)、點(diǎn)撥，促使學(xué)生的思維轉(zhuǎn)折，并以此為契機(jī)促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展。在這一點(diǎn)上，我的體會(huì)是，當(dāng)教師真正拿出耐心、舍得花時(shí)間去聽(tīng)聽(tīng)學(xué)生講一講他是怎樣思考才做出題的，即使沒(méi)做出題但已經(jīng)想到了哪一步，細(xì)致地去跟蹤

18、診斷，學(xué)生的很多問(wèn)題就明顯暴露，有公式記錯(cuò)的，有想當(dāng)然根本不推的，有做題套題的，有考慮不周全的，有主觀(guān)臆造條件的，有缺乏把復(fù)雜過(guò)程分解成子過(guò)程習(xí)慣的，有研究對(duì)象相互干擾的、有缺乏耐心推了幾步就沒(méi)信心再推下去的等等，五花八門(mén)。走進(jìn)每個(gè)學(xué)生的思維過(guò)程，對(duì)癥下藥，教師的指導(dǎo)才真正會(huì)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(mén)”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(jī)制的一個(gè)鮮明特點(diǎn)，它要求學(xué)生能及時(shí)地更換自己的思維方向,轉(zhuǎn)換思維的方式,以更簡(jiǎn)捷、有效的方式進(jìn)行分析、綜合并解決問(wèn)題。研究方向的轉(zhuǎn)換、研究角度的轉(zhuǎn)換、研究對(duì)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(wèn)題形象化地表達(dá)出來(lái)，又能對(duì)形象的問(wèn)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(jué)思維，如此不斷的訓(xùn)練也同時(shí)優(yōu)化整合著學(xué)生的整體思維網(wǎng)絡(luò)。比如，研究對(duì)象選取時(shí)隔離法與整體法的交叉使用，研究過(guò)程選取時(shí)全程法與分段法的交相輝映，電路分析時(shí)整體法與局