物理規(guī)律教學(xué)中思維能力的培養(yǎng)

1、    物理規(guī)律教學(xué)中思維能力的培養(yǎng)日期: 2008-5-14 0:15:53瀏覽: 107來源: 學(xué)海網(wǎng)收集整理作者: 鳳翔縣石家營中學(xué) 張曉霞【 摘 要】：在物理規(guī)律教學(xué)中可以通過以下途徑培養(yǎng)學(xué)生的思維能力：讓學(xué)生獲得足夠的感性認(rèn)識、掌握恰當(dāng)?shù)乃季S方法、排除思維障礙和提高理解應(yīng)用能力?！娟P(guān)鍵字】：物理規(guī)律；思維能力；學(xué)生物理規(guī)律(包括定律、定理、原理、法則、公式等)反映了物理現(xiàn)象、物理過程在一定條件下必然發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律，反映了物質(zhì)運(yùn)動變化的各個因素之間的本質(zhì)聯(lián)系，揭示了物理事物本質(zhì)屬性之間的內(nèi)在聯(lián)系，是物理學(xué)科結(jié)構(gòu)的核心。物理規(guī)律的教學(xué)既是物

2、理知識教學(xué)的核心內(nèi)容，同時也是物理思維能力培養(yǎng)的重要途徑。本文介紹物理規(guī)律的教學(xué)過程中思維能力的培養(yǎng)。一、獲得足夠的感性認(rèn)識物理規(guī)律具有三個顯著特點(diǎn)：第一，物理規(guī)律是觀察、實(shí)驗(yàn)、思維相結(jié)合的產(chǎn)物；第二，物理規(guī)律反映了有關(guān)物理概念之間的必然聯(lián)系。任何物理規(guī)律，都是由一些概念組成的，通過語言邏輯或數(shù)學(xué)邏輯表達(dá)概念之間的聯(lián)系和關(guān)系；第三，任何物理規(guī)律具有近似性和局限性。反映物理現(xiàn)象和物理過程的發(fā)生、發(fā)展和變化的物理規(guī)律，只能在一定的精度范圍內(nèi)足夠真實(shí)但又是近似地反映客觀世界。物理規(guī)律不僅具有近似性，而且由于物理規(guī)律總是在一定范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)的，或在一定的條件下推理得到的，并在有限領(lǐng)域內(nèi)檢驗(yàn)的，所以，物理規(guī)

3、律還具有局限性。也就是說，物理規(guī)律總有它的適用范圍和成立條件。由此可見，作為近似反映物理對象、物理現(xiàn)象、物理過程在一定條件下發(fā)生、發(fā)展和變化規(guī)律的物理規(guī)律的建立，離不開觀察實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)推理，也離不開物理思維，是三者相結(jié)合的產(chǎn)物。豐富的感性認(rèn)識是建立物理規(guī)律的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)物理規(guī)律是對已有的物理規(guī)律的一個有組織的學(xué)習(xí)過程，它雖不像物理史上建立物理規(guī)律那樣曲折漫長，但也是極其復(fù)雜的，需要在一定的背景知識指導(dǎo)下，對感性認(rèn)識進(jìn)行思維加工。獲得足夠的感性認(rèn)識是學(xué)習(xí)物理規(guī)律的基礎(chǔ)，也是在物理規(guī)律教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生思維能力的基礎(chǔ)。在物理教學(xué)中，教師要指導(dǎo)學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)，分析學(xué)生生活中熟知的典型事例，或從對學(xué)生已有知

4、識的邏輯展開中提出問題，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，創(chuàng)造便于探索規(guī)律的良好的環(huán)境，提供探索物理規(guī)律所必須的感性材料，提供進(jìn)一步思考問題的線索和依據(jù)，為研究物理規(guī)律提供必要的感性認(rèn)識。 二、掌握建立規(guī)律的思維方法在獲得足夠的感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上，教師要指導(dǎo)學(xué)生探索物理規(guī)律，根據(jù)建立物理規(guī)律的思維過程和學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)耐緩?，對感性材料進(jìn)行思維加工，認(rèn)識研究對象、現(xiàn)象之間的本質(zhì)的、必然的聯(lián)系，概括出物理規(guī)律。這是在物理規(guī)律教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生思維能力的關(guān)鍵。 中學(xué)生在建立物理規(guī)律時，常用的思維方法有四種：第一，實(shí)驗(yàn)歸納。實(shí)驗(yàn)歸納即直接從觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果中分析、歸納、概括而總結(jié)出物理規(guī)律的方法。具體的做法有：第一，由對

5、日常生活經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象的分析歸納得出結(jié)論。如掌握蒸發(fā)快慢的條件、電磁感應(yīng)定律等；第二，由大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)歸納和必要的數(shù)學(xué)處理得出結(jié)論。如掌握力矩的平衡條件、胡克定律、光的反射定律、氣體的實(shí)驗(yàn)定律等；第三，先從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或?qū)κ吕姆治鲋械贸龆ㄐ越Y(jié)論，再進(jìn)一步通過實(shí)驗(yàn)尋求嚴(yán)格的定量關(guān)系，得出定量的結(jié)論，如掌握液體內(nèi)部的壓強(qiáng)、牛頓第三定律、光的折射定律等；第四，在通過實(shí)驗(yàn)研究幾個量的關(guān)系時，先分別固定某些量，研究其中兩個量的關(guān)系；然后加以綜合，得出幾個量的關(guān)系。如掌握歐姆定律、牛頓第二定律、焦耳定律等等；第五，限于條件，無法直接做實(shí)驗(yàn)時，可通過分析前人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，歸納出結(jié)論。例如掌握光電效應(yīng)公式。第

6、二，理論分析。理論分析就是利用已有的物理概念和物理規(guī)律，通過物理思維或數(shù)學(xué)推理，得出新的物理規(guī)律的方法。常見的有理論歸納和理論演繹兩種。理論歸納就是利用已有的物理概念和物理規(guī)律，經(jīng)歸納推理，得出更普遍的物理規(guī)律的思維方法。例如，能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的學(xué)習(xí)和掌握，就可利用理論歸納的方法。能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是在科學(xué)各分支學(xué)科長期發(fā)展的基礎(chǔ)上，經(jīng)許多人系統(tǒng)的研究和總結(jié)后，于19世紀(jì)中期形成的自然界的一條基本規(guī)律。學(xué)習(xí)和掌握這一規(guī)律不可能由某一實(shí)驗(yàn)歸納來完成，可以根據(jù)科學(xué)史上建立這一規(guī)律的過程，對有關(guān)規(guī)律進(jìn)行歸納而得到。19世紀(jì)中期以前，在力學(xué)方面，建立了動能、勢能、機(jī)械能等概念和機(jī)械能守恒定律：在熱學(xué)

7、方面，人們建立了熱量的概念，并廣泛研究了熱與機(jī)械功的相互轉(zhuǎn)化問題，得到熱力學(xué)第一定律；在電學(xué)方面，英國物理學(xué)家焦耳對電流熱效應(yīng) 進(jìn)行了定量的研究，建立了焦耳定律；化學(xué)反應(yīng)中建立了能量守恒。學(xué)生可以對所學(xué)的這些實(shí)驗(yàn)規(guī)律進(jìn)行歸納總結(jié)，從而掌握能的轉(zhuǎn)化和守恒定律；理論演繹就是利用較一般的物理規(guī)律，經(jīng)演繹推理，推導(dǎo)出特殊的物理規(guī)律的思維方法。例如，在學(xué)習(xí)了能的轉(zhuǎn)化和守恒定律后，可以推斷出判定感應(yīng)電流方向的規(guī)律楞次定律。又如，學(xué)習(xí)理想氣體實(shí)驗(yàn)定律，既可用實(shí)驗(yàn)歸納法，也可以用理論演繹法，從理想氣體狀態(tài)方程演繹出玻意耳定律、蓋•呂薩克定律和查理定律。若將實(shí)驗(yàn)歸納和理論演繹結(jié)合起來，有助于

8、理想氣體實(shí)驗(yàn)定律的理解。第三，類比。類比是根據(jù)兩個(或兩類)對象在某些屬性上相似而推出它們在另一屬性上也可能相似的一種推理形式。其具體過程是：通過對兩個不同的對象進(jìn)行比較，找出它們的相似點(diǎn)，然后以此為依據(jù)，把其中某一對象的有關(guān)知識或結(jié)論推移到另一對象中去。類比方法在物理學(xué)中獲得了廣泛的運(yùn)用。首先，類比是提出物理假說的重要途徑；其次，在物理學(xué)研究中廣泛運(yùn)用著的模型化方法，實(shí)質(zhì)上包含著類比方法的應(yīng)用。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理規(guī)律時，可以遵循建立物理規(guī)律的程序和原則，通過類比的思維方法，加深對物理規(guī)律的理解，同時提高思維能力。第四，臻美。所謂臻美的方法，就是在研究物理問題的過程中，按照美學(xué)規(guī)律，對尚不完美的東

9、西進(jìn)行加工、修改以致重組的思維方法。 美是在審美主體與審美客體統(tǒng)一的審美活動中，能滿足主體需要的并合乎客觀規(guī)律的可感形象。物理學(xué)中蘊(yùn)含著美的本質(zhì)，本質(zhì)要通過形式來反映。雖然物理的研究范圍極為廣泛，物理規(guī)律極為復(fù)雜，但物理家們普遍認(rèn)為，物理學(xué)中蘊(yùn)含的形式美主要有：“對稱、簡潔、和諧、多樣統(tǒng)一”。 利用臻美的思維方法，通過對美的追求提出假說，然后利用實(shí)驗(yàn)直接或間接驗(yàn)證，從而建立物理規(guī)律，是物理規(guī)律建立 的一種重要的方法。學(xué)生在學(xué)習(xí)某些物理規(guī)律時，要掌握這一思維方法。當(dāng)然，在帶領(lǐng)學(xué)生探索和研究具體的物理規(guī)律時，不一定要按照歷史上建立物理規(guī)律的過程來進(jìn)行，教師可以根據(jù)教學(xué)要求、學(xué)生的年齡特征、知識基礎(chǔ)

10、、能力水平、學(xué)校情況、教學(xué)內(nèi)容、自身特點(diǎn)等來確定用什么方法。三、排除學(xué)習(xí)規(guī)律的思維障礙與學(xué)習(xí)物理概念一樣，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理規(guī)律時，也存在著思維障礙，大體上有如下幾種。在物理規(guī)律教學(xué)中，要排除這些思維障礙。第一，感性認(rèn)識不足。物理規(guī)律是觀察、實(shí)驗(yàn)和思維相結(jié)合的產(chǎn)物，通過觀察實(shí)驗(yàn)獲得的對自然界物質(zhì)的存在、構(gòu)成、運(yùn)動及其轉(zhuǎn)化的感受性認(rèn)識，不僅是物理思維的材料、建立規(guī)律的條件，而且也是用來檢驗(yàn)各種物理理論真?zhèn)问欠堑臉?biāo)準(zhǔn)，是理解物理規(guī)律的基礎(chǔ)。如果沒有足夠的、能夠把有關(guān)的現(xiàn)象及其之間的聯(lián)系鮮明地展示出來的實(shí)驗(yàn)或?qū)W生日常生活中所熟悉的、曾經(jīng)親身感受過的事例作為基礎(chǔ)，學(xué)生就很難理解物理規(guī)律的來龍去脈、基本含義

11、、適用條件等，從而影響對物理規(guī)律的掌握和運(yùn)用，造成學(xué)習(xí)物理規(guī)律的思維障礙。第二，相關(guān)知識干擾。物理規(guī)律反應(yīng)了自然界物質(zhì)運(yùn)動變化的各個因素之間的本質(zhì)聯(lián)系，揭示了客觀事物本質(zhì)屬性之間內(nèi)在的聯(lián)系。學(xué)生形成物理概念和掌握物理規(guī)律之間存在著不可分割的辯證的聯(lián)系。一方面，形成物理概念是掌握物理規(guī)律的基礎(chǔ)，概念不清就無法掌握物理規(guī)律；另一方面，掌握物理規(guī)律可以使我們從運(yùn)動變化中，從研究對象和現(xiàn)象的聯(lián)系中去進(jìn)一步更深入地理解物理概念。由于概念不清而影響物理規(guī)律的掌握是學(xué)習(xí)物理規(guī)律時相關(guān)知識干擾的表現(xiàn)之一。學(xué)習(xí)物理規(guī)律時相關(guān)知識干擾的表現(xiàn)之二是前物理觀念的干擾。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理規(guī)律之前，從日常生活中已積累了一定的

12、生活經(jīng)驗(yàn)，對一些問題形成了某些觀念，稱為前物理觀念(國外的研究一般將前物理觀念與前物理概念一起，統(tǒng)稱為前物理概念。這里我們?yōu)榱苏f明對概念和對規(guī)律的不同影響，分別進(jìn)行討論)。在這些觀念中，有的雖比較正確，但往往有一定的表面性和片面性；另外，學(xué)生在生活中還形成了某些錯誤的觀念。這些“先入為主”的、錯誤的前物理觀念，對學(xué)生正確地理解物理規(guī)律往往起著嚴(yán)重的干擾作用。例如，學(xué)生在運(yùn)動和力的關(guān)系上，往往認(rèn)為力是物體運(yùn)動的原因，物體受力才能運(yùn)動，不受外力的物體是根本不能運(yùn)動的；對物體的下落問題，常常認(rèn)為重物比輕物下落快；對于摩擦力的方向，往往認(rèn)為摩擦力方向總是與物體的運(yùn)動方向相反；對物體在液體中所受浮力的問

13、題，往往認(rèn)為只有浮在液面上的物體才能受到浮力等等。從某種意義上來講，學(xué)習(xí)物理規(guī)律就是用反映客觀事物發(fā)生、發(fā)展、變化規(guī)律的物理觀念轉(zhuǎn)換頭腦中的錯誤的前物理觀念，如果這種轉(zhuǎn)換的過程未完成，錯誤的前物理觀念未消除，勢必造成學(xué)習(xí)物理規(guī)律的思維障礙。 學(xué)習(xí)物理規(guī)律時相關(guān)知識干擾的表現(xiàn)之三是數(shù)學(xué)對學(xué)習(xí)物理的干擾。不少學(xué)生往往用純數(shù)學(xué)的觀念理解物理規(guī)律，思考和處理物理問題，而忽視了它們的本質(zhì)，結(jié)果從純數(shù)學(xué)推導(dǎo)中引出錯誤的結(jié)論，造成對物理規(guī)律的錯誤理解。例如，歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為I=UR及，學(xué)生常常將其變形為只R=UI，并從純數(shù)學(xué)的角度考慮，由此得出導(dǎo)體的電阻與加在它兩端的電壓成正比，與通過它的電流成反比等

14、一類錯誤的理解。第三，負(fù)遷移和思維定勢的消極影響。遷移是一種學(xué)習(xí)對另外一種學(xué)習(xí)的影響。它有時是指先前的學(xué)習(xí)對后繼學(xué)習(xí)的影響(順向遷移)，但有時后繼學(xué)習(xí)也會影響先前的學(xué)習(xí)(逆向遷移)。無論是順向遷移還是逆向遷移所產(chǎn)生的影響都有正負(fù)之分。凡是一種學(xué)習(xí)對另一種學(xué)習(xí)的影響是積極的、起促進(jìn)作用的，就稱為正遷移；反之，則稱為負(fù)遷移。在中學(xué)生學(xué)習(xí)物理規(guī)律時，負(fù)遷移會影響規(guī)律的理解和應(yīng)用在學(xué)習(xí)物理規(guī)律時，積極的思維定勢是指人們把自己頭腦中已有的思維模式和方法恰當(dāng)?shù)赜糜趯W(xué)習(xí)新的物理規(guī)律，解決新的實(shí)際問題。消極的思維定勢是指人們把頭腦中已有的、習(xí)慣了的思維方式不恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用到學(xué)習(xí)新的物理規(guī)律中去，不善于變換思考問題

15、的角度，不善于改變思考問題的方法。積極的思維定勢有利于學(xué)生在原有知識的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)和理解新的物理規(guī)律，但消極的思維定勢卻干擾著學(xué)生對新的物理規(guī)律的理解和掌握，限制著學(xué)生思維靈活性的發(fā)展。第四，不懂得研究和應(yīng)用物理規(guī)律的思路和方法。在建立規(guī)律的每一階段，都需要思維參與。由于各個物理規(guī)律所面臨的問題不同，所處的各種條件不同，就其建立而言，或來自，實(shí)驗(yàn)歸納，或來自理論歸納，或基于理論演繹，或通過類比、臻美等提出假說，然后經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等等，可謂千姿百態(tài)，決非單一模式所能概括。因此，在學(xué)習(xí)物理規(guī)律時，如果不了解建立物理規(guī)律的思維方法和思維過程，只被動地接受，就不可能從中吸取有益的營養(yǎng)，真正掌握物理規(guī)律，以致

16、在理解和運(yùn)用物理規(guī)律時出現(xiàn)各種問題，產(chǎn)生種種錯誤。學(xué)生在應(yīng)用物理規(guī)律解決實(shí)際問題時，常常束手無策、無從手。這種情況的出現(xiàn)，除知識不足、思維能力不強(qiáng)、思維定勢的消極影響、不能排除多余信息的干擾、不能挖掘與問題有關(guān)的隱蔽條件等原因外，最主要的是不了解和沒掌握運(yùn)用物理規(guī)律去分析、處理、解決實(shí)際問題的思路和方法。四、理解應(yīng)用，形成結(jié)構(gòu)首先，使學(xué)生理解物理規(guī)律的真正含義、適用條件和范圍。物理規(guī)律一般可以用文字表述，即用一段話把某一規(guī)律的內(nèi)容表達(dá)出來。對于物理規(guī)律的文字表述，要在學(xué)生對有關(guān)現(xiàn)象和過程深入研究，并對它的本質(zhì)有相當(dāng)認(rèn)識的基礎(chǔ)上，認(rèn)真加以分析，特別要分析關(guān)鍵的字、詞，使學(xué)生真正理解它的含義。切不

17、可在學(xué)生毫無認(rèn)識或認(rèn)識不足的情況下“搬出來”，不加分析地“灌”給學(xué)生，使學(xué)生死記硬背。這樣，離開了認(rèn)識的基礎(chǔ)，顛倒了認(rèn)識的順序，學(xué)生不懂物理規(guī)律的真正含義，背得再熟也不能真正理解和靈活運(yùn)用。物理規(guī)律有時也可用數(shù)學(xué)，(公式或圖象)；表示。只有引入了數(shù)學(xué)，才能使自然物理成為定量的、精密的物理。對于物理 規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，要使學(xué)生在了解建立過程的基礎(chǔ)上，明確其真正含義，而不能從純數(shù)學(xué)的角度加以理解，否則，就可能導(dǎo)致錯誤的結(jié)論。每一個物理規(guī)律都是在一定條件下反映某個現(xiàn)象或過程變化規(guī)律的，故有一定的成立條件和適用范圍。只有使學(xué)生明確規(guī)律的成立條件和適用范圍，才能正確地運(yùn)用規(guī)律來研究和解決實(shí)際問題。否則，

18、就會出現(xiàn)亂用規(guī)律的現(xiàn)象，導(dǎo)致錯誤的結(jié)論。其次，使學(xué)生形成物理規(guī)律的結(jié)構(gòu)。每一物理規(guī)律與某些物理概念和其他物理規(guī)律之間存在著相互聯(lián)系的、不可分割的關(guān)系。教學(xué)中要使學(xué)生搞清這種聯(lián)系和關(guān)系，形成物理規(guī)律的結(jié)構(gòu)(這一結(jié)構(gòu)應(yīng)包括物理概念)，從而在整體上把握物理規(guī)律。 第三，加強(qiáng)應(yīng)用物理規(guī)律解決實(shí)際問題的訓(xùn)練和指導(dǎo)。學(xué)習(xí)物理規(guī)律的目的就在于能夠運(yùn)用物理規(guī)律解決實(shí)際問題，同時，通過運(yùn)用，還能檢驗(yàn)學(xué)生對物理規(guī)律的掌握情況，加深對物理規(guī)律的理解。在規(guī)律教學(xué)中，教師要選擇恰當(dāng)?shù)奈锢韱栴}，有計(jì)劃、有目標(biāo)、由簡到繁、循序漸進(jìn)、反復(fù)多次地進(jìn)行訓(xùn)練，使學(xué)生逐步掌握應(yīng)用物理規(guī)律解決實(shí)際問題的思維過程、思維策略和思維方法，從而發(fā)展學(xué)生分析問題解決問題的能力、思維能力、應(yīng)用數(shù)學(xué)解決物理問題的能力等。最后要指出，由于物理規(guī)律的復(fù)雜性，必須注意規(guī)律教學(xué)的階段性，物理規(guī)律的