物理思维论概要.doc

物理思维论概要第一章物理思维及其品质智力是人的大脑功能的表现，是人的先天生理素质和后天环境相互作用的产物。物理智力活动主要包括观察、记忆、思维、注意四个基本因素，其中，思维处于核心地位。思维是具有意识的人脑对客观事物间接的、概括的和能动的反映。它以感知为基础而又超越感知，是认识过程的高级阶段。通过思维，达到对客观事物的本质属性、内部规律以及事物间的联系和相互关系的认识。（只有相同才能有所继承，只有变异事物才能发展。“相似”不等于“相同”，“求同”不排斥“求异”）物理学是研究物质运动最一般的规律，物质的基本结构及物质间的相互作用的一门科学。要在头脑中形成对整个物理世界本质的、完整的、深刻的反映，就要对观察过的物理现象、物理事实、物理过程等在大脑中形成清晰的物理图景，并反复加工、合理改造、去粗取精，把感性认识上升为理性认识，此即物理思维。可将物理思维分为三种（这种分法不是绝对的）：一是物理抽象思维，即以物理概念为思维材料而进行的思维，它的基本形式是概念、判断、推理；二是物理形象思维，即以物理表象为思维材料而进行的思维，它的基本形式是表象、直感和想像；三是物理直觉思维，即以物理概念和表象结合而成的、具有整体功能的知识组块为思维材料而进行的思维，它不借助于逻辑推理而综合运用已有知识、表象和经验直觉，以高度省略、简化、浓缩的方式洞察物理问题的实质并迅速作出猜测、设想或突然领悟的思维，它的基本形式是直觉和灵感。抽象思维是物理思维的核心，形象思维是物理思维的先导，具体的物理思维中往往同时存在着两种思维，它们相互作用，相互补充。（物理学是一门定量的精密科学，它以基本概念为基石、以基本原理为核心、以基本方法为纽带，构成了物理学的学科结构）思维的品质主要包括思维的深刻性、灵活性、批判性、独创性和敏捷性五个方面。思维的深刻性反映思维的抽象程度和逻辑水平，以及思维活动的广度、深度和难度；思维的灵活性指能够根据客观情况的变化而变化，能够从不同的角度、不同的方面去思考问题；思维的批判性是指思维中严格估计思维材料和检查思维过程，善于独立思考，不受暗示干扰，善于发现问题，提出质疑；思维的独创性即思维的创造性，它表现为善于独立思考，善于创造性地发现问题和解决问题。独创性品质有三个特点：独特性、新颖性、发散性；思维的敏捷性，是指思维过程的速度或迅速程度。思维的深刻性是一切思维品质的基础。思维的深刻性对学习物理的影响最大，灵活性次之，敏捷性较小。训练思维的品质时，要注意三个问题：（1）使学生充分感知物理现象，学会忽略次要因素、抓住主要因素，透过现象看本质；理解物理概念和物理规律的来龙去脉，掌握物理概念和物理规律的内涵和外延；学会用辩证的眼光看问题（全面地而不是片面地、本质地而不是表面地、发展地而不是静止地、客观地而不是主观地看问题。）（学生在学习物理之前，头脑中并非是一张白纸，而已从日常生活中积累了不少与物理有关的感性经验，形成一幅被前科学概念和经验所占领了的，以强烈的感情色彩描绘的物理世界图画。其中有些经验中形成的观念和前科学概念是错误的或片面的，从而干扰物理学习的正常进行，干扰学生对物理概念和物理规律的正确理解。前科学概念的干扰是很顽固的）附1：爱因斯坦说：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许仅是一个数学上的或实验上的技能而已，而提出问题、新的可能性、从新的角度去看旧的问题，却需要创造性的想像力，而且标志着科学的真正进步。”附2：物理学理论应当具有对称、和谐、简洁、多样统一等形式美，对美的追求是提出物理问题的又一种思维方法。爱因斯坦认为，“把人们引向科学的强烈愿望是人们总想以最适当的方式来画出一幅简化的和易领悟的世界图像”，“渴望看到这种先定的和谐，是无穷的毅力和耐心的源泉”，“十分有力地吸住我的特殊目标，是物理学领域中的逻辑的统一性”，“我们在寻求一个能把观察到的事实联结在一起的思想体系，它将具有最大可能的简单性，我们所谓的简单性，并不是指学生在精通这种体系时产生的困难最小，而是指这种体系所包含的彼此独立的假设和公理最少，因为这些逻辑上彼此独立的公理的内容，正是那种尚未理解的东西的残余。”，“逻辑上简单的东西，当然不一定就是物理上真实的东西。但是，物理上真实的东西一定是逻辑上简单的东西。”附3：所谓物理理论，就是由物理概念、物理规律按照科学的逻辑所构成的系统化了的知识体系，是在一定的条件下和一定的范围内对物理现象、物理过程的本质及其规律的高度概括。（2）在习题教学中（3）系统化物理知识（包括物理习题）一、物理抽象思维凡是以物理概念为思维材料，以物理判断和物理推理的形式来反映客观物理事物的运动规律，达到对物理事物的本质特征和内在联系的认识过程叫做物理抽象思维。1、物理抽象思维的特点物理抽象思维具有抽象性和概括性。将物理事物的体质属性或特征与非本质属性或特征区分开来，从而舍弃非本质属性或特征，抽出本质属性或特征，此即物理思维的抽象性；所谓概括，就是在抽象的基础上，把所有反映物理事物本质的属性结合为一个整体，形成关于物理事物的整体的和一般的认识，进而把这种一般的认识推广到同类事物，把握同类事物的共同性和一般性。抽象思维以概念、判断、推理的形式，所以具有逻辑性。物理事物的本质规律，有些隐藏在现象背后，人的感官不能直接感知，只有通过其它，借助已有的知识和经验，去认识那些没有直接感知或根本无法直接感知的事物，因此抽象思维具有间接性。抽象思维往往是沿着一个方向，一步一步地推得结论，因此可称为是线型的，一维的。2、物理抽象思维的过程从宏观上看，物理抽象思维的过程可概括为感性具体思维抽象思维具体。（1）从感性具体到思维抽象通过感性认识，形成对物理事物的外部联系和外部特征的整体表象，此即感性具体，从感性具体到思维抽象的逻辑进程就是从感性材料上升到理性中的的抽象规定的过程，是形成物理概念、建立物理规律、提出物理假说、形成物理理论的过程，从而实现认识上的第一次飞跃。在些过程中，物理抽象思维活动主要表现为如下特征：分析与综合、比较与分类、抽象和概括、系统化。（2）从思维抽象到思维具体从思维抽象到思维具体，主要是一个具体化的过程，所谓具体化，就是人脑把经过抽象、概括后的一般特征和规律同某一具体东西联系起来的过程，从而解决实际的物理问题，实现认识上的第二次飞跃。3、物理抽象思维的形式概念、判断、推理4、抽象思维在物理学中的作用（1）抽象思维是提出物理问题、形成物理概念、建立物理规律的重要途径；（不唯一）（2）抽象思维是系统物理知识、推理论证和解答物理问题的基本的和重要的思维方式。（不唯一）抽象思维在物理学中有很重要的作用，但也有局限性。利用抽象思维只能发现、理解、领悟与原有知识具有一定逻辑关系的知识，而不能创造出与原有知识没有逻辑关系的新知识。5、物理抽象思维的培养（1）建立合理的教学内容的逻辑结构首先，在课堂教学中应按照提出问题分析问题解决问题的逻辑主线展开，做到提出问题以激发学习兴趣和吸引学生的注意力，分析疑问以启发学生积极思考，正确推理以培养学生思维的逻辑性和严密性，得出简练结论以锻炼学生的抽象和概括能力并便于学生记忆；其次，在教学过程中，要不断进行总结（包括内容与习题等方面），系统化物理知识，形成知识结构，这样不仅可以使学生搞清各部分知识之间的逻辑关系，明确各知识点在知识结构中所处的地位、各个概述及规律之间的联系与区别，而且还可以培养学生归纳、概括能力。（2）教给学生物理抽象思维的方法物理学中抽象思维的方法主要包括分析与综合、抽象与概括、归纳与演绎、比较与分类、科学的推理等。物理学的研究对象和研究过程，大都是理想模型和理想过程，在教学过程中，要说明引入理想模型和理想过程的必要性、可能性和合理性，教给学生如何将实际问题转化为物理问题，如何简化物理对象和过程，从而培养学生研究和处理问题的理想化的思维方法。在概念教学中，要使学生搞清物理概念的来龙去脉，即明确建立物理概念的事实依据，引导学生在感性材料的基础上运用分析、综合、比较、抽象、概括等方法得出物理概念，同时应使学生了解物理概念的外延及与有关物理概念的区别和联系。在规律教学中，要使学生在把握新旧知识的相互联系和建立物理规律的事实依据的基础上，搞清建立物理规律的思维方法和思维过程。在习题教学中，循因导果、执果循因、一题多用、一题多解、一题多变，多层次、多角度、多方法、多方位，用不同的思维方式进行因果分析，有助于培养学生的抽象思维和发散思维能力，使学生对物理问题的分析更全面、更深刻。系统化附：物理学中存在许多对立的东西，如动与静、内与外、常与变、曲与直、有限与无限、精确与近似、数与形、一般与特殊、量变与质变等。这些对立的事物双方，既相互排斥、相互斗争，又相互依存、相互贯穿。在教学过程中，要尽可能给学生分析它们的辩证关系，从而培养学生的辩证思维能力，使学生的思维更加深刻。二、物理形象思维1、物理形象思维的特点形象思维以直观、具体、生动的表象（可分为具象和概象）为思维材料，因此具有形象性；物理形象思维的过程是感觉知觉具象概象意象的过程，意象是主体按照一定的客观规律对概象有目的、有意识的分割、整理、重新组合，从而形成渗透了新内容的、具有创造性的加工处理结果，因此，形象思维不象抽象思维那样一步一步推下去，可以没有直接的因果关系，可以从不同角度、不同方向和不同渠道进行思维，所以，它比抽象思维更灵活，具有二维性；物理形象思维的材料、结果和过程常常是动态的，因此，物理形象思维具有动态性；物理形象思维的基本形式是表象、直感和想象，想像是人脑对已有表象进行加工、改造，产生新形象的过程，因此形象思维具有创造性。创造性是物理形象思维的基本特征。附：爱因斯坦说：“想像力比知识更重要，因为知识是有限的，而想像力概括世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉，严格地说，想像力是科学研究中的实在因素。”量子论之父马克斯普朗克说：“对新观点的一种活跃的直觉想像力，这些新观点不是演绎得出的，而是通过艺术家一般的创造性想像得出的。”2、形象思维的过程感觉知觉具象概象意象3、形象思维的基本形式形象思维的基本形式是表象、直感和想像。附：物理状态和物理过程可分别看作是客观物理现象的照片和录像片。4、形象思维在物理学中的作用形象思维是提出物理假说的重要途径，形象思维为学习物理提供形象支持，有助于学生构想理想化模型、有助于形成物理概念、有助于理解物理规律、便于对物理问题构想物理图景并进行整体把握和定性分析；形象思维常常能唤起直觉、诱发灵感。应当指出，虽然形象思维在物理学中有很重要的作用，但也有局限性。形象思维只有与抽象思维相结合，才能充分其作用，另外，利用形象思维得出的结论不可靠性较大，其正确性有待于通过理论分析和实验来验证和核实。附：在物理学中，直觉和灵感绝不是无根据的猜测，它的产生必须以表象的积累为前提，并能充分发挥诸表象的相互作用的想像，是运用形象思维进行分析的结果。5、物理形象思维能力的培养（1）帮助学生形成正确的物理形象在教学中，要充分利用实验、实物、模型、挂图以及录像、投影、计算机等多种形式，将物理形象根植于学生的大脑中，使学生具有足够多的表象，才能使视觉参与思维。（2）培养学生运用物理形象进行思维的习惯在概念和规律教学中，可以采用这样的教学模式：第一，使学生充分感知物理现象，获得丰富的感性认识，形成正确、鲜明的物理形象（在前面也谈过）；第二，对原始的各种各样的感性材料、物理形象进行加工、改造、重组，通过分析、对比、归纳、想像等一系列思维操作，概括形成反映事物本质特征的理性形象；第三，舍弃形象材料，抽象出物理概念或物理规律。在习题教学中，应遵循以下程序：第一，让学生根据问题情景形成正确清晰的物理图景，建立物理模型；第二，启发学生依据对象、过程、条件，正确选取物理定律、公式，建立数学模型；第三，指导学生推演得出结论。附1：一般来讲，物理解题经历两个阶段，在第一阶段，主要是调用存贮在右半脑的形象材料，进行形象思维，作整体和定性的分析，在第二阶段，主要是调用左半脑的抽象材料，进行抽象思维。附2：物理教学中存在着重结论轻过程，重抽象思维培养轻形象思维的倾向。（3）培养和发展学生的想像力在物理教学中培养和发展学生的想像力，不仅是学好物理的一个必要条件，而且是培养学生形象思维能力的一个重要方面。若学生头脑中表象储备过少，将无法展开想像，具备了足够多的表象，还需要训练想像能力。首先，把思维具体化、形象化，使被研究的物理现象及其过程在脑海中形成物理图景、物理模型，构想出理想化的物理形象，这样能激发学生的想像力；其次，强调类比的作用，用类比的方法来理解抽象的问题；第三，发展学生的空间想像能力，在教学过程中有意识地减少练习中的原始图形，改用纯文字叙述，要求学生在文字叙述的基础上画出图形，以增强学生空间想像的自觉性，锻炼空间想像能力；第四，鼓励学生联想，唤起与问题有关的许多表象，并与问题作对比，组构新和物理形象，提高想像的丰富性。物理表象按照内容来分可分为时空表象、理想化表象、图景表象和图形表象，对应地，物理想像也可分为四种：时空想像：包括明确物体系中各物体在某时刻的空间位置、空间位置随时间的变化、物体间位置之间的相互关系、场在空间的分布及其随时间变化的情况等；理想化想像：抓住最具本质特征的主要形象，舍弃次要形象，建立轮廓清晰、主题突出的新形象；图景想像：物理状态和物理过程可以分别看作是客观物理现象的照片和录像片，可称为物理图景。图景想像是想像的核心；图形想像：如画草图、示意图、坐标图等。三、物理直觉思维严格地说，直觉思维并不是与抽象思维和形象思维并列的一种独立的思维方式，而是抽象或形象思维活动发展到一定阶段的一种激烈的跳跃和升华。直觉思维既可以抽象思维的方式进行，也可以形象思维的方式进行，其思维材料是概念和表象结合而的知识组块。直觉和灵感是直觉思维的形式。所谓直觉，是指运用有