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目 录引言11抽象与概括方法概述22抽象和概括在物理学中的作用32.1提炼物理模型32.2总结物理概念、定律43物理知识教学中抽象概括能力的培养53.1物理模型教学中抽象概括能力的培养53.2物理概念教学中抽象概括能力的培养53.3物理规律教学中抽象概括能力的培养63.4物理现象的本质揭示中抽象概括能力的培养74物理知识的运用中抽象概括能力的发展84.1物理建模与抽象概括能力的发展84.2物理情景的化归与抽象概括能力的发展95结语10参考文献11致谢12长江师范学院本科毕业论文中学物理教学与学生抽象概括能力的发展引言物理学的一个最主要的特征就是抽象与概括,在物理教学的过程中,尤其是在高中的物理教学中,无论是概念的形成和规律的理解以及模型的建立,都离不开抽象概括能力。所以,在物理教学中,教师的作用不仅仅是为了让学生掌握知识,更重要的是培养学生的思维能力。我们对研究的众多事物,舍弃这些事物表面上的、个别的和非本质的表面现象,抽出所研究事物内在的、普遍共有的和本质的属性,这种操作的过程和方式就是抽象法, 概括就是抽象的延生,即通过抽象把所有反应物理事物本质属性结合为一个整体,形成关于事物的一个整体和普遍的认识,进而把这种本质属性推广到与之具有相同本质属性的事物中去,由特殊推广到一般,掌握事物具有的相同性。物理抽象概括在物理学的建立和发展过程中发挥了重大作用本文主要阐述了物理抽象思维能力的内涵和外延,抽象概括能力在物理教学中的意义,物理教学中如何培养学生的抽闲概括能力及物理知识运用中抽象概括能力的发展。第 14 页 共 12 页1抽象与概括方法概述在中学物理教学中,无论是学习知识,还是应用知识都离不开抽象概括的方法,我们对物理现象、物理规律的本质及其规律的认识只有经过了抽象概括才能得到,运用抽象概括学习物理,才能是我们对事物的认识由感性认识上升到理性认识1。因此,在物理教学中我们应该重视对学生抽象概括能力的培养,这样才能使学生对物理的认识不再是那么的困难,才能更好地获得知识和方法。我们对研究的众多事物,舍弃这些事物表面上的、个别的和非本质的表面现象,抽出所研究事物内在的、普遍共有的和本质的属性,这种操作的过程和方式就是抽象法。物理学思维当中抽象概括是最为突出的一种,“物理抽象是通过对物理实验的观察,通过物理概念、物理判断和物理推理的形式,对已获得的物理事实进行加工处理而形成的对物理对象、物理现象、物理过程的本质和规律的认识2。抽象法在科学的研究上有着举足轻重的作用和重要的意义,其方法能够是我们准确的和更深一层的认识我们研究的对象,尤其是在物理这门自然科学的学科中,掌握抽象法对学生更好地掌握物理规律,物理概念等都有很大的帮助。科学抽象法在物理这种自然学科、以及社会学科中都是研究活动中不可缺少的方法。抽象法是分析法和演绎法发展的结果,是更常见、更高层的方法。概括就是抽象的延生,即通过抽象把所有反应物理事物本质属性结合为一个整体,形成关于事物的一个整体和普遍的认识,进而把这种本质属性推广到与之具有相同本质属性的事物中去,由特殊推广到一般,掌握事物具有的相同性。抽象和概括相互联系、统一的,不可分割,是物理抽象思维的一个重要特点,对物理现象的研究都要简化物理现象,这就离不开物理抽象概括能力。通过抽象概括建立理想化的模型、过程,进而得出物理规律。在中学物理教学中,无论是学习知识,还是应用知识都离不开抽象概括的方法,我们对物理现象、物理规律的本质及其规律的认识只有经过了抽象概括才能得到,运用抽象概括学习物理,才能是我们对事物的认识由感性认识上升到理性认识1。因此,在物理教学中我们应该重视对学生抽象概括能力的培养,这样才能使学生对物理的认识不再是那么的困难,才能更好地获得知识和方法。2抽象和概括在物理学中的作用 2.1提炼物理模型 物理模型的构建往往带来理论上的突破。在解答物理问题中物理模型的建构尤其重要, 很多问题的解答, 关键就在于模型的建构的成功与否。为了正确地分析和解答物理问题, 就要求我们建立相应的物理模型。物理模型的建构是抽象概括在物理学中得以体现的重要表现,物理学中基本规律和基本理论的建立都离不开抽象概括的运用。在物理学中,物理模型主要分三种 类型:“客体模型、条件模型和过程模型”。 客体模型即是通过对物体抽象概括、简化的来的物理模型。例如在研究力学中物体的运动时的质点模型。以及杠杆、单摆 等等,都是客体模型。条件模型就是将已知的物理条件模型化,抓住条件中的主要因素,舍去条件中的次要因素,为解决问题建立一个桥梁,把复杂的问题通过条件的限制简单化。例如,在研究两个物体之间的碰撞的时候,由于作用时间较短,如摩擦等诸多因素就可以忽略,或者碰撞的内力远大于外力的情况下,碰撞前后的动量保持不变。建立条件模型就是为了简化研究对象。物理学中常用的“光滑表面”就是条件模型。两个物体相互接触挤压时,当物体在另一物体的表面沿接触面的切线方向运动或有相对运动的趋势时,就会有摩擦力的产生。但是如果在我们研究的运动过程中,其他外力远大于摩擦力的情况下,摩擦力对运动的影响就很小,小到可以忽略,我们就可以近似的将表面看做“光滑”于是,在这样的条件下就得到了“光滑表面”这一条件模型。将一些复杂的物理过程经过分解、简化、抽象为简单的、易于理解的物理过程,即是我们所说的过程模型。例如,为了研究平抛物体的运动规律,我们运用所学的运动的合成与分解将其分为以下两个部分:第一,水平方向为初速度为的匀速直线运动,不受外力的作用;第二,竖直方向仅做加速度为的自由落体运动。通过把平抛运动过程化为两个方向上的简单的过程模型,简化了我们研究的过程。建立这样的模型还可以帮助学生对概念、规律的理解,有利于培养学生思维的灵活性。例如研究地面附近自由落体运动,下落的物体视为“质点”,从静止开始下落的过程中,由于重力远大于空气阻力等,所以近似认为物体只受重力的作用,从而得到质点下落的过程质点在这样理想化条件下就是“自由落体运动”。我们通过抽象出这个运动最本质的属性,忽略其他因素就建立起了条件模型解决问题。模型是对实际问题的抽象,每一个模型都是有一定的条件限制的,教学中运用模型解决问题时,要弄清模型的使用条件,一切都要回归到实际运用中去。比如一列火车的运行,能否看成质点,就要根据看成质点的条件,要看物体的质量和体积对研究的过程是否有影响。在研究火车过某一路牌所需时间时,火车的长度对火车运动时间有影响,所以不能看成质点;在研究火车从成都到南京所需的时间时,火车的长度远远小于成都到南京的距离,可忽略不记,因此火车就可以看成为质点。在物理学中,正是从实际物体、物理过程、条件中抽象和概括出这些物理模型,才是人们对事物的认识不再只是停留在感性认识上、停留在表面现象上,不断上升到理性认识,认识事物的本质。各种理想物理模型的建立,正是抽象概括能力在物理学中得以体现的重要标志。2 42.2总结物理概念、定律 物理概念、定律是物理学的理论基础,物理研究的对象和所涉及的问题千变万化,学生只有利用抽象概括能力才能学好物理,才能从事物当中得其本质,概括到同类现象中去。通过抽象和概括,物理概念一步一步的形成,使学生清楚的认识物理现象。通过对物理实验的抽象概括得出物理规律。学生想要理解总结出来的物理概念,就必须掌握抽象概括能力,发挥其在物理学中的作用。例如:力的概念是通过抽象和概括一类事物的共同本质属性形成的,如:马拉车,起重机提起货物、书压桌面等,我们对这两现象抽象出它的本质,然后的出他们的共同点都是一个物体对另一个物体产生了作用;即得出:力是物体对物体的作用的概念。又如牛顿第一定律则是在实验研究的基础上推到、概括、理想化的出来的规律。可见,物理教学中,物理概念和规律的得出都离不开抽象概括能力,都是在实验的基础上,经过抽象思维的加工的出来的。通过对事物的抽象概括,使学生对物理的认识从感性到理性的过度,更好地专注了事物的本质,使学生得到认识的升华。2 3物理知识教学中抽象概括能力的培养 3.1物理模型教学中抽象概括能力的培养物理模型一般都是理想模型,理想模型是在高度的抽象舍去客观因素下得到的,它对我们了解和把握现实原型的运行机制和规律却有着不可替代的作用。在科学研究中,大部分研究对象都是理想模型和理想系统,而抽象就是将研究对象理想化一个有力的思维工具。中学物理教学中,物理模型的建构是必不可少的,是运用抽象概括方法通过简化、纯化实际存在的事物的性质进行而得到的,物理模型强调事物某一特征,舍弃了对我们研究问题没有影响的因素。如物理的质点(另外点电荷、刚体、理想系统也如此),它是一个只有质量没有体积的点,通过抽象概括出指点的概念,这是探索规律的重要步骤,需要重视。物理模型建构的过程教师要注意自己的教学方法,使学生形成抽象概括的能力,学生是教学的主体,在物理模型建构中,应多启发学生自己动脑思考引导学生建构物理模型时的条件,抽象概括出这一模型的本质。例如杠杆模型:教师在教学当中就应该注重对学生的引导,给出几个实例,如跷跷板、杆秤、剪刀等;让学生自己出抽象出他们的共同特征、共同本质,然后自己总结得出杠杆模型。3.2物理概念教学中抽象概括能力的培养抽象概括是分析综合的延生,物理教学中很多的概念、定理都是通过抽象概括得出来的。物理概念在学生头脑中的形成都是建立在实际的事物当中的。物理概念的形成过程十分复杂。学生对概念的正确理解都是要从具体的实际出发,以实际的实例来说服学生,使学生结合现实生活中自己遇到的实例,自己看到的物理现象,通过思维的抽象加工,得出同一类事物的共同的本质,明确概念形成的实际依据,使之对有关的物理现象和过程不再拘泥在感性的认识,从而对研究的对象建立清晰的表象。让学生一步一步的认识事物的本质特征,从而上升到理性认识。中学物理教学中,概念的形成主要就是运用抽象概括的方法。其作用就是概括一类事物的共同本质属性或把被研究的物体的某一特征隔离出来加以研究。概念教学中要培养学生的抽象概括能力,否则让学生准确的理解概念将会是一个难点。以“力”的概念为例,力学当中力的概念十分重要,力这个名词最初指的是人的力气,是人体肌肉的紧张的感觉而产生的,后来人们认为只要和人的力气产生同样效果就是力。教师应该多举一些接近学生生活的实例,比如,汽车压桥面的作用,人推车的作用,起重机提货物的作用等等。通过抽象我们把“汽车、人、起重机、桥面、车、货物”都看做是物体,而“压、推、提”等具体的具体的方式看做“作用”从而通过抽象的方法对事物的本质得以认识,学生通过对质管现象的观察,然后探究他们的共同特征加以抽象概括,最后就得出力的概念:力是物体对物体的相互作用。通过对牛顿第三定律的学习,学生就更进一步的理解了“力的作用是相互的”。在学习完运动学后,也可以理解为:“只要能够使物体产生性便和加速度”就有力的存在。物理学科是高度抽象的学科,为了使学生能够深入的理解物理概念,教师就需要注意自己的教学方法,培养学生自主探究的能力,在学生百思不得其解的时候引导学生,一步一步深入,那么,学生对事物的认识就从感性认识上升到理性认识,物理概念教学中学生要清晰的从表象认识到事物的本质,脱离直观视觉的限制,提炼出同类事物的共同的本质特征,抽象概括能力就得到了培养。73.3物理规律教学中抽象概括能力的培养物理规律是物理知识中重要的组成部分,物理规律教学的成功与否,直接影响学生的学习效果,在规律的教学中,要引导学生遵循规律形成的过程,从实验现象去分析其本质,最后抽象概括出物理规律。物理界中很多的物理规律也是通过抽象概括总结出来的,我们总结物理规律的同时,抽象概括能力也得到了培养。例如动能定理是整个高中力学乃至整个高中物理中的一个重要的基本规律,通过对动能定理的学习,我们知道物体的外力做功与物体动能之间存在的联系。动能是一个状态量,学习了动能定理之后,如果需要求物体某个时刻的速度,我们就不再需要向在运用牛顿运动定律解运动学那样去研究一个过程。所以运用动能定理相比牛顿运动定律较之简单。在运用动能地理的时候我们的步骤就是确定研究对象通常是单个物体; 明确运动过程,可以是运动的某段过程,也可以是运动的整个过程; 分析受力情况及各力做功情况; 找准对应过程的始末动能; 依据动能定理列式求解。(1)先分析一些学生熟悉的例子,如:在自由落体时,物体只受重力的作用,重力对物体做正功,物体的动能增加:在上抛的过程中,也只有重力做功,但重力做负功,物体的动能一直在减小。在对上述实例分析的基础上抽象概括得出:力对物体做正功时,物体的动能增加,对物体做负功时,物体的动能减小。(2)那么,如果既有力做正功也有力做负功的时候,物体的动能有时如何变化的呢,通过对(1)的分析,加上运用牛顿运动定律的推导得出:外力对物体做的正功等于物体动能的增加量: ,力对物体做的负功等于物体动能的减少量:。以来表示时,综合可知:外力对物体所做功的代数和等于物体动能的改变量,即:。物理规律的教学中,教师和学生都应该注意不仅仅是掌握规律,更重要的是知道得出规律的方法。提高学生的观察、动手、动脑的能力,运用规律解决物理习题的的能力。所以规律的教学中,离不开物理实验的作用。规律的得出都离不开物理实验,教师通过演示实验,让学生自我总结物理规律,抽象概括能力就得到了培养。同时需要在大量的习题中去体现学生对物理规律的运用,培养抽象概括能力。3.4物理现象的本质揭示中抽象概括能力的培养 物理的本质就是揭示我们生活中的物理现象,而对物理现象的揭示又要求学生具有高度的抽象概括能力,自然界中的物理现象千变万化,只有通过抽象概括,才能把同一类事物的本质掌握。才能够对自然界中的物理规律和物理现象有所划分、认识。例如:楞次定律,通过实验探究来揭示物理现象的本质。已通过实验现象得出楞次定律为例。(1)、提出问题:在电磁感应的实验里,如何判断感应电流的方向? 闭合电路中,产生感应电流的条件是什么?(2)、实验装置:带有铁芯的原线圈(和电池开关串联成一个电路)和空心的副线圈,副线圈的直径略大于原线圈(副线圈和电流表串联成另一个电路)。(3)、实验过程:方案一:先接通电源,给原线圈通电,然后把原线圈插入副线圈中,停留一段时间后再取出来;在这个过程中,分别观察原线圈插入和取出时电流表的指针偏转的方向,如下图a、b所示方案二:先断开电源,让原线圈停留在副线圈中,然后记录接通电源和断开电源的时候与副线圈连接的电流表指针的偏转情况,得到感应电流的方向。如图a、b所示。 通过对上述两个方案的分析概括得出,方案一中在把通电的原线圈插入副线圈中和方案二中原线圈停留在副线圈中通电时,都能够得到图a所示的感应电流的方向;即感应电流的方向和原线圈中电流的方向相反,其作用就是阻碍原磁场的增强。方案一中把通电的原线圈取出副线圈时和方案二中原线圈停留在副线圈中断电时,都能得出图b所示的感应电流的方向:即感应电流的方向和原线圈中电流的方向相同,其作用就是阻碍原磁场的减弱。以上的实验得出:感应电流产生的本质作用就是要阻碍原磁场的变化,科学家就是通过这样的抽象概括,揭示了物理现象的本质,得出楞次定律。这样的抽象概括揭示物理现象的本质在物理学中的运用十分广泛。我们对物理现象本质的认识都是通过抽象概括认识事物的本质,对事物的认识从感性认识上升到理性认识。154物理知识的运用中抽象概括能力的发展4.1物理建模与抽象概括能力的发展(1)明确物理过程, 构建准确的物理模型例2 : 如图2 所示, 长L 的细线水平悬挂起质量为M 的试管,管内盛有醚, 管口用质量为m 的软木塞封闭, 加热试管, 一段时间后木塞沿水平方向飞出, 且试管恰能绕悬挂点在竖直平面内做一完整的圆周运动, 求木塞飞出事的速度是多大? 构建思路本题可分为两个过程:( 1) 软木塞与试管作用过程( 爆炸或碰撞) ;( 2) 试管( 质点模型)在竖直平面内做圆周运动。6可以看出,在构建过程模型中,必须明确物理过程,抽象物理现象看本质。模型建构本来就需要较高的抽象概括能力,通过这种习题的练习,抽象概括能力势必得到发展。 (2)紧扣关键词句, 构建物理模型例2 : 如图1 所示, 一足够长的绝缘直杆, 杆与水平方向夹角=30, 杆上套着一个质量m=12g, 电量q=0.15c的带电圆环, 环与杆间的动摩擦因数?=0.12 。整个装置置于磁感强度B=0.5T 的很大的匀强磁场中, ,求环在下滑过程中的最大加速度和最大速度各是多大? (g=9.8m/s, sin30=0.5, cos30=0.86)构建思路题目中求“最大速度”“最大加速度”、是提示物理模型的关键性词句。运用抽象概括建构出这样衣服直观的图像:下滑的过程中受到摩擦力的作用, 随着环的加速下滑, 环受的洛仑兹力增大,受杆的弹力减小, 从而摩擦力减少。当摩擦力为零时, 环的加速度最大。6此后, 弹力反向, 摩擦力又增大, 当摩擦力等于下滑力时, 加速度为零, 此时环的速度达到最大值, 并以此速度做匀速直线运动。6抓住关键词是现今物理习题中最重要也是比较难的一部分,通过抓住关键词,抽象概括出题目给出的物理情景,化难为易,把复杂的问题简单化。建构物理模型十分复杂,必须舍弃次要的、对研究问题影响不大的特征,提取主要的本质因素,因而需要学生具有较强的抽象概括能力。4.2物理情景的化归与抽象概括能力的发展学校教育中,学生是教学的主体部分,教师在教学中起主导作用,中学物理教学就是为了提高学生的认知能力,抽象概括能力。很多学生都会说物理比较抽象,因此学生理解和记忆的时候都遇到困难,那么教师应该在教学中运用抽象概括能力将抽象的东西形象化。也就是说教师要创设“物理情景”,帮助学生克服学习中的困难。怎样能够做到在教学中使得学生的抽象思维、形象思维得到发展。是教师教学中需要探索的问题。首先,教师在物理教学中应强调学生对物理实验的重视程度,利用实验创设物理情景,教师应该做好教材中的每一个物理实验,然学生通过实验观察把学生的抽象思维、形象思维和直观思维有机的集合起来。这些实验在学生大脑中留下直观的印象后,只要我们加以抽象概括,就可以创设有力的物理情景解决问题。其次,教师应该教会学生在分析问题中寻找物理情景。现今的物理试题中,都是联合生活实际,物理情景不是那么的直观,这种情况下,学生应该学会在习题中提炼习题的精髓部分,运用抽象概括抓住题目的主要条件,创设出一幅物理情景,把实际问题转化为所学过的物理知识,使学生感受到物理和生活是息息相关的,这样建立争取的物理情景从而提高学生的抽象概括能力,在物理教学中,我们应该帮助学生尽可能的将抽象的东西直观化,形象化,建立一幅幅物理情景,通过现象看到事物的本质,对学生理解解决问题都起到一个重大的效果,学生通过物理情景的创设,对物理概念、规律的掌握就更加透彻,思维能力得到了发展。在物理教学中,学生掌握了抽象概括能力,不仅是知识得到了传承,最主要的是学生分析解决问题的能力得到提升,思维上升到另一个高度。习题的解决就是最好的体现,在习题的讲解过程中,学生通过跟着老师的思路,得到了正确的答案,以及学生得到了解决问题的思维方法,学生会慢慢的建立起自信,在遇到同类问题的时候能够轻松的解决。总之,我认为,在物理教学中培养抽象概括能力要做到以下几点:第一,在物理教学中,树立正确的教学观念:“要以培养学生的思维能力为核心,全面提高学生的素质;”而不是简单的应试教育,第二,在抽象物理模型、形成物理概念 、以及建立物理规律的过程中,要把解决问题的思维方法教给学生。第三,有意识地训练学生的思维品质,是提高学生思维能力的突破口;第四,教会学生学习,将高效的学习方法和策略传授给学生,是培养学生物理思维能力的有效途径;第五,在物理思维能力的培养中,要符合学生的个人的身心发展,做到发展学生的个性和因材施教。5结语物理教学与抽象概括之间的关系密不可分,物理教学离不开抽象概括能力,而物理教学也是一门培养学生抽象概括能力的学科,为抽象概括能力的形成创造条件和提供了方法。中学物理教学中,教师不仅仅是为了教会学生物理知识,更重要的是教学生学习物理的方法,使学生的思维能力得到提高。物理抽象概括在其中的地位作用不言而喻。抽象概括能力在物理教学中的发展也会越来越得到体现,教学中重视抽象概括能力的培养,掌握抽象概括的方法,也是素质教育的要求。参考文献1吴华太,物理教学与抽象概括,物理教师,A,1999(20):8-92劳振花,浅谈物理学中的抽象和概括,科
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