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182 第 24 卷 第 5 期 零陵学院学报 Vol 24 No 5 2003 年 9 月 Journal of Lingling University Sep 2003 培养中学生物理思维的深刻性 灵活性和批判性 甘昭平 薛 昱 江华一中 湖南江华 4 2 5 5 0 0 零陵学院物理系 湖南永州 4 2 5 0 0 6 摘 要 物理教育就是教学生物理思维 发展学生的思维 是中学物理教学的第一要务 培养物理思维能力的有效途 径是训练物理思维品质 本文主要结合初中物理教与学的实践 就培养学生物理思维的深刻性 灵活性和批判性方面谈了些 体验 关键词 物理思维 培养 深刻性 灵活性 批判性 中图分类号 G 6 3 3 7 文献标识码 D 文章编号 1 6 7 1 9 6 9 7 2 0 0 3 0 5 0 1 8 2 0 4 英国教育学家爱德华 德波诺认为 教育就是教人思维 1 所以物理教育就是教学生物理思维 即物理教育工作 者以自己思维的火花去引燃学生物理思维之火 激发他们去思考 去研究 去寻求解决物理问题的最佳方案 物理思 维是一门科学 教物理思维是一门艺术 物理教师是塑造物理思维的工程师和艺术家 赞科夫说得好 教会学生思考 这对学生来说 是一生中最有价值的本钱 俄罗斯 美国等国都把 发展学生 的思维 列为基础物理教学的第一要务 2 美国中小学还开设专门课程 思维技能课 思维能力是学生一把终生受用 的金钥匙 物理思维的培养也就成了中学物理教学改革的核心问题 在物理教学中培养学生思维能力的有效途径是有 意识地训练物理思维品质 教育心理学家的研究表明 思维是人类的本能 是与生俱有的 而物理思维是具有物理意识的人脑对客观物理事 物间接的 概括的和能动的反映 物理思维可分为抽象 逻辑 思维 形象思维和直觉 灵感 思维 其思维材料分 别是物理概念 物理表象和物理知识组块 物理思维品质是物理思维能力强弱的反映 主要指标有物理思维的深刻性 灵活性 批判性 独创性和敏捷性 心理学家认为 人的一生思维发展的速度是不平衡的 是先快后慢 所以 我们要特别重视青少年阶段的思维训 练 通常 初中生处在从具体形象思维为主向抽象思维为主过渡的阶段 高中生则已开始进入抽象逻辑思维为主的阶 段 3 中学生物理思维品质的培养依赖于中学物理教育 需要责任意识和思维素质强的中学物理教师 初中生正处于 物理思维的起跑线上 本文主要结合初中物理教与学的实践 仅就培养物理思维品质方面谈些体验 一 细心观察 勤疑多思 周密分析 揭露本质 深入理解物理概念和规律 强化知识的内在联系 培养中学生 物理思维的深刻性 思维的深刻性也叫抽象逻辑性 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 4 物理教 学中要使学生形成概念 掌握规律 一般过程可分为感知 理解 运用三个阶段 其中 理解 属物理抽象思维阶段 是形成概念 掌握规律的关键和根本 物理概念是反映物理现象和过程本质属性的一种抽象 是人脑对物理感性材料进行科学抽象的产物 这里讲的 科 学抽象 就是用分析与综合 抽象与概括 归纳与演绎 比较与分类 科学推理等抽象思维方法对物理感性材料进行 去粗取精 去伪存真 由此及彼 由表及里 的整理加工 摒弃非本质的东西 把握其本质属性 即物理概念的内 涵 这个过程的完成必须经过大脑的 多思 才能实现认识上质的 飞跃 例如 要使中学生形成 惯性 的概念 其关键在于要认识 一切物体都具有保持匀速运动状态 这一本质属性 不少物理教师对惯性和惯性定律 不是用 教师讲 学生听 而是诱导学生主动举实例 做实验 开展讨论和辩论 收稿日期 2 0 0 3 0 5 2 6 作者简介 甘昭平 1 9 6 5 湖南江华人 教师 薛 昱 1 9 4 0 湖南蓝山人 副教授 研究物理教育 教学论 183 分析推理 综合归纳得出结论 教学过程体现以教师为指导 学生为主体的师生双边活动 使学生抛弃 力使物体运 动 的错误观点 强化易被掩盖的 反映事物本质的 物体不受力也能运动 的弱刺激 引导学生动脑悟懂 惯性和 惯性定律 在此基础上 学生就会运用所学知识逻辑解答有关问题 如 一艘轮船匀速直线航行时 坐在船舱中的乘 客竖直上抛一小球 问此球下落后会落在船中初始抛出位置吗 对该问题回答当然是肯定的 争论也是正常的 有问 题争论才能使理解深入 正确解释此物理现象的关键是要抓住 上抛后的球具有保持与船相同的匀速运动状态的惯性 正因如此 在匀速直线行驶的船上乘客向船尾跳并不向船头跳得远 当然 物理概念的形成和规律的掌握是有层次性的 初中层次要求从感性认识到理性认识达到初步理解 高中层 次要求再 经过具体与抽象反复统一才可达到加深理解 物理抽象思维是物理思维的核心 思维的深刻性是思维品质的基础 对中学物理的教和学影响最大 物理教师要 适时点拨学生思维 促使其茅塞顿开 唱响培养思维能力的主旋律 要 授人以渔 帮助和指导学生强化知识的内在 联系 多角度全方位地分析问题 扩张中学生物理思维的广度和深度 拓宽思维空间 使他们 山不转水转 能较顺 利地走出思维困境 例如 一个物体重15牛顿 放在水平地面上 一个人用12牛顿的力提它 求此物受的合力 部分学生看了此题 后便不假思索地回答 F合 3牛 方向向下 殊不知正确答案是 F合 0牛 错误的原因是学生物理意识不强 思维 深刻性差 不明确物体受三力处于静平衡状态 分析时漏掉了题中隐含的支承力 弹力 教师应精心启迪学生全盘考 虑 逐一分析 画出力图 尤其是对地面支承力的动态剖析是该题的关键点 要设想提力由0逐增到15牛时 支承力 则由15牛渐减为0牛 重力始终不变 物体恒处于静止状态 二 克服思维惰性 学会 随机应变 合理地转化或变更问题 形成 多角度思考问题 的动态思维习惯 培 养中学生物理思维的灵活性 物理思维的灵活性是指物理思维活动的灵活程度 思维的结果具有多样性 灵活性 和合理性 思维定势是人们在思维活动中所倾向的特定的思维模式 它有正负双面影响 积极的思维定势对形成概念 理解 规律有 轻车熟路 之用 消极的思维定势会使学习中出现知识和方法的负迁移 以致钻入牛角阻塞思路 学生在学 物理之前 已接触了大量的物理现象 头脑中 先入为主 形成了不少肤浅的甚至是错误的观念 妨碍了正确概念的 建立 在开始学物理之后 不少学生对一些概念和规律认识片面 常凭主观臆想对待问题 不懂物理思维规律 思绪 滞呆 学物理感到很困难 有的甚至丧失学习信心 物理教师应加强实验观察和推理论证方面的教学训练 教给学生 一些灵活的思维方法 导向他们沿正确轨道思维 使大家能领略到 柳暗花明又一村 的科学风光 例如 在寒冷的冬天用手摸金属单杠觉得比摸木制双杠冷得多 而事实上单双杠在大气中经过长时间的热平衡 温度高低应该是相同的 只因金属与木头两者导热系数不同 造成了人对同一温度的错觉 诱引学生知道 人们常凭 感觉判断温度的高低是不可靠的 准确测量温度须用仪器度量 为更好地开发学生的物理思维资源 思维灵活性的训练还常体现于一题多变 一题多问 一题多思 一题多用 一题多值 一题有两个以上答案 一题多解和多题一解等的 变式 教学之中 有这样 一道浮力题 5 装铁块的烧杯漂浮在水槽的水面上 将铁块取出投入水中后 水面的高度将如何变 本题 若按思维定势推理分析 铁块投入水中排开了水 将使槽中的水面升高 其实 这是错误的答案 在研究物体漂浮 液面升降情况时经常用整体法讨论受力 视杯和铁为整体 开始漂浮于水面有 F浮 G总 铁加入水中后还受槽底的支持力 从而 整体的F浮 G总 N F浮 即V排 V排故水面下降 此题也可用假设法 极端法等其它多种方法求解 上题可多解还能多变 多思 若把上题中的铁分别改为 木块 水 盐水 酒精时 结果又会怎么样呢 我们仍用整体法统一求解 可分别求出 正确答案为 槽中水面高度不变 水面下降 水面上升 酒精虽类似木 块呈漂浮态 但不象木块一样保持一团 有部分露出水面 酒精与水 盐水亦 不同 在水中不能保持一团悬浮或沉底 这种一题多解 一题多思的变式训练对培养物理思维的灵活性是卓有成效 的 图 1 由 7 个电阻连成的电路 A B R1 2 0 0 R2 1 0 0 R3 1 R4 1 0 0 0 R5 3 0 0 R6 1 0 R7 1 0 0 184 使中学生加深理解物理知识 活跃思维 我们还可以分别根据教材中的例题和教材后的习题 演绎出新的习题 也可由教材中的插图编制习题 苏霍姆林斯基说 教会学生把应用题 画 出来 其用意就在于保证由具体思维向抽象思维过渡 物理思维灵 活性的一大障碍是不重视物理图景分析 不善于分析物理过程 这里的物理图景指研究对象是什么 理想模型 它处 于什么状态 其变化是什么理想过程 状态变化有什么特点 遵循什么规律 等 建立物理图景 画出示意图 用图 再造想象帮助思维对解物理题有事半功倍的效果 按题意作好图 既能克服暂时记忆的障碍 防止大脑重复思维 又 可使视觉参与思维 将示意图变成思维的载体 学物理需要物理思维 思维活动必须借助想象 想象是思维的翅膀 26岁就创立了狭义相对论的爱因斯坦说过 想象力比知识更重要 因为知识是有限的 而想象力概括着世界上的一 切 推动着进步 并且是知识进化的源泉 想象是经过头脑加工形成的 具有科学概念支持的正确表象 现在我们看一道简约型习题在合理转化问题 培养物理思维品质中的显著作用 如图1所示的电路 求RAB 6 用传统解题法 原电路按串并联关系 依电阻公式代入数据经繁杂计算可得RAB 109 58 若根据简化思想 两 个数值悬殊的电阻 串联后的总阻值接近大的分阻值 两个阻值悬殊的电阻 并联后的总阻值接近于小的分阻值 可 对原电路作大手笔简化得R6与R7的串联电路 故能很灵活简捷地求出RAB 110 与前法比 后法的相对误差很小 仅为0 38 可知简约计算值相当精确 误差完全是允许的 三 改换思维 科学质疑 分辨是非 排除干扰 警示反思 求异创新 培养中学生物理思维的批判性 思维批判性是指思维中严格估计思维材料和检查思维过程 独立分析和批判的程度 物理学史是一部在不断批判中发展起来的科学史 是一部辩证唯物主义对形而上学 唯心主义的批判史 如伽利 略对亚里士多德的落体 抛体运动学说的批判 若无人大胆对亚里士多德 力是运动的原因 提出科学质问 也就没 有后来的牛顿运动定律 又如 爱因斯坦对牛顿力学提出质疑 认为 洛伦兹等人埋头钻研动体电动力学遇到重重困 难 是由于以牛顿时空观为依据 假若爱因斯坦缺乏这种大无畏的物理思维的批判精神 也就不可能提出他的相对论 原理和光速不变原理 阐明相对论的时空观 建立狭义相对论 其实物理学的任何一次大突破 无一不是物理学家们 运用思维的批判武器和惊人的探索毅力所取得的 在中学物理教和学的实践中 我们发现不少学生物理思维批判性不强 主要表现在学物理时 不能在杂乱的物理 情景中排除各种无用信息的干扰 在热学学习中 有些学生分不清楚下面几句话中 热 字各表示什么意思 A 电烙铁通电以后 很快就热起来 了 B 热机的应用是很广泛的 C 热和功具有等效性 D 热 与日常生活 工农业生产有着密切关系 7 究其原因是 由于温度 内能 热量和热现象几个基本概念都与 热 字有关 容易混淆 相关而不相同的概念彼此 产生干扰 常言道 思维活跃于疑路的交叉点 心理学研究也证明 思维永远是从问题开始的 教学中教师要鼓励学生敢 于提问 勇于设想并发表见解 重视改进选择题和是非题的教学 启动学生克服心理和思维障碍 解选择题时不光要 能找出正确答案 还应能迅速找准解法 说清理由剖析错误 养成良好的物理思维的批判性 物理思维批判性品质差也表现在不能从已知的物理情景中排除与问题无关的多余条件或因素 及时有效地紧扣有 关的材料 例如 将八个30 的电阻按图2连接 求总阻值RAC 用电压分析此题 由电路对称性知B D为 等势点 R7 R8无电流通过 故可以排除不影响结果的R7 R8的干扰 用等效 变换的解题方法将该题化繁为简 化难为易 因原电路中等电势点 B D可用导线直接相连而不会改变原电路中的电阻 则可画出本 题的等效电路图 经分析知原始思维材料中的R7 R8乃多余的条 件 由简化的等效图可顺利求出RAC 20 杨振宁说 数学与物理是同命相连的 它们的生命线交接在 一起 对物理学来讲 数学不光是计算工具 更重要的是语言工 具 是抽象思维 逻辑推理工具 物理公式是某一物理规律或过程 图 2 含 8 个 3 0 电阻的电路 R1 R7 R2 R3 R4 R5 R8 R6 B A C D 185 在数学上的抽象 然而有些学生在学习中 不理解或不重视物理对数学的制约 忘记物理因果关系 随意使用数学 导致数学信息的干扰 明显影响了物理思维的批判性 这些学生在学欧姆定律RUI 时 不明确 因为 U R是 因 I是果 所以I U不能说成U I 也不理解 因为一段导体R是定值 所以不能说R I 1或R U 物理教师应不断改进教法 提高教学艺术 激发学生的学习动机和兴趣 确立远大理 想和顽强意志 具备高尚品 德 排除非智力因素和前科学概念的干扰 并适时有效地导引学生学习和运用物理知识 教授物理思维方法 为打开 中学生物理思维的那扇窗创设最佳教学情境 尽力使中学生逐渐养成以批判的 警示反思的头脑阅读物理资料 思索 物理问题 不以平时的生活经验代替科学结论 不将生活中的观念混淆物理概念 培养物理思维的批判性对提高思维能力特别是发展创造思维是至关重要的 求异 是思维批判性强化训练活动中 的有效形式之一 教师要激励学生在常规基础上冲破原有的思维框架进行多渠道引申探想 思维的求异是创造思维的 前奏 如把三个电阻R1 13 R2 65 R3 130 并联 求总电阻R 有的学生不受常规思维 1 R 1 R1 1 R2 1 R3 的束缚 灵巧转移方位等效求索 将R1视为十个R3并联 R2看成由两个R3并联 则可迅捷求出由十三个R3并成的 总电阻R 10 这种改换思维 另辟蹊径 求异创新的独特开放的观念即发散思维 不仅是培养中学生物理思维品质 所需要的 也是培养新世纪各类科技人才所必需的 提高民族素质 开发人力资源的主要途径 就是要在学校教育 教学中发展思维能力 开发思维资源 8 发展 学生的思维 是当今世界教育发展的共同趋势 也是教育面向现代化 面向世界 面向未来的重要任务 要培养学生 良好的物理思维品质 物理教师如能在学生 心求通而未得 口欲言而未能 之际 适时启发 其效果就像春风化 雨 生化万物那样 必然会是很好的 何谓启发呢 启 是 开其意 指打开学生的思路 发 是 达其辞 指提 示学生如何通畅语言表达 9 启发物理思维是中学物理教学艺术的核心 也是培养中学生物理思维能力的关键之所在 参考文献 1 英 德波诺 思维的训练 M 三联书店出版 1987 2 曹磊 谭树杰 各国物理教学改革剖析 M 上海教育出版社 1996 3 许国梁主编 束炳如等改编 中学物理教学法 二版 M 高等教育出版社 1996 4 田世昆 胡卫平 物理思维论 M 广西教育出版社 1999 5 郭晓光 初中物理竞赛专题讲座 M 知识出版社 1999 6 乔际平 刘甲珉 物理创造思维能力的培养 M 首都师大出版社 1998 7 阎金铎 中学物理教材教法 三版 M 北京师大出版社 1998 8 朱龙祥 物