认识物理思维

叮叮小文库对物理思想的认识和思考摘要 物理思想是人们在研究物质性质、相互作用和运动规律的自然科学反映在人的意识中经过思维活动而产生的世界观。为了更好地实现物理新课程标准提出的提高学生科学素养，促进学生全面发展的重任，从知识与技能，过程与方法，情感、态度与价值观三个方面来培养，强调学生螺旋式发展形成科学的物理思想，掌握实验手段和物理思维方法的灵魂。本文认为以物理思想统领高中物理教学，对于高中生学习物理具有重要的指导意义。关键词 物理思想螺旋式发展物理教学1对物理思想的认识1.1物理思想是人们在研究物质性质、相互作用和运动规律的自然科学反映在人的意识中经过思维活动而产生的世界观。是要通过对宇宙万物真实面目的不断探究揭示来指导人们对自然知识、社会知识、思维知识的概括和总结，形成合乎事物原理的世界观。是自始至终贯穿整个物理学的基本观点及处理和解决问题的观念和逻辑定式，甚至是看待问题的情感、态度。物理思想是对物理知识、方法、规律的一种理性本质的认识，是物理思维方法的灵魂，对物理的发生、发展具有普遍的指导意义。一般认为“思想方法”包含“思想”和“方法”两个层次的概念，较上位的是理念、哲学层次的，本文称其为“物理思想”，较下位的是方法、技巧层次的。物理思想与物理方法物理知识虽然密切相关，但它们之间有区别。物理知识是用物理思想、方法解决问题时所依据的材料和解决问题的结果。物理方法是指从物理的角度提出问题、解决问题的过程中所采用的各种方式、手段、途径等，是物理思想的基础，也是物理思想发展的前提，物理思想是一类物理方法本质特征的反映和灵魂，它须通过物理方法表现出来，在强调指导思想时候称为物理思想，在强调操作过程时称为物理方法。譬如守恒，在强调其价值时，我们认其为思想；在强调其应用时，我们认其为方法。物理思想是物理方法的提炼与简化，是“升级版”物理方法。前者是内隐的，后者是外显的。它们不是相互独立的而是合二为一的，应该是水乳交融，不存在脱离物理知识的物理思想，也不存在缺失物理思想的物理知识。事实上，物理知识和物理思想是同时呈现的，在教学中，如果把三维目标看做一个坐标系数，教师应该以物理思想为源点，来指导确定三维目标的具体内容。在学习中，学生螺旋式形成物理思想，完成三维目标不是象坐标轴相分离的过程，而更应该是象一个四面锥体一样，以三维目标为三个面，在上升过程渐近靠近统一成一个顶点形成物理思想，也是学习的终点。但当下，在应试教育观的影响下，重物理知识技能，轻物理思想方法的教学大行其道，物理思想的巨大价值被掩盖，教师教得费劲，学生学得迷茫。学生学习后，没有形成自已的物理思想，缺少思想的统领，脑子里只留下支离破碎的物理概念规律的名称，或公式及解题技巧，没有达到物理课程目标的要求。研究物理思想的渗透策略，成为当务之急。欲在教学中渗透物理思想，前提就是要厘清头绪，准确深刻地领会物理思想的含义。1.2思想、教育思想、学科思想与物理思想思想，客观存在反映在人的意识中经过思维活动而产生的结果，是人类一切行为的基础，人因思想而伟大，人因思想而崇高。只有思想才是永恒的，应该让每一个学生都能成为有思想的人。教育思想，教育思想是指人们对人类特有的教育活动现象的一种理解和认识，这种理解和认识常常以某种方式加以组织并表达出来，其主旨是对教育实践产生影响。2学科思想，学科思想是指由学科专家提出的对学科发展和学科学习最具影响力的那些观念、思想和见解，是“知识”背后的“知识”。学科思想指能够反映学科知识本质、学科思维特点和学科学习规律，对分支学科发展和学生学科综合素养发展起着决定性作用的那些基本观念和思想。物理思想，它是物理产生、发展过程中所必须依赖的那些思想，是学习过物理的人所具有的思维特征。每一个学科都有自己的学科思想，只有牵住了学科思想这根红线，才能掌握学科知识体系、明确学科课程目标，认识到其中的规律，再“教”知识或学知识，才能纲举目张。思想是总纲，以教育思想为基础，在学科思想中体现，具体在物理学科思想中实践。1.3不同时期物理思想亚里士多德物理思想：以物质运动及其与时间，空间，与周围物体的关系及物质本原为研究对象以形成一门独立的学科，重视近身事物的具体观察，强调思维逻辑的作用，首先引用数学方法来考察具体物理定律。伽利略物理思想：开创了以实验事实为根据并且具有严密逻辑体系的近代科学世界。他把科学实验方法首次引入物理学中。他运用数学知识首次提出了惯性原理，加速度等概念，他发现了摆的等时性，自由落体运动。他在人类历史上首次用自制望远镜观测天体，获得许多重要发现。他的发明和发现扩大，加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识。牛顿物理思想：牛顿的科学观是因果决定论的科学观。在牛顿力学中只要知道质点在初始时刻的位移和速度，根据牛顿定律就可以预言其后时刻的运动情况，这是典型的因果描写。牛顿采用因果性的解释在物理学的发展中是重要的一步。爱因斯坦指出：“在牛顿以前还没有实际的科学成果来支持那种认为物理因果关系有完整链条的信念。牛顿建立了物理因果性的完整体系，从而揭示了物理世界的深刻特征。”在决定论科学观的基础上，牛顿确立了他的物理框架，所谓物理框架就是对物理现象解释的一种标准。牛顿框架的核心是力和力所决定的因果性，认为找到了力的规律就是找到了对运动现象的解释。爱因斯坦物理思想：他坚持了一个自然科学家必然具有的自然科学唯物论的传统，吸收了斯宾诺莎等的唯理论思想以及休漠和马赫的经验论的批判精神，经过毕生对真理的追求和科学实践，形成了自己独特的科学思想和科学研究方法。坚信自然界的统一性和合理性，相信人的理性思维能力，求得对自然界的统一性和规律性的理解，是他生活的最高目标。统一性思想、简单性思想、相对性思想、对称性思想作为科学活动的指导思想始终贯穿和广泛应用于他的科学探索之中。 32以物理思想统领高中物理教学的思考2.1物理思想统领高中物理教学的必要性从物理思想的视角和高度来把握高中物理教学，站在物理思想的高度看问题，可能获得“由授人以鱼变授人以渔”的教学效果。物理思想是打开物理课程之门的“钥匙”。以物理思想统领物理教学，可以帮助师生从纷杂物理概念规律定理公式中跳出来，站在更高的、更系统的视角看待物理课程，以知识和技能为基础，研究真实、典型的科学过程，客观全面地理解物理课程的教育价值。强调在理解和掌握物理概念和规律的过程中，关注物理学家如何提出科学问题，他们在思考和解决物理问题过程中有哪些关键环节；关注在物理知识形成过程中，形成了哪些思想方法、研究规范，如何形成了知识系统；关注物理学在研究自然的过程中天成了什么思想，这些思想又是怎样发展并演进成为今天的物理思想。42.1.1高中物理学科体系设置的客观要求爱因斯坦指出：“在建立一个物理学理论时，基本观念起了最主要的作用。物理书上充满了复杂的数学公式，但是所有的物理学理论都是起源于思维与观念，而不是公式。”由此可见，物理思想观念在物理学理论形成和发展中发挥着重要的作用。5（爱因斯坦，英菲尔德.物理学的进化上海；上海科学技术出版社）高中物理体系性强，综合性大，注重实验与理论的结合。同时，高中物理学科十分注重学生综合思维能力的培养，注重学生对知识内在联系的把握，同时学生还必须具备良好的学科间知识学习综合能力。物理学的发展史告诉我们，在物理学发展过程中，每一次物理学思想上的“危机”都孕育着物理学上的一次重大的突破，而每一次重大的突破都会强烈地在当代乃至下一代的物理思想方法上留下不灭的印记。一个重要的物理学定律或定理的产生往往是一代人甚至是几代人的坚持不懈努力的结果。而在每一项成果的背后，总伴随着新的物理思想方法的产生，或用新的物理思想方法作为它的世界观的支撑点。物理思想方法是在物理学各个发展阶段中逐渐萌发出来并成长为这个阶段物理学最重要的，对促进和发展以后物理学认识有突出影响的物理学的主流思想方法，这些思想方法既体现在物理学家对他们研究领域和研究工作的思考、理解、认识以及创造性发展的过程中，也体现在与不同学派和不同观点的比较、切磋、争论以及逐渐为同行所认可的过程中。在一个时期占有突出主体地位的物理学思想和方法不仅给那个时期的物理学发展打上了深深的烙印，而且对以后物理理论的发展方向和速度产生着重大的影响，所以，物理学科特点决定了学生进行物理学习同时要有物理思想理论指导作用的必要性。2.1.2高中物理学习兴趣的保障在高中物理教学中普遍忽视了学科思想的教学：强调知识的教学，却又使学生的知识学习陷入庞杂、零散而缺乏整合；强调解题技巧的训练，却又使学生的技能学习停留于浅表、机械的水平而缺乏创造。而物理知识一般来讲是枯燥的，只有钻入其思想方法和物理哲学的境界，才能对其产生极大的兴趣。进入高中，如何才能保持对物理的兴趣，关键就是能否在“思想方法”和“物理哲学”层面上去学习物理。若不上升到这个层面上学习，物理的知识本身会给学生以“枯燥无味”的感觉，没有了色彩，没有了生气，进而也就没有了对物理的感情。而“思想方法”和“物理哲学”犹如调味剂，它能把学生带到快乐学习的境界之中。物理思想是学习物理知识的必要工具，特别是高中物理：用力学，也只能学的一般，用心学，才能学的优秀。所谓用力的学，可理解为单纯的、机械的学知识，那么用心的学，则是学思想方法、学物理哲学。思想方法、物理哲学是由于物理知识深刻性的引发，而升华到“方法”、“哲学”层面上的思想认识。在此层面上学习物理，回头看一些具体的物理知识层面的问题时，会有“居高临下”的感觉，能给物理规律以更深刻、更准确的理解，以致提高人看问题的敏锐性和正确性。物理学与哲学可以说是同系一个源头，很多哲学思想来源于物理学科内容，一些哲学思想的形成和发展，起始于物理规律的发现。就是思想方法的问题也是与物理知识交织在一起是分不开的，甚至二者没有明显的界限。爱因斯坦的相对论就是从哲学的角度来揭示物理规律的，是哲学思想向物理学延伸的最好例证。波粒二象性、量子理论、热力学第二定律等内容，与思想方法、物理哲学交融在一起。特别是高中物理里面有些知识体系本身是比较深奥和复杂的，对于高中学生，要求系统掌握是不现实的。向学生介绍这些知识时，更重要的是要向学生渗透这些知识之中的思想方法和物理哲学。2.2以物理思想统领高中物理教学的探究2.2.1高中物理思想的主要内容在高中物理教学中，应该渗透的物理思想有：一、等效思想。在力的合成与分解中，力的相互作用是等效的思想。等效电路、等效电源。二、数理思想（包括极限思想、微分思想）。在运动合成与分解中，化曲为直思想。三、守恒思想、转化、转移思想。在能量转化转移过程中，能的守恒，物理学发现的这个守恒定律，是自然界最基本的规律和最普遍的法则，支配着迄今我们知道的从石块的下落到原子核反应以至宇庙的演化等一切自然现象，为我们看待一切自然现象提供了统一的观点。每一种守恒定律，必然有其伴随的物理对称性。四、对称思想。在电磁场理论学习中，空间场的分布对称性。五、模型思想（物理模型、理想模型）。质点、点电荷模型的建立思想。2.2.2螺旋式发展过程策略，形成科学的物理思想布鲁纳提出“螺旋式教学”，就是采用与学生思维方式相符的教学形式，随着学段的提升，不断拓广和加深学科的内容，使之在课程中呈螺旋式上升态势的教学模式。“螺旋式上升”是高中物理课程的内在要求，以社会需求和学科发展为核心追求，通常是课程设计者的指导思想。设计者在课程设计和教科书编写过程中注意到了物理学科的螺旋式特征，他们重视学科基本概念和原理的连续性，通过“螺旋式”的课程和课程内容设置，为教师的“教”和学生的“学”创造条件。6高中物理知识学习要求学生能够在新知识和原有知识之间建立联系，掌握复杂概念、深层知识等系统理论。物理学知识体系螺旋式发展，物理教材初高中螺旋式按排，学生的物理思想、思维能力必须按螺旋式发展，因此教师在教学过程中应当引导学生对相关知识物理思想进行有效的联系和对比，需要构建螺旋式上升高中物理教学体系，“螺旋式发展”是学生思维发展的阶段性与理解水平的阶段性的综合反应，这样有助于学生形成科学的物理思想。只有通过螺旋式发展完善物理思想，才能在高中物理教学中绽放螺旋中心的花朵伴随学生终身的物理思想。在物理思想形成上遵循螺旋式发展理念，在高中物理教学开始以前，先全面考虑学生初中学习情况和高中阶段要求，进行高中教学整体规划，对学生的学习物理，形成物理思想实行阶段性目标管理。首先，初步掌握高中物理的学习方法及思维特点，进入物理思想螺旋式上升的第一快速上升期。这阶段对学生的目标要求是从初中物理的学习过渡到高中物理的学习，包括初步熟悉进而掌握高中物理的学习方法、思维方式，形成初步的物理思想。教师全面了解学生的知识结构和思维能力水平，物理思想状态，在教学过程中，设置合适的阶梯，让学生逐步体会初高中物理在知识要求、学习方法和思维特点方面的异同，并慢慢掌握之，逐步形成物理思想雏形。初中物理教学以观察、实验为基础，教材内容多是简单的物理现象和结论，对物理概念和规律的定义与解释简单粗略，研究问题大多是单一的对象，单一的过程、静态的简单问题，易于学生接受，高中物理教学则采用观察实验、抽象思维和数学方法相结合，对物理现象进行模型抽象和数学化描述，要求通过抽象概括、想象假说、逻辑推理来揭示物理现象的本质和变化规律，研究解决的往往是涉及对象多个状态、多个过程、动态的复杂问题，学生接受难度大。对思维能力要求高，要有更高的全面完善的物理思想的指导。其次，熟练掌握了高中物理的学习方法及思维特点，形成比较成熟学生自己的物理思想。牢固建立理想物理模型的思维方式，能用控制变量法进行分析，能应用数学知识解决物理问题，能理解物理规律、公式的意义和应用条件。以上目标总体要求宏观表现为学生能适应高中物理的学习环境，从螺旋的快速上升期过渡到螺旋的平衡发展期，初步形成学生自已的物理思想。接着，实现高中物理的学习方法及思维特点的物理思想的再次转型上升，进入第二个物理思想螺旋的上升期，到高二阶段，充分利用电磁场、守恒定律等物理知识学习形成学生物理思想的第二次转型升级，以期达到能力的再次大幅上升，全面发展学生自己的物理思想。在电磁学的学习过程中，要将学生带入“场”的想象中，进入微观世界的思维方式，要注意培养学生的想象能力和应用数学知识解决物理问题的能力，让学生提升空间思维能力。在这个过程中，我们要特别注重“最近发展区”的理念，从场的对称性和力学的等效思想分析入手，帮助学生逐步掌握场和微观世界的物理思想，实现物理思想的转换。通过力的平衡、机械能守恒和能量守恒等内容学习，形成多角度分析问题的意识和能力，形成既考虑部分又考虑整体的物理思想，实现物理思想的再次飞跃。体会牛顿经典物理简单和谐完美的思想。通过原子物理的学习，活跃学生的思想，初步实现从经典物理的思想向量子化思想的转变，体会爱因斯坦的物理思想。最后，高三总复习阶段，是全面实现高中物理学习方法和物理思想完善的阶段，是高中阶段的最后一个螺旋，也是升幅最大的一个螺旋，为进入高校深造，进入更大一个螺旋的学习和研究做好准备。这个过程要求学生能站在物理学的高度看待力、电、热和原子物理，形成综合能力。既能用牛顿的物理思想运动规律和天地统一思想来分析解决问题，也能用守恒定律从部分与整体的关系来分析解决问题。既能用理想化模型，抓住主要问题来思考问题，又能用控制变量全面思考问题。 我们要充分利用和把握物理知识的这种螺旋式结构，并通过探讨螺旋式结构与物理教学之间的关系，认清物理学习，思想形成的螺旋式发展的特点，注重知识结构的内在联系，加强知识的层次性建构，使学生对物理思想的形成，实现“螺旋式发展”的高效性。2.2.3联系、对比、整体统一形成物理思想杜威提出了“从做中学”的基本原则，他认为学生应该从自身的活动中进行学习，以使学生的兴趣和需要得到满足。强调在教学过程中，要唤起学生思维，思维的作用就是将模糊的、疑难的情况转变为清晰的、确定的情境，也就是形成科学的物理思想，指导物理学习过程。6物理思想是一种智慧，智慧并不表现在经验的结果上，也不表现在思考的结果上，而表现在经验的过程，表现在思考的过程。智慧不是教出来的，而是悟出来的。让学生亲自操作，亲身经历，认真感悟过程，自主建构物理知识体系。高中生获得物理思想的基本方式与目标要求是“感悟”。感悟，来源于人们的亲身经历与感受，有的是渐渐领悟，有的则是瞬间开悟。学生只有内化物理方法，才能领悟物理思想。例如，力与运动的关系在不同时期，对不同科学家的物理思想认识不同对比教学，在物理教学中，提供不同观点之间自由讨论、争论、启发的机会，使学生明白问题出现的思想原因，真理与谬误总是相比较而存在，相斗争而发展的。“物体的运动是否需要力来维持？”这不单单是知识性问题，它涉及到人平时生活中的观念甚至是处事哲学。不懂物理的人，往往被错觉所左右，如亚里士多德那样的伟人都如此。就是现在的学生，并不受