物理思维能力及其培养

第六章物理思维能力及其培养 第一节物理思维的概念与特点一 物理思维的概念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 内部规律性及事物间的联系和相互关系的认识 所谓物理思维 就是具有意识的人脑对自然界中事物 包括对象 过程 现象 事实等 的本质属性 内部规律性及自然界中事物间的联系和相互关系的间接的 概括的和能动的反映 我们要认识自然界中物质的运动 相互作用等的本质规律性和特征 就必须在头脑中形成对自然界中物质本质的 完整的 深刻的反映 就要对观察过的自然界的现象 事实 过程等在大脑中形成清晰的图景 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 即为物理思维 思维是智力活动的核心 智力活动主要包括观察 实验 记忆 思维 注意 想像等因素 在这些因素中 思维处于核心地位 学习和进行科学研究均离不开思维 不论是科学问题的提出 实验现象的观察 实验数据的测量 模型的抽象 概念的形成 规律和理论的建立 还是应用理论解决实际问题 都离不开思维 二 物理思维的基本特征物理思维是从属于一般思维的 它既符合思维的一般规律与特征 又由于物理学科自身的特点 而具有其独特的思维特点 第一 精确性和近似性的统一物理概念是自然界中事物的共同属性和本质特征在人脑中的反映 是客观事物的抽象 它产生在观察 实验和思维的基础上 具有严格的质的规定性 由观察 实验事实到建立物理概念的过程 是分析 综合 抽象和概括等思维的过程 物理规律 包括定律 定理 原理 法则 公式等 反映了科学现象 过程在一定条件下必然发生 发展和变化的规律 它产生在观察 实验 思维和数学推理的基础上 用语言逻辑或数学逻辑表述出来 既可以用数学公式表示 也可以用数学图像表示 不论是在理解 还是在应用时 均不能有丝毫的差错 在探索物理规律时 不论是由实验归纳 还是理论分析 均需要进行逻辑推理 数学推导和分析 归纳 概括 这些过程均需要按照严格的逻辑规则和步骤进行 在解决物理问题时 要利用分析 综合 推理的方法 利用数学工具 按照解决物理问题的步骤 一步一步地进行 才能得出正确的结论 物理思维具有精确性 但并非像数学一样完全精确 它还具有近似性 第二 理论性与实践性的统一物理学是实验科学 物理理论是物理学的核心 物理理论的获得和验证都离不开实验 物理思维不同于数学思维 它除了具有理论性外 还必须体现出其实践性 即物理思维不可能是一种 纯思维 无论是经典物理还是现代物理 物理体系的建构过程中 都反映了其理论性与实践性的辩证统一 第三 抽象性与形象性的统一物理思维的过程是人脑对外部的信息 现象 事实等 的接收 分析 选择 加工和综合的过程 是一个从感性认识到理性认识的过程 因此 思维的材料可以分为感性材料和理性材料两部分 感性材料具有形象性 主要是在观察 实验基础上对研究对象的感觉和知觉 理性材料主要有概念 规律等 他们往往隐藏在现象背后 不能靠感官直接把握 故具有抽象性 在思维的方法上 也具有抽象性和形象性 总之 物理思维不仅具有抽象性 而且具有形象性 抽象思维是物理思维的核心 形象思维是物理思维的先导 具体的思维中往往同时存在着两种思维 抽象思维和形象思维相互作用 相互补充 三 物理思维的一般过程由于物理学的研究对象是极其复杂的 故具体的思维过程没有固定的模式 但就物理学发展来看 物理思维主要遵循提出问题 搜寻事实 捕获信息 立论解释的程序 1 提出问题研究始于问题 提出问题对研究来说意义重大 正如爱因斯坦所说 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 贝弗里奇曾经说 确切地陈述问题有时是向解决问题迈出了一大步 而海森堡则说 提出正确的问题往往等于解决了问题的大半 物理学是实验科学 观察和实验是提出问题的基本源泉 从思维的角度来讲 提出问题的基本方法有如下几种 第一 分析事物之间的联系及其关系 第二 分析实验事实与已有理论的矛盾 第三 分析理论内部的逻辑困难 第四 比较多种假说之间的差别 第五 追求物理理论的完美 第六 寻求事物的本质属性和规律 第七 满足社会和技术的要求 2 搜寻事实当选定了所要研究的问题后 为了解决问题 必须搜寻事实 寻找进行理性思维的材料 在科学研究中 搜寻事实的主要途径有两条 第一 观察和实验 在科学研究中 观察和实验是获得感性材料的重要途径 并且许多规律都是通过观察和实验总结出来的 如古希腊的物理学家阿基米德用实验的方法发现了有关斜面 杠杆 滑轮省力的数据与资料和浮力原理 第二 考察已有的理论及实验事实 科学的发展是具有连续性的 后人的研究总是在前人的基础上进行的 因此 考察已有理论及实验事实也是提供思维材料的有效途径 例如 万有引力定律就是牛顿集哥白尼 开普勒 伽利略 笛卡尔 惠更斯 胡克 哈雷等人的研究成果而建立的 又如 麦克斯韦是在库仑定律 高斯定理 法拉第电磁感应定律和安培定律等基础上 建立起电磁场理论的完整体系的 3 捕获信息对某一问题 在积累了丰富的思维材料之后 要作理性分析 并捕获信息 诱发灵感 这是一项富有创造性的思维活动 信息的捕获和灵感的诱发需要有一定的哲学修养 扎实的基础知识 一定的实践经验 敏锐的判断力 深刻的洞察力 丰富的想像力和对该问题长期的思考 对信息的产生有充分的思想准备 除此之外 信息的获得往往来自各种启示 主要包括 第一 大自然的启示 科学工作者如果对丰富多彩的自然现象抱有盎然的兴趣 并能细心而敏锐地观察 那么 他往往能从自然界中得到某种启发 获得某种信息 第二 不同学科之间的启示 自然界是一个统一的整体 是一个多层次 多结构 多序列的完整网络 只是人们对它进行研究时才分成许多相互独立的学科 故对某一学科的研究均需要吸取其他学科的营养 包括知识 方法和理论 并从中受到启示 如哥白尼日心学说的建立 受到古代哲学思想的启发 第三 对美的追求 对美的追求是科学发展的动力之一 它是捕获信息 诱发灵感的有效途径 这种思维方法的最大特点就是把对美的追求放在思维的首位 按照美学规律 通过对科学理论的形式 结构 内容的审美处理 对尚不完美的对象进行加工 修改以至重构 探索发展科学的新方向 4 立论解释信息的捕获 灵感的产生 往往只是提供了一个解决问题的方向和机遇 要彻底解决问题 还得提出假说 检验假说 建立理论 所谓假说就是研究者在观察和实验的基础上 根据科学原理与事实 通过思维加工 对未知的科学现象或过程的本质 规律所作的一种假定性的说明或解释 假说在科学的发展中起着重大的作用 它不仅是科学理论发展的形式 又能提供进一步研究的方向 从而为新的观察 实验提供明确的指导思想 假说的提出 必须遵循四条原则 第一 解释性原则 即在某领域内的科学假说 要能够解释已知的全部事实及实验定律 否则 就应进行修改 第二 预见性原则 即假说必须能够提供进一步研究的方向 预言一定的结果 第三 可检验性原则 即假说必须能够接受检验 第四 简洁性原则 即科学假说要尽可能简洁 所谓科学理论 就是由概念 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现象和过程的本质及其规律的高度概括 科学理论具有客观性 逻辑性 普遍性的特点 科学理论有三种基本功能 一是解释功能 即科学理论具有解释现象和过程的功能 二是预见功能 即科学理论可以预见一定范围内客观事物运动 变化和发展将要出现的现象和过程 也可以预见人类尚未认识的新的科学现象和过程 三是生题功能 即通过分析科学理论内部的逻辑困难以及理论与实验的矛盾 可以提出新的科学问题 从而为科学研究指明方向 三 物理思维的分类一般来说 根据物理思维的特点 可将思维分为抽象思维 形象思维 直觉思维三种 1 抽象思维凡是以物理概念为思维材料 以物理概念 判断和推理的形式来反映事物的运动规律 达到对客观事物的本质特征和内在联系的认识的过程叫做物理抽象思维 物理抽象思维是物理思维的一种重要形式 许多物理问题的提出 物理概念的产生 规律的建立 理论的形成等都是抽象思维的结果 物理抽象思维具有三个重要特点 第一 抽象性和概括性 在抽象思维过程中 必须将事物的本质属性或特征与非本质属性或特征区分开来 去伪存真 即抽象 所谓概括 就是在抽象的基础上 把所有反映事物本质的属性结合为一个整体 形成关于客观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 抽象性与概括性的统一 是物理抽象思维的一个重要特点 只有通过抽象与概括 才能形成物理概念 才能简化物理对象和过程 形成理想化模型和过程 才能在实验和理论分析的基础上得出物理规律 第二 逻辑性和系统性 逻辑性和系统性的辩证统一是物理抽象思维的又一主要特点 抽象思维是以物理概念 判断和推理的形式进行的思维 所以 它必须按照一定的形式 方法和规律进行 即物理抽象思维的逻辑性 物理抽象思维按照一定的逻辑形式和逻辑方法 遵从一定的逻辑规律或规则 在思维过程中总要形成对事物的系统的认识 从而表现出系统性的特征 第三 能动性和间接性 人类认识自然的过程是一个能动的认识过程 当感性材料达到一定程度的时候 思维能动地对这些材料进行分析 综合 比较 分类 抽象 概括等 形成对事物的一般的和概括的认识 抽象思维是一种有目的的 能动的思维活动 自然界事物的本质和规律 有些隐藏在现象背后 人的感官不能直接感知到 只有通过其他事物 借助于已有的知识和经验 去认识那些没有直接感知过的 或者根本无法感知的事物 即思维对事物的间接认识 物理抽象思维的能动性和间接性相互结合 相互促进 借助已有的知识和经验 使得我们能够在对现实事物认识的基础上进行蔓延式无止境扩展和想像 抽象思维的过程可概括为感性具体 思维抽象 思维具体 从感性具体到思维抽象是抽象思维的第一阶段 在这个阶段上 思维从丰富的感性具体中抽象出一般规定 利用分析 综合 比较 分类 抽象 概括 系统化等方法 形成对事物的某些方面 某些属性 某些特征 某些规律及其相互关系的普遍的 系统的认识 实现认识的第一个飞跃 从思维抽象到思维具体是抽象思维的第二个阶段 它是以思维抽象为逻辑起点 在把握事物的各种规定及其之间的内在联系 建立理论的基础上 确定每一种规定 每一个概念 每一个规律 每一个理论在具体事物中的地位和作用 解决实际的问题 抽象思维就是感性具体 思维抽象 思维具体的螺旋式发展 波浪式前进的过程 抽象思维的基本形式是概念 判断 推理 概念是客观事物的共同属性和本质特征在人们头脑中的反映 判断是对事物的论断 是运用概念对思维对象表示肯定和否定的一种思维形式 推理是根据一个判断或一些判断得出另一个判断的思维形式 包括归纳推理 演绎推理 类比推理 它既是抽象思维的基本形式 又是抽象思维的基本方法 2 物理形象思维物理形象思维就是以物理表象为思维材料而进行的思维 它具有三个主要特点 第一 形象性 形象思维是运用直观 具体 生动的形象材料 通过事物的形象特征认识事物的本质和规律 并作出某种判断的思维 人们在联想 想像过程中 一刻也离不开形象 因此 形象性是物理形象思维的重要特征 第二 动态性 物理形象思维的材料 结果和过程常常是动态的 因此 动态性也是物理形象思维的一个重要特征 在物理学中 动态的图景及形象很多 如卢瑟福原子核式结构形象 第三 创造性 物理形象思维的基本形式是表象 直感和想像 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 具有创造性的特征 物理形象思维的酝酿及其发生过程是多种因素相互关联 相互影响 相互作用的结果 这些因素间是按层次顺序相互制约的 物理形象思维的基本形式是表象 直感和想像 表象是人脑对当前没有直接作用于感觉器官的 以前感知过的事物形象的反映 运用表象对具体形象的直接判断和感知称为直感 物理直感是运用物理表象对有关具体物理形象的直接判别和感知 这种判断与抽象思维中的判断不同 它不是以概念为中介 而只需要将储存在大脑神经网络中的概象与特征相应的某一事物的感性映象比较一下便能直接作出判断了 而想像是人脑对已有表象进行加工 改造而创造新的形象的过程 物理学发展离不开形象思维 同样 学习物理知识也需要形象思维 形象思维有助于学生构想理想化的形象 有助于物理概念的形成 有助于规律的理解 便于对问题的整体把握和定性分析 常常能唤起直觉 诱发灵感 3 物理直觉思维所谓物理直觉思维 就是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 是指人脑不借助于逻辑推理而综合运用已有知识 表象和经验知觉 以高度省略 简化 浓缩的方式洞察事物的实质 并迅速作出猜测 设想或突然领悟的思维 直觉思维作为一种认识过程和思维的形式 与抽象思维和形象思维有密切的关系 它的思维材料还是概念和表象 既可以以抽象思维的形式进行 也可以以形象思维的形式进行 可以是语言 符号构成的 也可以是图景式的 从这个意义上来讲 直觉思维不是与抽象思维和形象思维并列的一种独立的思维方式 而是抽象思维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 是抽象思维或形象思维过程渐进性中断而出现的导致一定思维活动及其内容的接通的飞跃 物理直觉思维具有三个特点 第一 整体性 直觉思维是综合运用已有知识 表象 经验感觉 从整体上研究问题 从整体上把握对象和过程 把注意力和着力点放在问题的整体对外效应上 在对问题作总体分析的基础上 进行一种简约的 紧缩的 有选择的 急速的推理思维 然后以一种敏锐的观察力 有根据的想象力和判断力 以单刀直入的方式 一次从整体上揭示事物的本质 第二 突发性 直觉和灵感的产生 往往具有 突发性 的性质 这种直觉的顿悟 既可以发生在为解决问题进行中 也可以发生在主体当时并不在思考所要想解决的问题 甚至在漫无目的的 不受主体控制的 潜意识 中 第三 随机性 物理直觉思维的随机性具有两方面的含义 首先 灵感的出现常常是人们预料不到的 就人的整体思维过程来说 灵感的出现是一种随机现象 灵感在什么情况下出现 在什么时间 什么地点出现 往往是难以预测的 其次 直觉思维 包括直觉与灵感 的结果可能是正确的 也可能是错误的 它是对问题的直觉的猜测 其结果的正确性要靠实验来检验 第二节中学生物理思维能力的结构中学生物理思维能力的结构是由中学生物理思维的内容 思维的方法 思维的品质组成的一个整体 一 物理思维的基本方法1 分析与综合2 比较与分类3 抽象与概括4 科学推理5 臻美 第二节中学生物理思维能力的结构中学生物理思维能力的结构是由中学生物理思维的内容 思维的方法 思维的品质组成的一个整体 一 物理思维的基本方法1 分析与综合2 比较与分类3 抽象与概括4 科学推理5 臻美 第二节中学生物理思维能力的结构中学生物理思维能力的结构是由中学生物理思维的内容 思维的方法 思维的品质组成的一个整体 一 物理思维的基本方法1 分析与综合2 比较与分类3 抽象与概括4 科学推理5 臻美 所谓分析 是把研究对象在思维中分解成为它的各个组成部分或要素 然后分别加以考察和研究 研究它们相互联系 相互制约的关系 研究它们之间的相互作用及在整体对象中的地位 考察它们对研究对象的状态及发展变化的影响 从而揭示事物的属性和本质的方法 所谓综合 就是在分析的基础上 把研究对象的各个组成部分或要素在思维中重新结合为一个整体 从而在整体上把握事物的本质和规律 从思维的角度来讲 综合的特点是 第一 以分析为基础 第二 由局部到整体 由分离到统一 第三 分析离不开综合 认识过程总是沿着 分析 综合 分析 的轨迹不断前进 不断深入过程 第二节中学生物理思维能力的结构中学生物理思维能力的结构是由中学生物理思维的内容 思维的方法 思维的品质组成的一个整体 一 物理思维的基本方法1 分析与综合2 比较与分类3 抽象与概括4 科学推理5 臻美 比较是确定事物之间差异点和共同点的思维方法 其过程是先对有关事物进行分析 区分每个事物各方面的特征 再将有关事物按其特征进行对比 得出哪些方面具有共同点 哪些方面具有不同点 从而鉴别这些事物间的异同 通过比较 找出事物之间的共同点和差异点 一般来说 分类必须遵循如下原则 第一 分类必须按一定的标准进行 第二 分类要遵循穷尽性原则 即划分出来的子项的外延之和 必须等于母项的外延 第三 分类要反映事物的层次和次序 第二节中学生物理思维能力的结构中学生物理思维能力的结构是由中学生物理思维的内容 思维的方法 思维的品质组成的一个整体 一 物理思维的基本方法1 分析与综合2 比较与分类3 抽象与概括4 科学推理5 臻美 任何一个问题都会涉及到许多因素 为了探索和揭示事物的本质和规律 必须根据研究对象和问题的特点 撇开问题中个别的 非本质的因素 抽出主要的 本质的因素加以考察研究 并把一类事物共同的 本质的属性联合起来 从而建立起一个轮廓清晰 主题突出 易于研究的新形象 新过程或者形成新的概念 这种方法称为抽象与概括的方法 抽象与概括的方法主要表现在如下几个方面 第一 理想模型的产生 第二 理想过程的形成 第三 理想实验的运用 第四 概念的建立 第二节中学生物理思维能力的结构中学生物理思维能力的结构是由中学生物理思维的内容 思维的方法 思维的品质组成的一个整体 一 物理思维的基本方法1 分析与综合2 比较与分类3 抽象与概括4 科学推理5 臻美 科学推理是根据一个判断或一些判断得出另一个新判断的思维形式 根据思维进程的不同 可将推理分为归纳推理 演绎推理和类比推理三种 归纳推理的具体步骤为 第一 搜集材料 即通过观察 实验 得出大量的感性材料 第二 整理材料 即将材料归类 并得出反映事物外部特征和条件的判断 第三 抽象概括 即经过分析 综合 比较等 排除无关的 非本质的因素 抽象出各个本质因素 概括出一般性的规律 演绎推理的具体过程是 根据已知的一般规律 通过分析 并限制条件 运用数学手段 得出个别性的规律 类比推理的具体过程是 通过对两个不同的对象进行比较 找出它们的相似点 然后以此为依据 把其中一对象的有关知识或结论推移到另一对象中去 第二节中学生物理思维能力的结构中学生物理思维能力的结构是由中学生物理思维的内容 思维的方法 思维的品质组成的一个整体 一 物理思维的基本方法1 分析与综合2 比较与分类3 抽象与概括4 科学推理5 臻美 虽然物理学的研究范围极为广泛 规律极为复杂 但其中蕴含着美的本质 本质要通过形式来反映 所谓臻美的方法 就是在研究问题的过程中 按照美的规律对尚不完美的东西 概念 规律 假说 模型 理论等 进行加工 修改以至重构的思维方法 这一方法的最大特点是把对美的追求放在思维的首位 通过对概念 规律 假说 模型 理论等的审美处理 探索解决问题的新方向 同时臻美也是评价物理理论的一种方法 二 物理思维的品质思维品质是指在思维活动中智力和能力特点在个体上的表现 体现了个体思维水平和能力的差异 物理思维品质是指在研究和解决物理问题以及学习物理学知识的过程中表现出来的 直接影响工作效率的个体智力特征 思维的品质 深刻性灵活性敏捷性批判性独创性 二 物理思维的品质思维品质是指在思维活动中智力和能力特点在个体上的表现 体现了个体思维水平和能力的差异 物理思维品质是指在研究和解决物理问题以及学习物理学知识的过程中表现出来的 直接影响工作效率的个体智力特征 思维的品质 二 物理思维的品质思维品质是指在思维活动中智力和能力特点在个体上的表现 体现了个体思维水平和能力的差异 物理思维品质是指在研究和解决物理问题以及学习物理学知识的过程中表现出来的 直接影响工作效率的个体智力特征 思维的品质 深刻性灵活性敏捷性批判性独创性 二 物理思维的品质思维品质是指在思维活动中智力和能力特点在个体上的表现 体现了个体思维水平和能力的差异 物理思维品质是指在研究和解决物理问题以及学习物理学知识的过程中表现出来的 直接影响工作效率的个体智力特征 思维的品质 深刻性灵活性敏捷性批判性独创性 二 物理思维的品质思维品质是指在思维活动中智力和能力特点在个体上的表现 体现了个体思维水平和能力的差异 物理思维品质是指在研究和解决物理问题以及学习物理学知识的过程中表现出来的 直接影响工作效率的个体智力特征 思维的品质 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 它表现在善于深入地 逻辑清晰地思考物理问题 善于把握事物的本质和规律 而不被表面现象所迷惑 善于开展系统的 全面的思维活动 善于从整体上用联系的观点认识事物 掌握知识 严密地推理论证 思维的深刻性是思维品质的基础 深刻性发展水平的高低必然会影响到其他各个思维品质的发展水平 因为没有对概念和规律正确的和深入的理解 就往往被现象所迷惑 不能抓住事物的本质和规律 不能迅速地 灵活地认识事物和解决问题 更谈不上批判性和独创性了 中学生物理学习中思维深刻性差的表现主要有 不能深入理解物理概念和规律 不注意公式和规律的成立条件 不能挖掘实际问题中的隐蔽条件 推理不严密 不周全 过程分析不全等等 深刻性灵活性敏捷性批判性独创性 二 物理思维的品质思维品质是指在思维活动中智力和能力特点在个体上的表现 体现了个体思维水平和能力的差异 物理思维品质是指在研究和解决物理问题以及学习物理学知识的过程中表现出来的 直接影响工作效率的个体智力特征 思维的品质 思维的灵活性是指思维活动的灵活程度 灵活性具有四个显著特点 一是思维方向灵活 二是思维过程灵活 三是迁移能力强 四是思维结果灵活 在物理学习中 思维灵活性差的表现主要有 第一 容易受消极的思维定势的影响 第二 不能形成事物和问题的动态图景 不善于对过程进行分析 不能抓住问题的本质 深刻性灵活性敏捷性批判性独创性 二 物理思维的品质思维品质是指在思维活动中智力和能力特点在个体上的表现 体现了个体思维水平和能力的差异 物理思维品质是指在研究和解决物理问题以及学习物理学知识的过程中表现出来的 直接影响工作效率的个体智力特征 思维的品质 思维的敏捷性是指思维过程的速度或迅速程度 思维的速度和正确性是思维敏捷性两个重要的指标 中学生思维的敏捷性是指在学习物理知识时 快速 准确地抓住所学内容 在头脑中予以内化 在运用知识解决问题时 迅速 准确地将问题信息输入到头脑中 利用原有的认知结构 找出问题的关键所在 并迅速 适当地提取知识和方法 周密地进行考虑 正确地解决问题 深刻性灵活性敏捷性批判性独创性 二 物理思维的品质思维品质是指在思维活动中智力和能力特点在个体上的表现 体现了个体思维水平和能力的差异 物理思维品质是指在研究和解决物理问题以及学习物理学知识的过程中表现出来的 直接影响工作效率的个体智力特征 思维的品质 思维的批判性是指思维活动中善于严格地估计思维材料和精细地检查思维过程的智力品质 有五个主要特点 第一 分析性 第二 策略性 第三 全面性 第四 独立性 第五 正确性 中学生在物理学习过程中 由于自我意识的发展 学习的深入 知识的增加 知识结构的完善 逐步表现出不满足于教师和课本对客观世界的描述和解释 爱独立地进行分析 提出质疑 发表不同的见解 能够区分表面上相似但本质上不同的物理概念 规律和问题 能够排除问题中多余的无关信息的干扰 能够克服非智力因素对物理学习的消极影响 能排除前概念的干扰 能自觉地计划思维活动 及时地调节思维过程 这些都是良好的思维批判性品质的表现 深刻性灵活性敏捷性批判性独创性 二 物理思维的品质思维品质是指在思维活动中智力和能力特点在个体上的表现 体现了个体思维水平和能力的差异 物理思维品质是指在研究和解决物理问题以及学习物理学知识的过程中表现出来的 直接影响工作效率的个体智力特征 思维的品质 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 一是独特性 即有自己独特的思维方式 二是新颖性 即善于采用新的思维方法进行思维 新颖性是思维独创性的最重要的标志 三是发散性 即善于在广阔的领域内思考问题 思维品质的深刻性 灵活性 批判性 敏捷性和独创性是完整的思维品质组成因素 它们之间是相互联系 密不可分的 思维的深刻性是一切思维品质的基础 思维的灵活性和独创性具有交叉的关系 灵活性具有广度和富有顺应性 独创性则更有深度和新颖性 从而获得创造力 思维的批判性是在深刻性基础上发展起来的品质 只有深刻的认识 周密的思考 才能全面而准确地判断 反馈和调节 同时 只有不断地自我评判 调节思维过程 才能使主体更深刻地揭示事物的本质和规律 思维的敏捷性则没有一个思维过程 它是以其他的思维品质为前提的 同时又是其他的思维品质的具体表现 由上面的相关矩阵可以看出 深刻性与其它品质的相关最小 平均为0 460 灵活性品质与其它品质的相关系数最大 平均为0 632 其次是批判性品质 与其它品质的相关系数平均为0 623 敏捷性品质与其它品质的相关系数平均为0 618 独创性品质与其它品质的相关系数平均为0 581 思维品质的相关情况研究 深刻性灵活性批判性敏捷性独创性 三 物理思维能力的分类目前国内物理教育界对于学生思维能力的分类也不尽相同 段金梅先生等人的分类如下 1 对物理材料的知觉能力 2 正确理解和应用时空观念和运动的相对性概念的能力 3 掌握和运用物理模型的能力 4 逻辑推理能力 5 利用数学工具解决物理问题的能力 6 灵活地运用物理知识的能力 7 物理语言的应用能力 乔际平等人把中学生的物理思维能力概括为如下七个因素 1 物理抽象与概括能力 2 物理判断与推理能力 3 物理比较与鉴别能力 4 物理分析与综合能力 5 物理直觉与想像能力 6 运用数学解决物理问题的能力 7 创造性思维能力 根据物理思维的特点 将思维分为抽象思维 形象思维 直觉思维三种 虽然对物理思维能力的分类方式很多 观点不一 物理教学的主要目的就是培养学生的各种能力 提高学生的素质 物理能力包括观察能力 实验能力 思维能力 探究能力 分析和解决问题能力等等 就物理思维能力而言 主要包括物理抽象思维能力 物理形象思维能力 物理直觉思维能力 四 中学生物理思维能力的结构 五 中学生物理思维能力的具体表现深刻性 1 能从众多的现象和事实中 抽象出本质特征 并概括出物理概念 2 能正确理解物理概念和规律的来龙去脉 实质内涵 外延及相关概念和规律之间的联系和区别 3 善于运用理想化的方法 将研究对象 研究对象所处的条件及研究过程理想化 抽象出理想模型和理想过程 4 正确运用归纳推理和演绎推理设计实验 归纳实验结果 进行严密的推理论证 正确运用形式逻辑推理和形式逻辑法则 5 善于对物理知识进行比较分类和概括总结 从不同侧面理解和系统物理知识 形成合理的知识结构 6 在解决问题时 能够正确全面分析研究对象和研究问题 挖掘问题中的隐蔽条件 掌握解决物理问题的一般规则 方法和步骤 具有一定的数学推理能力 7 能形成正确的有关研究对象的空间位置 空间位置的变化 物质结构 如晶体结构 原子结构 等的形象 善于根据规律的文字表述想像出其图景 灵活性 1 能够排除思维定势的消极影响 善于将已学过的物理知识和方法灵活迁移到新的情景中去 2 善于从不同的角度 不同的方向去思考问题 理解物理知识 善于用不同的知识 不同的方法正确解决问题 3 在思维过程中 能够从分析到综合 从综合到分析 具有一定的综合分析物理问题的能力 4 具有 一题多解 多题归一 的能力 5 善于形成事物和问题的动态清晰的图景 6 善于唤起物理领域中的各种图形和图景去解决问题 并进行合理变换 7 能够正确 灵活地处理动与静 内与外 一般与特殊 曲与直 量变与质变等各种辩证关系 并用于解决物理问题 敏捷性 1 在学习物理知识时 能快速 准确地抓住所学内容 在头脑中予以内化 掌握其实质 2 在解决物理问题时 能迅速 准确地将问题信息输入到头脑中 利用原有的认知结构 找出问题的关键所在 并迅速 适当地提取知识和方法 周密地进行考虑 正确 快速解决问题 3 善于对物理知识进行概括总结 形成合理的认知结构 贮存各种知识组块 并能在解决问题时快速提取 灵活运用 批判性 1 在物理学习中 爱好独立分析 善于提出质疑 发表不同的见解 善于制订合理的学习计划 并根据情况进行修正 能寻找最佳学习方法 2 能区分表面上相似但本质上不同的物理概念 规律和问题 能够排除前概念对概念和规律学习的干扰 3 解决物理问题时目的性强 善于对问题的可解性作出正确的估计 制订合理的解决计划 确定恰当的策略和方法 并能根据具体情况及时调节 修改思路 善于对过程和结果进行检验 反思 4 抽象概括过程中能从复杂的背景中排除次要因素 独创性 1 善于设计新的实验方案 采用新的观察实验方法 2 能够根据已有问题 通过改变情景 变换条件 从而创造性地改编问题 3 善于提出带有探索性的新颖问题 善于采用新颖的方法和思路 4 在课外活动中 能够制作出新颖 独特 有价值的作品 5 善于在原有图景的基础上 独立构想新的图景 并能够对其进行合理加工 改造成为新的图景 6 能够总结适合自己的 有效的 新颖的学习方法 7 善于用类比的方法 将关于某一对象或问题的有关知识或结论推移到另一对象或问题中去 善于运用类比的方法理解抽象的概念和规律 8 善于对物理问题进行审美处理 探索解决问题的新的方向和途径 第三节中学生物理思维能力的发展研究一 中学生物理抽象思维能力发展的研究 胡卫平根据中学生科学思维能力的结构模型 采用测验的方法 对中学生物理抽象思维能力的发展进行了研究 通过对80名高二学生和40名高三学生的物理抽象思维能力进行测量与评价之后 得到这样的研究结论 1 高中生已开始具备物理抽象思维能力 但只是初步的 还未成熟 与应该能达到的水平有一定的差距 2 在物理抽象思维能力的方法方面 逻辑推理较成熟 分析综合较差 抽象概括最差 3 在物理抽象思维的品质方面 灵活性优于深刻性 4 高三学生的物理抽象思维能力优于高二学生 且有显著性差异 5 男 女生的抽象思维能力存在差异 总的来说 男生优于女生 但不显著 6 物理抽象思维能力对物理学习的影响是显著的 7 为有效地培养中学生的物理抽象思维能力 需要更新观念 改进教学方法 研究二 中学生物理形象思维能力发展的研究 中学生物理思维能力的发展 可由低到高分为三级水平 第 级水平 初步形成图形 图景和基本空间关系表象的能力 即当实物 模型 物质结构 物体位置等在眼前时 能够想出其大小 形状 位置 位置空间的关系的直观映象 第 级水平 唤起图形 图景和空间关系 并对其进行变换的能力 即在第 级水平的基础上 当各种客体不在眼前时 能够构想出实物 模型 物质结构 物体位置 图形的大小 形状 位置 位置空间的关系 并能够根据问题的需要对其进行灵活而合理的变换 第 级水平 独立想像新的图形 图景和空间关系的能力 即独立对已有的表象进行加工 改造而形成新的图形 图景和空间关系的能力 如根据三维空间的形象想像四维时空的形象 在具体表象的基础上对理想化形象的想像 想像电子云 质点 理想气体 晶体结构等即为对理想化形象的想像 研究的结果为 1 中学生各年级之间物理形象思维能力的平均水平存在着差异 除高一外 其他年级差异不显著 2 中学男 女学生物理形象思维能力发展过程存在着差异 初一 初二比较接近 但到初三 男生的发展速度明显超过女生 造成高一年级男 女之间有显著性差异 男生物理形象思维能力发展在高一已基本趋于成熟 但女生要到高二才基本具备物理形象思维能力 3 各年级男女生科学形象思维能力的离散性存在差异 但不显著 研究三 中学生物理实验思维能力的发展研究李会容根据中学生物理实验思维能力结构 结合物理实验思维能力在物理实验各个环节的具体表现 形成关于中学生物理实验思维能力的具体指标 设计了中学生物理实验思维能力的问卷 对北京城区的初二至高三的937名同学进行了调查 共收回有效问卷共909份 其中初二132份 14 5 初三169份 18 6 高一191份 21 0 高二246份 27 1 高三171份 18 8 重点中学424份 占46 6 普通中学485份 占53 4 男生450 49 5 女生459 50 5 收回的问卷经过有效性考察后 对数据进行了统计和分析 1 物理实验思维能力的总体发展 2 主要研究结论 1 中学生的物理实验思维能力的发展在总体上呈上升趋势 不同年级之间 学生的物理实验思维能力存在显著差异 2 物理实验思维能力的五个品质中 随着年级的升高 各个品质方面的对应的水平都有不同程度的提高 其中深刻性和敏捷性是发展得比较好的两个品质 不但水平提高较多 在整个中学阶段 发展速度也很稳定 表现出很好的线性发展趋势 批判性和独创性是发展相对较差的两个品质 这个差距主要表现在高一学年 3 重点中学学生的物理实验思维能力略好于普通中学的学生 但不存在显著差异 重点中学学生的物理实验思维能力的发展比普通中学的学生稳定 呈现比普通中学好得多的线形 从思维品质的发展来看 重点中学的学生优于普通中学的学生 特别是在深刻性和灵活性品质上 4 男女生的物理实验思维能力水平存在差异 男生的物理实验思维能力发展比女生快 在发展的规律上 女生比男生更稳定 从各品质发展情况来看 在深刻性和灵活性方面 女生比男生好一些 而批判性 敏捷性和独创