6物理思维能力及其培养.ppt

第六章物理思维能力及其培养，第一节物理思维的概念和特征，物理思维的概念思维是有意识的人脑对客观事物间接、概括、主动地反映出来的。 它基于感觉，超越感觉，是认识过程的高级阶段。 通过思考，达成对客观事物本质属性、内部规则性、事物间的联系和相互关系的认识。 物理思维是有意识的人脑对自然界事物(包括对象、过程、现象、事实等)的本质属性、内部规律，以及自然界事物之间的联系和相互关系的间接、概括、主动的反映。 我们要认识自然界中物质的运动、相互作用等本质规律和特征，就必须在头脑中形成自然界中物质的本质、完全、深刻的反映。 将观察到的自然界的现象、事实、过程等在大脑中形成清晰的景观，反复加工、合理改造、粗糙，提高感性认识是物理思考。 思考是智力活动的核心。 智力活动主要包括观察、实验、记忆、思考、注意、想象等因素，在这些因素中，思考处于核心地位。 学习科学研究，进行科学研究，思考是不可或缺的，科学问题的提出，实验现象的观察，实验数据的测量，模型的抽象化，概念的形成，法则和理论的确立，应用理论解决实际问题，思考是不可或缺的。 二、物理思维的基本特征物理思维属于一般思维，它符合思维的一般规律和特征，根据物理学科自身的特征，具有独特的思维特征。 第一，正确性和相似性的统一物理概念是自然界事物的共同属性和本质特征反映在人脑中，是客观事物的抽象，它基于观察、实验和思考，具有严格的质量规律。 从观察、实验事实到确立物理概念的过程是分析、整合、抽象、摘要等思考的过程。 物理规律(包括规律、定理、原理、规律、公式等)反映了科学现象、过程在一定条件下必然发生、发展、变化的规律。 它基于观察、实验、思考和数学推论，以语言逻辑或数学逻辑来表现，既可以用数学公式表现，也可以用数学图像表现。 无论是理解还是应用，都不能有一点错误。 在探索物理规律时，无论是通过实验归纳还是理论分析，都需要进行逻辑推理、数学导出和分析、归纳、概括。 这些过程必须按照严格的逻辑规则和程序进行。 要解决物理问题，只有通过分析、整合、推论的方法，利用数学工具，沿着解决物理问题的步骤一步一步地前进，才能得到正确的结论。 物理思考是正确的，但不像数学那样完全正确，也有相似性。 第二，理论和实践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离不开实验。 物理思考与数学思考不同，除了理论之外，还必须是实践的，也就是说物理思考不是“纯粹思考”。 古典物理和现代物理体系的建立过程反映了理论和实践的辩证统一。 第三，抽象性和形象性的统一物理思考过程是大脑接收、分析、选择、加工、整合外部信息(现象、事实等)的过程，是从感性认识理性认识的过程。 因此，思考的材料分为感性材料和理性材料，感性材料有形象性，主要是基于观察、实验对研究对象的感觉和感知，理性材料主要有概念、规律等，他们往往隐藏在现象的背后，不能通过感觉直接把握，所以具有抽象性。 思考的方法也有抽象性和形象性。也就是说，物理思维不仅是抽象的，而且是形象的，抽象思维是物理思维的核心，形象思维是物理思维的先导，在具体思维中常常存在两种思维，抽象思维和形象思维的相互作用，互补。 三、物理思维的一般过程由于物理学的研究对象极为复杂，具体的思维过程没有固定的模型，但对于物理学的发展，物理思维主要是提出问题、搜索事实、捕获信息、立论地解释的过程。 1 .提出问题的研究从问题开始，提出问题对研究很重要。 正如爱因斯坦所说，“提出问题比解决问题更重要”，这是因为解决问题也许只是数学或实验技能，但提出问题需要新的可能性，从新的角度看旧问题需要创造性的想象力。 贝瓦里奇说：“正确地叙述问题有时是解决问题的一大步。” 海森堡说“提出正确的问题通常等于解决了大部分问题”。 物理学是实验科学，观察和实验是提出问题的基本源泉，从思考的角度提出问题的基本方法如下：第一，分析事物之间的联系及其关系；第三，分析实验事实与现有理论的矛盾；第四，分析理论内部的逻辑困难； 比较多个假说的差异第五，追求物理理论的完善；第六，追求事物本质属性和规则的第七，满足社会和技术的要求。 2、在找事实选定了应该研究的问题后，为了解决问题，必须找事实、进行合理思考的材料。 在科学研究中，寻找事实的主要方法有两种：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方法，许多法则通过观察和实验总结出来。 古希腊物理学家阿基米德通过实验发现了斜面、杠杆、滑轮省力的相关数据、资料和浮力原理。 第二，考察现有的理论和实验事实。 科学的发展是连续性的，后代的研究总是在前人的基础上进行的。 因此，考察现有的理论和实验事实也是提供思考材料的有效方法。 例如，万有引力定律是牛顿收集了哥白尼、开普勒、伽利略、笛卡尔、惠更斯、钩子、哈雷等研究成果。 作为另一个例子，麦克斯韦基于库仑定律、高斯定理、法拉第电磁感应定律和安培定律等，建立了电磁场理论的完整体系。 3、捕获信息对于某些问题，积累了丰富的思考材料后，进行合理分析，捕获信息，激发灵感是一种创造性的思考活动。 信息的捕获和激发灵感需要一定的哲学修养，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，丰富的想象力和对这个问题的长期思考，对信息的生成有充分的思想准备。 此外，信息的获取往往来自各种各样的启示，包括第一、自然的启示。 如果科学家对丰富的自然现象感兴趣，能细心敏锐地观察，他就能从自然界中得到某种启发，得到某种信息。 第二，不同学科之间的启发。 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，只有在人们研究它时，才分为许多独立的学科。 某学科的研究要吸收其他学科(包括知识、方法、理论)的营养，受到启发。 哥白尼日心学说的确立，受到了古代哲学思想的启发。 第三，追求美。 对美的追求是科学发展的原动力之一，它是吸收信息诱发灵感的有效方法。这种想法的最大特征是，把对美的追求放在思维的第一位，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，对不完美的对象进行加工、修正、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，往往要提供解决问题的方向和机会，为了彻底解决问题，必须提出假说、验证假说和理论。 所谓的假说，是研究者在观察和实验的基础上，根据科学的原理和事实，通过思考加工，对未知科学现象和过程的本质、规律进行假说的说明和解释。 假说在科学的发展中起着重要的作用，它不仅为科学理论的发展形式提供进一步的研究方向，为新的观察、实验提供明确的指导思想。 假设的提出必须遵循第一、说明原则这四个原则。 也就是说，某个领域的科学假说必须修正，以便能够解释所有已知的事实和实验规律。 二是先见性原则。 也就是说，假说要提供进一步的研究方向，预言一定的结果。 第三，可检查性原则。 也就是说假说必须接受验证。 第四，简洁的原则，即科学假说要尽量简洁。 科学理论是概念法则根据科学逻辑系统化的知识体系，是在一定条件下和一定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、逻辑性和普遍性的特征。 科学理论有三个基本功能。 一个是说明功能。 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的运动、变化和发展出现的现象和过程，也可以预见人类尚未认识到的新的科学现象和过程。 三是引起问题的功能。 换言之，分析科学理论内部的逻辑困难和理论与实验的矛盾，可以提出新的科学问题，为科学研究指明方向。 三、物理思维的分类一般根据物理思维的特征，可以把思维分为抽象思维、形象思维、直觉思维三种。 1 .抽象思考以物理概念为思考材料，以物理概念、判断和推论的形式反映事物的运动规则，实现客观事物的本质特征和对内在联系的认识的过程称为物理抽象思考。 物理抽象思考是物理思考的重要形式，许多物理问题的提出、物理概念的生成、规律的确立、理论的形成等是抽象思考的结果。 物理抽象思维具有三个重要特征：第一，抽象性和概括。 在抽象的思考过程中，必须把事物的本质属性和特征与非本质属性和特征区别开来，假造真相，即抽象。 摘要是抽象地把反映事物本质的所有属性结合在一个整体上，形成客观事物的整体和普遍认识，进而把这种普遍认识传播到同类事物中，掌握同类事物的共性和普遍性。 抽象和概括的统一是物理抽象思考的重要特征，只有通过抽象和概括形成物理概念，才能简化物理对象和过程，形成理想化模型和过程，在实验和理论分析的基础上得到物理规律。 二是逻辑性和体系性。 逻辑性和体系性的辩证统一是物理抽象思维的另一个主要特征。 抽象思考是以物理概念、判断和推论的形式进行的思考，所以必须按照一定的形式、方法和规则来进行，即物理的抽象思考的逻辑性。 物理抽象思考遵循一定的逻辑形式和逻辑方法，遵循一定的逻辑规则和规则。 在思考过程中经常形成对事物系统的认识，表现出系统的特征。 三是能动性和间接性。 人类认识自然的过程是一个主动的认识过程。当感性材料达到一定程度时，思考会主动分析、整合、比较、分类、抽象、摘要等这些材料，形成对事物的一般和摘要的认识。 抽象思考是一种目的的主动的思考活动。 自然界事物的本质和规律隐藏在现象的背后，人的感觉是直接感知不到的。 通过其他事物，依靠现有的知识和经验，没有直接感知过，或者完全感知不到的东西，即思考间接地认识事物。 物理抽象思维的能动性和间接性相互结合，相互促进，利用现有的知识和经验，我们可以在认识现实事物的基础上进行无限的扩张和想象。 抽象思考的过程可以感性、具体思考、抽象思考、具体总结。 从感性到思考抽象是抽象思考的第一阶段。 在这个阶段，思考从丰富感性的具体中抽象化一般的规定，利用分析、整合、比较、分类、抽象化、摘要、系统化等方法，形成事物的某一面、某一属性、某一特征、某一规律及其相互关系的普遍、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阶段。 它以思考抽象为逻辑起点，在把握事物的各种规定及其内在联系，确立理论的基础上，确定各规定、各概念、各规律、各理论在具体事物中的地位和作用，解决实际问题。 抽象思考是感性具体思考的抽象思考的具体螺旋状发展、波浪前进的过程。 抽象思考的基本形式是概念、判断和推论。 概念在人们脑子里反映了客观事物的共同属性和本质特征。 判断是事物的论断，是用概念对思维对象表示肯定和否定的思维形式。 推论是一种基于一个判断或一个判断导出另一个判断的思考形式，包括归纳推论、演绎推论、类比推论。 它是抽象思考的基本形式，也是抽象思考的基本方法。 2、物理形象思考物理形象思考是以物理形象为思考材料进行的思考。 有三个主要特征。 第一，形象性。 形象思考是运用直观、具体、生动的形象材料，从事物的形象特征中认识事物的本质和规律，并做出某种判断的思考。 人们在联想、想象的过程中，形象一瞬间也不离开，所以形象性是物理形象思考的重要特征。 二是动态性。 物理形象思考的材料、结果和过程总是动态的，所以动态性也是物理形象思考的重要特征。 物理学中，动态构图和形象很多，卢瑟福原子核结构的形象等。 三是创造性。 物理形象思考的基本形式是表象、直觉和想象。 想象人脑加工、改造现有形象，产生新形象的过程，具有创造性的特征。 物理形象思考的根源及其发生过程是各种因素的相互关联、相互影响、相互作用的结果。 这些要素之间按层次顺序相互制约。 物理形象思考的基本形式是表象、直觉和想象。 表象反映了人脑没有直接作用于感觉器官，而是以前感知到的东西的形象。 使用表象的具体形象的直接判断和知觉叫做直觉，使用物理表象的具体物理形象的直接判断和知觉的判断与抽象思考中的判断不同，并不是通过概念的中介，而是通过将脑神经网络中积蓄的形象与根据特征的某种感性影像进行比较想象一下人脑加工、改造现有的形象，创造新形象的过程。 物理学的发展离不开形象思考。 同样，学习物理知识也需要形象思考。形象思考有助于学生构想理想化的形象，有助于物理概念的形成，有助于规则的理解，容易对问题的整体把握和定性分析，经常激发直觉，激发灵感。 3、物理直观思考是指把物理概念和表象结合起来，把具有整体功能的知识块作为思考材料进行的思考，大脑通过逻辑推论综合运用现有知识、表象和经验知觉，以高度省略、简化、浓缩的方式洞察事物的本质，迅速推测、构想、突然理解的思考。 直觉思考作为认识过程和思考的形式，抽象思考和形象思考有着密切的关系，其思考材料可以是概念和表象，抽象思考的形式，形象思考的形式，语言，符号，景观的形式。 从这个意义上来说，直观思维并非抽象思维和形象思维并列的独立思维方式，而是抽象思维和形象思维活动在一定阶段发展的激烈跳跃和升华，是抽象思维和形象思维过程逐渐中断而出现的一定思维活动及其内容的飞跃。 物理直觉思考具有三个特征：第一、整体性。 直觉思维综合运用现有知识、表象、经验感觉，整体研究问题，整体把握对象和过程，关注问题的整体对外效果，整体分析问题，然后进行简单、紧