對中學(xué)生物理思維能力的探索

鞏金?！☆檿约t　李　夏

到了高中階段，學(xué)生普遍反映物理難學(xué)，想不到解決物理問題的關(guān)鍵，很多學(xué)生為此而苦惱。高中物理難在何處?可從以下幾方面看出：(1)初中教材對物理現(xiàn)象一般只作定性說明，有時(shí)進(jìn)行簡單的定量計(jì)算；而高中教材對物理現(xiàn)象經(jīng)常是作模型抽象、定量說明、數(shù)學(xué)化描述等，內(nèi)容和形式上的跨度很大。(2)初中教材對物理概念的引入一般比較直觀形象；而高中教材則相對抽象復(fù)雜。(3)初中物理的規(guī)律少且簡單，數(shù)學(xué)表達(dá)式也比較簡單；高中物理的規(guī)律往往涉及到多個(gè)變量，數(shù)學(xué)表達(dá)式比較復(fù)雜，還要經(jīng)常用圖像來描述，對數(shù)學(xué)運(yùn)用、數(shù)理結(jié)合、抽象思維能力等方面的要求提高了很多。(4)從物理方法上講，初中物理主要圍繞觀察實(shí)驗(yàn)，概念和規(guī)律的引入、總結(jié)一般是從某一現(xiàn)象、實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)中得出，直接而簡單，實(shí)驗(yàn)方法也不復(fù)雜；高中物理較多地利用邏輯推理、邏輯思維對客觀現(xiàn)象進(jìn)行概括、歸納，抽象出概念、規(guī)律，這些概念、規(guī)律不再直接形象，有些甚至與我們的日常生活經(jīng)驗(yàn)相“?！薄?5)做習(xí)題的方式不一樣，初中習(xí)題多是套公式；而高中物理習(xí)題必須先把題目所給的信息想象成一個(gè)過程。以上這些差別均表明：從初中物理到高中物理，內(nèi)容上是從現(xiàn)象到本質(zhì)，這就要求學(xué)生的思維應(yīng)從具體過渡到抽象，難學(xué)主要是在思維上出現(xiàn)了障礙。

一、從學(xué)生認(rèn)知發(fā)展階段分為“具體運(yùn)算階段”和“形式運(yùn)算階段”

根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展階段理論，中學(xué)生已處于“形式運(yùn)算”為主的階段。處于形式運(yùn)算階段的中學(xué)生，可以在頭腦中把形式和內(nèi)容分離開來，根據(jù)假設(shè)來進(jìn)行邏輯推理。然而，大量調(diào)查表明，初中階段的學(xué)生，甚至有相當(dāng)大一部分的高中生，在對待物理現(xiàn)象、物理概念或規(guī)律時(shí)，他們的思維尚處于由具體運(yùn)算階段向形式運(yùn)算階段的過渡時(shí)期。而處于具體運(yùn)算階段的中學(xué)生，他們能進(jìn)行初步的邏輯運(yùn)算，但一般還離不開具體事物的支持，還不能組成一個(gè)結(jié)構(gòu)的整體和一個(gè)完整的系統(tǒng)，他們主要是從自己的體驗(yàn)中判斷和感知思維。例如，人站在椅子上，他們都知道椅子對人有支持力，而人站在地面上，他們卻很難感到地面對人的支持作用，這種帶有濃重的主觀色彩的思維，是造成中學(xué)生物理學(xué)習(xí)困難的主要原因之一。

數(shù)學(xué)是學(xué)生最早系統(tǒng)學(xué)習(xí)的學(xué)科之一。在處理抽象的、復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題上，中學(xué)生可以由前提通過邏輯推理得出結(jié)論，他們已經(jīng)習(xí)慣了不管有無具體事物，都可了解形式中的相互關(guān)系與內(nèi)涵的意義，顯示出形式運(yùn)算的基本特征。而面對與生活經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)的物理問題，他們不會(huì)僅僅滿足于“理”上的推導(dǎo)論證，而要尋求“物”中的事實(shí)給予證明。多數(shù)情況下，他們需要憑借具體形象的支持進(jìn)行邏輯推理。物理理論一般都是建立在理想化的模型基礎(chǔ)上，而學(xué)生實(shí)際觀察到的現(xiàn)象并非與之完全相同，這使得中學(xué)生不能找到完全符合“理”的“物”，不能由具體思維過渡到形式思維。

二、從學(xué)生認(rèn)知風(fēng)格上分為“具體型”和“抽象型”

根據(jù)個(gè)體進(jìn)行信息加工所利用的概念水平高低，可把認(rèn)知風(fēng)格分為具體型和抽象型。抽象型的學(xué)生，能夠看到某個(gè)問題的多方面，可以避免刻板印象，能夠容忍情境的模糊度進(jìn)行抽象程度較高的思維。物理學(xué)具有精確性和模糊性辯證統(tǒng)一的特點(diǎn)，從這一點(diǎn)上說，抽象型的學(xué)生適合學(xué)習(xí)物理。而具體型的學(xué)生則能比較深入地分析某個(gè)觀點(diǎn)或情境，但要向他們提供盡可能多的有關(guān)信息，否則很容易造成偏見。具體型的學(xué)生思維特點(diǎn)是“精確、嚴(yán)密的”邏輯推理。絕對“精確”地思考物理問題，相當(dāng)于無法忽視“次要矛盾”，突出主要矛盾處理物理問題，這是學(xué)習(xí)物理的大忌。具體型的學(xué)生可以學(xué)好抽象化程度很高的數(shù)學(xué)，因?yàn)檫@些問題都是形式化的，也需要“相當(dāng)精確性”的思維，只要邏輯推理正確就可以正確解決數(shù)學(xué)問題。但具體型的學(xué)生無法“容忍”物理的“模糊性”，從而造成物理學(xué)習(xí)的困難。他們對物理現(xiàn)象、物理過程及研究對象不善于抓主要矛盾舍次要方面，構(gòu)造簡潔鮮明的物理圖景。他們眼里只有“真實(shí)”而不習(xí)慣“理想”，他們不理解物理上對“輕滑輪”、“質(zhì)點(diǎn)”的處理。什么時(shí)候考慮重力，明明有阻力而不考慮，結(jié)論還精確嗎?

由于從啟蒙開始，學(xué)生就開始學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，加之受“數(shù)理不分家”的影響，許多學(xué)生把物理學(xué)習(xí)等同于物理知識的學(xué)習(xí)，再等同于物理公式的記憶，最后等同于數(shù)學(xué)的運(yùn)算，他們將物理當(dāng)做數(shù)學(xué)來學(xué)，把物理學(xué)成了“無理”。愛因斯坦曾經(jīng)指出：“在建立一個(gè)物理學(xué)理論時(shí)，基本概念起了最主要的作用?！械奈锢韺W(xué)理論都是起源于思維與觀念，而不是公式?！?/p>

三、從物理課程特點(diǎn)上要求學(xué)生具備“形象思維”和“抽象思維”

物理思維分為兩種：形象思維和抽象思維。一般認(rèn)為，形象思維是通過形象來反映和把握事物的思維活動(dòng)，運(yùn)用知覺形象、表象以及想象都是形象思維的基本形式。抽象思維是根據(jù)一定的系統(tǒng)知識，遵循特有的邏輯程序來認(rèn)識事物的思維活動(dòng)。概念、判斷和推理是抽象思維的基本形式。兩種思維各具特點(diǎn)，在學(xué)習(xí)活動(dòng)中反映出來。形象思維通過形象的加工來認(rèn)識客觀事物，而抽象思維則是通過概念的判斷和推理來反映客觀事物。在對事物作結(jié)論時(shí)，形象思維是根據(jù)事物的形象特征，對不同事物的形象進(jìn)行比較，擯棄它們互不相同的特征，對它們的共同特征加以概括。抽象思維是根據(jù)某一種對象和現(xiàn)象或者一系列對象和現(xiàn)象的本質(zhì)方面用概念加以概括。一切物理概念、規(guī)律的表述都是思維概括的結(jié)果，如質(zhì)點(diǎn)、剛體、理想氣體、點(diǎn)電荷、光滑表面、力、功、能等。從概念的原型轉(zhuǎn)化為突出事物特點(diǎn)的典型化的形象過程，是一種形象的概括。從擯棄事物的非本質(zhì)的性質(zhì)，而突出地抽取其本質(zhì)性質(zhì)的過程來說，又是一種抽象的概括。形象思維和抽象思維相輔相成，具有協(xié)同的特點(diǎn)。

物理同樣離不開創(chuàng)新。形象思維和抽象思維都具有創(chuàng)造性，但前者往往具有知覺性，而后者具有邏輯性，兩者不可代替。形象思維所使用的思維材料及思維結(jié)果一般都是加工改造或重新創(chuàng)造出來的形象。形象思維對形象的加工改造，一般都體現(xiàn)在形象的變革上，這種形象的變革往往帶有創(chuàng)造性。例如，藝術(shù)家構(gòu)思人物形象，技術(shù)人員設(shè)計(jì)產(chǎn)品的形象思維都具有這樣的特點(diǎn)。正如原蘇聯(lián)著名物理學(xué)家卡皮查所說：“在科學(xué)發(fā)展的一個(gè)特定階段，在我們必須找出新的概念時(shí)，對于需要這種問題的科學(xué)家來說，知識淵博和傳統(tǒng)訓(xùn)練不是他們最重要的特點(diǎn)，在這種情況下，看來需要的是想象力和十分具體的思想，尤其需要大膽，在必須尋求新的基本概念時(shí)，在數(shù)學(xué)中極需要的嚴(yán)格合乎邏輯的思想會(huì)對科學(xué)家的想像力起阻礙作用?！倍橄笏季S的材料和結(jié)果都是一些概念和判斷，它的過程要遵循一定的邏輯規(guī)則。因此，它的創(chuàng)造性受到邏輯的制約，像歸納推理、類比推理都具有較強(qiáng)的創(chuàng)造性。

物理思維能力主要包括：物理抽象能力、物理概括能力、判斷推理能力、綜合分析能力、發(fā)散思維等。物理思維的基本方法是：分析、綜合、比較、抽象、概括、直覺想象等。例如，對實(shí)際問題進(jìn)行合理簡化，把實(shí)際問題簡化為典型物理問題，把復(fù)雜事物抽象為物理模型或歸人典型的物理過程，這需要物理抽象能力；把同類物理事件概括為普遍結(jié)論，將實(shí)際問題中的物理本質(zhì)提煉出來，這需要物理概括能力；對物理命題的合理性作出判斷，對各種獨(dú)立的物理現(xiàn)象間的異同點(diǎn)作比較，找出物理現(xiàn)象或物理過程的因果關(guān)系，利用歸納法進(jìn)行推論，利用演繹推理得出結(jié)論，利用類比法進(jìn)行推理，這都需要物理判斷和推理能力；把研究對象從整體中隔離出來加以分析，把復(fù)雜的物理過程分解為若干個(gè)子過程加以討論，綜合運(yùn)用各部分物理知識解決一個(gè)問題，全面考慮問題的各種因素后綜合得出正確結(jié)論，這需要物理綜合分析能力。找出對同一物理問題的不同解法，用簡捷的非常規(guī)的方法解決物理問題，全面探討物理問題的各種結(jié)果，提出探索性問題或新見解需要發(fā)散思維。

物理學(xué)不僅是一門科學(xué)，它還是一種智慧。物理學(xué)在它的發(fā)展歷程中，形成了一系列獨(dú)特而卓有成效的思想和方法，對整個(gè)自然科學(xué)乃至社會(huì)科學(xué)的發(fā)展都有貢獻(xiàn)，具有其他學(xué)科無法比擬的優(yōu)勢與作用。中學(xué)生學(xué)習(xí)物理的目的，并不是為了明天去進(jìn)一步研究物理，著名教育家斯金納說得好：“學(xué)生將學(xué)過的東西忘得一干二凈時(shí)，最后剩下來的就是教育的本質(zhì)了?！边@稱之為本質(zhì)的東西就是思維方式與價(jià)值觀念，它們構(gòu)成了文化基因的核心。

責(zé)任編輯張茂林