試論大學生科學思維能力的培養(yǎng)

肖 琴

（山西廣播電視大學臨汾分校，山西 臨汾 041000）

試論大學生科學思維能力的培養(yǎng)

肖 琴

（山西廣播電視大學臨汾分校，山西 臨汾 041000）

從物理抽象和概括能力、物理判斷、推理能力和物理綜合分析的能力等幾方面探討大學生通過物理學習培養(yǎng)其科學思維能力。

物理；科學思維；科學抽象概括；判斷；推理；綜合分析能力

大學生物理學習過程中，在教師的引導下形成和提高自身的物理科學思維能力，是大學物理學習的一個很重要的目的，也是推動社會進步和促進科學技術發(fā)展對人才培養(yǎng)的要求?？茖W思維是一種建立在事實和邏輯基礎上的理性思考。學生學習物理時總是從感知開始，通過對物理對象、物理過程、物理事實、物理現(xiàn)象等感性材料加以去粗取精，由表及里地認識物理事物的本質(zhì)和內(nèi)部聯(lián)系，也就是經(jīng)過比較、分析、綜合、抽象、概括，達到對物理事物認識的理性階段。這種物理學習過程中由感性認識到理性認識的過程統(tǒng)稱為物理科學思維。

論文結(jié)合教學實踐對大學生物理科學思維能力的培養(yǎng)進行論述，通過對物理學中幾種科學思維能力的闡述，探討在物理學習中如何培養(yǎng)學生的科學思維能力，從而提高學生分析問題、解決問題的能力。

一、物理科學抽象和概括能力的培養(yǎng)

客觀存在的物理對象、物理過程、物理事實、物理現(xiàn)象等，往往是錯綜復雜的，這些物理事物可能處于多種條件下而具有多方面的特性。然而，在一定的物理現(xiàn)象中，并不是所有的物理條件、所有的物理性質(zhì)都起著同等重要的作用。因此，為了研究方便，采取暫時舍棄個別的、非本質(zhì)的因素，突出其主要的、本質(zhì)的因素，這種物理學中的科學的處理方法叫做科學抽象和概括。

（一）運用理想化模型培養(yǎng)學生物理科學抽象概括能力

物理理想化模型是對實際的物體和現(xiàn)象進行研究時，通過分析、綜合和高度的抽象、概括而建立的理想客體和過程。建立理想化模型是物理學中分析問題和解決問題的重要思維方法，理想化模型能清晰反映問題本質(zhì)，有利于分析和發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

培養(yǎng)學生建立理想化模型，首先要讓學生領會它是一種重要的科學研究方法，同時要教會學生在一定范圍內(nèi)，在要求誤差允許的條件下，可以把許多實際物體或現(xiàn)象發(fā)生、發(fā)展的過程看作是某個理想化模型，這樣把復雜的、具體的物體或過程，用簡化的模型來代替，突出問題主要矛盾，找出其中的主要規(guī)律，簡化問題，再考慮次要因素進行修正，問題就容易得到逐步解決。例如：對于在地面附近的速度不太大的拋體運動的研究，就是通過建立理想化模型得出結(jié)論的。實際拋體的運動受許多因素的影響，如拋體的質(zhì)量、大小和形狀、地球引力、空氣阻力、風力、風向、當?shù)鼐暥?、拋體高度等。如果想一下子把握所有這些情況，企圖按照它實際發(fā)生的“本來面目”去“如實地反映”，那么，我們就無從下手，寸步難行。而伽利略在研究過程中，先在大腦中形成拋體在理想條件下所進行的理想化的過程，忽略了空氣阻力、風速、風向、拋體的轉(zhuǎn)動等許多次要因素的影響，因而很容易就得出了這種逼近真實情況的結(jié)論。

（二）運用物理理想化實驗培養(yǎng)學生物理科學抽象概括能力

理想化實驗又叫做“假想實驗”或“思想實驗”,是人們在思維中以真實實驗為基礎，在理想條件下，經(jīng)過邏輯推理，充分發(fā)揮想象力的一種思維過程。

理想化試驗學習過程中，使學生學習并知道理想化試驗是以思維展開的實驗。但它不是人們主觀臆造的，它必須以真實的科學實驗為基礎，以科學事實為依據(jù)，運用邏輯推理揭示物理世界的內(nèi)在聯(lián)系，建立規(guī)律。理想化實驗的運用使復雜的研究對象變得簡單,有利于發(fā)現(xiàn)研究對象的本質(zhì)及其規(guī)律。例如，卡諾循環(huán)就是一種理想實驗。為了研究熱機的效率，需要研究熱機中所發(fā)生的熱力學過程，但熱機中所發(fā)生的過程十分復雜，卡諾對熱機中的熱力學過程進行抽象，設計了一臺理想熱機，這種熱機中進行的熱力學過程是一種理想過程——卡諾循環(huán)。卡諾假設工作物質(zhì)只與兩個恒溫熱源交換熱量，沒有散熱、漏氣、摩擦等損耗。為使過程是準靜態(tài)過程，工作物質(zhì)從高溫熱源吸熱應是無溫度差的等溫膨脹過程，同樣，向低溫熱源放熱應是等溫壓縮過程。限制只與兩熱源交換熱量，脫離熱源后只能是絕熱過程。在這個理想實驗的基礎上，得出了卡諾定律，成功研究了熱機效率。

學生通過理想化實驗的學習知道，理想化實驗可以超越當時的科學技術水平，達到完全簡化或純化的境地。它們具有較大的概括性和預見性，從而培養(yǎng)了學生的抽象和概括能力。

（三）運用物理概念培養(yǎng)學生物理科學抽象概括能力

概念是抽象思維的最基本的思維形式，是事物本質(zhì)屬性的反應。物理概念就是客觀事物的物理共同屬性和本質(zhì)特征在人們頭腦中的反映。物理概念的建立，同樣是對同類物理事物、物理現(xiàn)象進行科學的抽象和概括的結(jié)果。

在物理概念的講授過程中，要深入揭示物理概念中的因果關系，不僅要使學生搞清楚物理概念所反映的物理現(xiàn)象、物理過程的本質(zhì)，而且要使學生明確建立物理概念的事實依據(jù)，引導學生在感性材料的基礎上運用分析、綜合、比較、抽象、概括等方法得出物理概念，通過對概念的講解，培養(yǎng)學生的科學抽象和概括能力。例如，在講電阻的概念時，可以通過對實驗數(shù)據(jù)進行分析、綜合，并對實驗結(jié)果進行抽象概括而得出電阻的概念。對同一導體，當U變化時，I也變，但U/I不變，抽象出U/I與U和I無關；對于不同的導體U/I不同。在這個基礎上抽象概括得出，電阻是一個只與導體本身有關的物理量，與電壓和電流無關。繼續(xù)對實驗數(shù)據(jù)進行分析、比較，當U一定時，U/I大時，I小；U/I小時，I大。U/I反映了導體對電流的阻礙作用，因此我們定義R=U/I為導體的電阻。

二、物理科學判斷、推理能力的培養(yǎng)

判斷、推理也是物理思維能力的基本形式。所謂判斷，是運用概念對事物、現(xiàn)象作出肯定或否定結(jié)論的思維形式。推理，是根據(jù)一個判斷或一些判斷推出另一個新的判斷的思維形式。根據(jù)思維進程的不同，推理可分為歸納推理、演繹推理、類比推理。

（一）物理科學判斷能力的培養(yǎng)

物理學中判斷可以分為簡單判斷和復合判斷兩種。簡單判斷是由兩個概念組成、用簡單詞句表達的判斷。例如，“一切物體具有慣性”便是一個簡單判斷。復合判斷是由兩個以上的概念組成，具有并列存在性質(zhì)的判斷。例如，“如果給金屬加熱，則它的溫度會升高?！笔且粋€復合判斷。 要提高學生們的科學判斷能力，首先要求學生們加深對概念的把握，不僅要掌握概念所反映的物理現(xiàn)象、物理過程所特有的本質(zhì)屬性，還要掌握物理變化所涉及的規(guī)律、原理、趨向。其次必須經(jīng)過科學的、反復的實驗與觀察，只有經(jīng)過大量的實驗觀察和嚴密的邏輯分析，探索出事物與屬性之間的必然的因果聯(lián)系，才能得到正確的結(jié)論。經(jīng)過如此反復的鍛煉，學生的科學判斷能力才會提高。

（二）物理歸納推理能力的培養(yǎng)

歸納推理是由一些個別的、特殊的判斷推出一般的判斷的思維方式，也就是從個別的或者只具有一定程度一般性的知識中導出一般的或者比一般性更大的知識的推理。

要提高學生們的歸納推理能力，需要注意歸納推理的具體步驟：搜集材料。即通過觀察、實驗，得到大量的感性材料；整理材料，即將材料歸類，并得出反映事物外部特征和條件的判斷；抽象概括，即經(jīng)過分析、綜合、比較等，排除無關的、非本質(zhì)的因素，抽象出各個本質(zhì)的因素，概括出一般性的規(guī)律。培養(yǎng)學生以觀察、實驗得到的事實為基礎，并以由此得出的一個個判斷為依據(jù)，找出事物的本質(zhì)因素，概括出事物的一般規(guī)律。

（三）物理科學演繹推理能力的培養(yǎng)

演繹推理是由一般性的判斷推出個別性的判斷的推理。也就是說，它是從一般規(guī)律演繹推出個別規(guī)律的思維形式。

物理中的演繹推理建立在實驗的基礎之上，培養(yǎng)學生用已為實驗證實的物理原理演繹物理結(jié)論。在講授物理新知識時，培養(yǎng)學生運用演繹推理由已有知識產(chǎn)生新知識，是物理學習中由已有知識產(chǎn)生新知識的重要方法。在培養(yǎng)學生科學演繹推理能力時，要培養(yǎng)學生從已知的一般性結(jié)論演繹推出個別規(guī)律。演繹推理的大前提來源于已為實驗證實的物理原理，演繹的結(jié)論也需要實驗的檢驗，因此物理中的演繹推理是建立在實驗的基礎之上的。

（四）物理科學類比思維能力的培養(yǎng)

類比是根據(jù)兩類事物有某些屬性相同或相似，而推出它們在其他屬性上也可能相同或相似的思維形式。類比是以比較為基礎,通過對兩類事物進行比較,找出它們的相同點和相似點,在此基礎上，把一類事物的已知屬性,推演到另一類對象中去,對后者得出一個新認識。

讓學生掌握科學的類比思維方法，老師要盡可能多地運用類比法進行物理知識的講解，比如講電流的概念時，可運用水流來類比；講電壓時，可用水壓來類比；講電勢能可用重力勢能量來類比等等，把這種方法融入到物理課的教學中，可使學生從個性中抓住共性，從而做到“觸類旁通”、“化抽象為具體”、“溫故而知新”、“舉一反三”的作用。

三、物理科學綜合分析的能力的培養(yǎng)

物理綜合分析的能力，是指一種綜合性分析物理問題的能力，是在整體的考慮下把問題分解為局部進行研究，再把各部分匯為整體，綜合運用各部分物理知識，得出正確結(jié)論的思維能力。

（一）培養(yǎng)學生把整體分解為局部的能力

物理綜合分析的能力，首先表現(xiàn)在把整體分解為局部的能力。

培養(yǎng)學生在解決物理問題時，將物理現(xiàn)象和物理過程中相互牽制、相互滲透、共同起作用的眾多因素，首先逐個隔離，然后分別進行分析。只有這樣，才能揭露物理問題中每個因素的本質(zhì)，明確各個因素的作用和它在整個物理事物或物理現(xiàn)象中的地位。只有在分析了每個因素的基礎上，才能把握和利用它們。

培養(yǎng)學生在對復雜的物理過程進行分析時，首先要把整個物理過程分解成局部。一個復雜的物理過程總是包含著若干個子過程，每個子過程之間必定又存在著一定的因果關系。把整個復雜的物理過程分解為各個子過程加以研究，然后找出各個子過程之間的相互聯(lián)系，最后，再將它們綜合起來得出物理問題的結(jié)果。

（二）培養(yǎng)學生把局部聚為整體的能力

物理綜合分析的能力，還表現(xiàn)在把各部分匯為整體的能力。

培養(yǎng)學生物理綜合分析的能力，需要注意培養(yǎng)學生在對物理事物的局部分析、了解后，再把物理事物中的各個屬性結(jié)合起來，深入挖掘與物理事物有關的全部因素，并從整體上、本質(zhì)上去把握它們，全面、綜合地分析物理問題的各種因素。

培養(yǎng)學生能夠有意識地調(diào)動頭腦中不同領域的知識經(jīng)驗，去解決同時涉及不同部分物理知識的問題。有很多物理問題，會同時涉及物理學中力、熱、光、電磁學、原子物理等部分中的至少兩部分中的內(nèi)容，這種物理問題對學生的要求更高，這種問題要求的知識跨度大，因此學生頭腦中常常沒有相應的現(xiàn)成知識組塊，所以必須注重學生這類物理問題的練習，幫助學生在頭腦中形成相應的知識組塊，這樣在遇到涉及不同物理知識的物理問題時，學生能夠迅速地在頭腦中對知識進行檢索、提取和組合。

［1］田世昆.物理思維論［M］.桂林：廣西教育出版社，1996.

［2］梁樹森.物理學習論［M］.桂林：廣西教育出版社，1996.

［3］張大松.科學思維的藝術:科學思維方法論導論［M］.北京：北京科學出版社,2008.

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