淺談如何培養(yǎng)學生的物理思維方法

何利

摘要：物理思維方法的缺乏是很多學生感到物理難學的重要原因，在物理教學中如何有效的培養(yǎng)學生的物理思維方法是每位物理教師應(yīng)該研究的問題。文章結(jié)合當前學生學習物理的特點，以教學過程中的具體事例闡述了如何培養(yǎng)學生的物理思維方法。

關(guān)鍵詞：物理思維；物理現(xiàn)象；物理概念；物理規(guī)律

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2013）5（S）-0019-3

物理學科的教學最根本的目標是使學生在學習物理知識的過程中，掌握物理分析、思維方法，培養(yǎng)學生運用物理知識解決問題的能力。

但是相當一部分學生的學習方法跟上述教學目標的要求背道而馳。主要表現(xiàn)可概括為“三脫離”：（1）脫離實際生活、生產(chǎn)中的物理現(xiàn)象，死記硬背物理概念和物理規(guī)律；（2）脫離豐富多彩的物理過程，把物理公式純數(shù)學化，不問來源和適用條件，運用時死搬硬套；（3）脫離物理知識的整體結(jié)構(gòu)，死記硬背大量零碎的、孤立的知識點。所以在物理教學中，如何幫助學生克服“三脫離”的僵死的學習習慣，塑造良好的認知結(jié)構(gòu)，是一個值得探討并努力解決的問題，在此，筆者粗談一些淺見，望同仁專家賜教。

1.以現(xiàn)象為依據(jù)，實驗為基礎(chǔ)，數(shù)學為工具

物理概念的形成和定義，物理規(guī)律的歸納和總結(jié)，無一不以現(xiàn)象為依據(jù)，以實驗為基礎(chǔ)，因此筆者在教學和實踐中，努力做到以下三點。

1.1重視觀察和實驗的重要性

在觀察和實驗中引導學生，注意尋找物理特征，以幫助學生形成具體、生動的物理圖象。

如在《自由落體運動》一節(jié)的教學中，筆者并沒有一開始就采用毛錢管實驗，而是設(shè)計了以下五個實驗作為鋪墊：

（1）粉筆頭和硬紙板平放同時下落——落地時間明顯不同。

引導學生思考：亞里士多德說重物落得快，為什么我們的實驗恰恰相反。

（2）粉筆頭和硬紙豎直同時下落——落地時間基本相同。

引導學生思考：為什么實驗結(jié)果與（1）不同。

（3）粉筆頭和錫箔同時下落——落地時間明顯不同。

（4）錫箔揉成紙團與粉筆頭同時下落——落地時間基本相同。

引導學生思考：（3）、（4）兩個實驗說明了什么？

（5）直徑相同的小鋼球和塑料球同時下落——落地時只聽到一次響聲，已分辨不清落地的先后。

通過以上五個簡單實驗。學生對亞里士多德“重物落得快”的說法，已持否定態(tài)度，并從感性上已認識到物體下落的快慢并不取決于物體的輕重，而是由于受到空氣阻力的影響。在這個基礎(chǔ)上，再演示毛錢管實驗，強調(diào)管中已基本被抽成真空，這樣，就把自由落體運動的主要特征——“只受重力”突出來了，自由落體運動的性質(zhì)和規(guī)律也就水到渠成地得出了。

1.2物理概念的形成和定義的建立要充分展示其實踐基礎(chǔ)

中學生頭腦已儲存不少生活圖景和感受，這為物理概念的形成和定義的建立提供了一定的素材。我們的教學過程就要充分喚起學生頭腦中已有的表象，引導他們?nèi)シ治?、提煉出信息的物理特征，使學生在堅實的實踐基礎(chǔ)上，形成科學的概念。

例如“動量”是高中物理中難以理解和掌握的重要物理概念，筆者在教學中是這樣引入的：“乒乓球與鉛球以相同的速度向你飛來，你的感受會一樣嗎？”，“足球場上兩名隊員以大小相同的速度相撞，可能被撞倒的是誰呢？”通過一系列類似的例子，激發(fā)學生的思維，在這樣的基礎(chǔ)上，歸納出“運動物體的作用效果不但與物體的速度有關(guān)，而且還與物體的質(zhì)量有關(guān)”的結(jié)論，為“動量”概念的形成和定義的建立提供了生動、鮮明的物理形象。

1.3深入了解學生認識結(jié)構(gòu)的弱點，努力滲透物理思想方法的教育

物理規(guī)律是對大量物理現(xiàn)象，通過去粗取精、去偽存真，突出主要特征，忽略次要因素而錘煉出來的科學結(jié)論，它源于實踐，又高于實踐。教學往往從學生已有的感性認識人手，但是，正如愛因斯坦指出的那樣：“根據(jù)直接觀察所得到的直覺的結(jié)論，不是常?？煽康?。”例如，力學的中心課題是力和運動的關(guān)系，古希臘哲學家亞里士多德憑直接的觀察做出了不少的錯誤論斷。直到十七世紀，伽利略通過理想實驗和抽象思維，才把亞里士多德的許多錯誤論斷修正過來。牛頓正是在這一基礎(chǔ)上，總結(jié)出了著名的三大運動定律，建立起輝煌的牛頓力學。

如何在教學過程中滲透這些物理思想方法，筆者首先分析了中學生認知結(jié)構(gòu)的一些弱點，他們雖有一些感性認識，但信息容量有限，有序化的程度不高，開放性也差。針對這種情況，教學中宜采用由淺入深、層層剖析，由易到難，由感性到理性，由形象到抽象的教學序列。

例如在《牛頓運動定律》的教學中，筆者提出如下問題供學生思考：

（1）一般說“小個靈活大個笨”的物理原因是什么？

（2）跳高運動員腳蹬跳板的力越大，跳得越高，這是因為力越大，慣性越大，對嗎？

（3）限制車輛的行駛速度，使它在必要時比較容易停下，這說明速度越小，慣性就越小，對嗎？

（4）行駛的自行車，要使它停下來有兩種法，一是腳不再蹬，二是腳不蹬的同時手捏緊剎車閘，后者停得快些，這說明阻力越大，慣性越小，對嗎？

上述現(xiàn)象學生是熟悉的，但要用物理觀點正確理解并解答，卻要花一番功夫。因此，經(jīng)常喚起學生頭腦中已有的生活景象，引導他們用物理的觀點去思考、分析，幫助他們把生活景象升華為物理圖景，納入物理知識的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，這就使學生所認知的物理知識根植于肥沃的土壤中，必然是開花結(jié)果，豐收在望。

2.物理概念和規(guī)律的表述具有嚴密的邏輯性

學生在學習物理的過程中，容易出現(xiàn)只記公式，而對公式的物理內(nèi)容不求甚解的毛病。因而在解題過程中，也不去仔細分析物理過程，而是死搬硬套公式，為了幫助學生克服這一障礙，筆者在教學中注意做好如下三點。

2.1對描述物理概念的定義式，著重強調(diào)其實驗（實踐）基礎(chǔ)

如電阻的定義式，著重點明歐姆實驗的初衷是要研究導體中的電流強度跟加在導體兩端的電壓的關(guān)系，而在實驗過程中，發(fā)現(xiàn)電流的強弱不但與電壓有關(guān)，而且與導體的某種特性有關(guān)，這一特性在實驗中表現(xiàn)為比值U/I對于同一導體是個恒量，對于不同的導體這個恒量不同。這就使學生對電阻概念的理解建立在堅實的實驗基礎(chǔ)上。接著強調(diào)電阻的定義式R=U/I與歐姆定律的表達式I=U/R在數(shù)學上是等效的，但反映的物理內(nèi)容是截然不同的。

2.2真正理解物理公式豐富的物理內(nèi)涵

對用比值定義的物理量，著重把比值整體描述的對象及其性質(zhì)跟比值所用的已有的物理量描述的對象及其性質(zhì)嚴格區(qū)別開。如前所述電阻R=U/I，描述的對象是導體，反映的是導體阻礙電流的特性。而所用的已有物理量電壓是由外部提供的，電流是外部條件通過導體本身屬性而體現(xiàn)出來的一種表象。不管U與I如何變化，對一根導體來說，其電阻是不變的（不考慮溫度的影響）。這樣，才能真正理解物理公式豐富的物理內(nèi)涵，而不至于把它們當成干巴巴的數(shù)學形式。

2.3使豐富的物理內(nèi)容和簡潔的數(shù)學形式整體呈現(xiàn)

物理學常常以極其簡潔的數(shù)學形式揭示深刻的物理規(guī)律，如牛頓第二定律、歐姆定律等。也許正因為簡潔，部分學生往往就把它們簡單化了。學生往往把物理公式純數(shù)學化，任何一個物理公式都是直接或間接地建立在大量的實驗基礎(chǔ)上。反映著特定條件下的豐富的物理內(nèi)容，如果不弄清楚其產(chǎn)生基礎(chǔ)和適用條件，而認為只要記住公式就行，勢必要犯錯誤。

例如“剎車問題”中經(jīng)常出現(xiàn)汽車開始剎車后，時間t內(nèi)汽車的位移。而給出的時間常常大于汽車停止所需要的時間，如不加以分析，就亂公式勢必得出錯誤的結(jié)果。這類問題雖簡單，但旨在培養(yǎng)學生對物理過程分析的習慣和能力。為了使學生能真正掌握物理規(guī)律的數(shù)學形式。筆者在每個物理規(guī)律教學時，都要強調(diào)以下四個方面的問題：（1）實驗基礎(chǔ)；（2）物理過程分析；（3）公式中各物理量間的制約關(guān)系；（4）公式的適用條件。

總之使豐富的物理內(nèi)容和簡潔的數(shù)學形式以統(tǒng)一和諧的整體呈現(xiàn)在學生面前，是有效的教學方法之一。

3.摒除零碎知識堆積靈活運用物理規(guī)律

大量的、零碎的物理內(nèi)容的堆積，不等于物理認知結(jié)構(gòu)的形成，更談不上能力的培養(yǎng)。一些學生在學習物理過程中，脫離物理知識的整體結(jié)構(gòu)，死記大量零碎的知識點，不能靈活運用物理規(guī)律。為了解決這一問題，筆者在教學中力求做到如下三點。

3.1通過背景介紹，了解知識形成過程

在進行概念和規(guī)律教學時。適當介紹其形成、產(chǎn)生和建立的背景，使學生能從科學發(fā)展史和人類認識史中去了解知識的形成過程。例如：從惠更斯提出“活力”的概念到“動能”定義的建立，從笛卡兒對“動量”的初步認識到牛頓對“動量”更加準確的定義，從光學發(fā)展史歸納出光的波粒二象性，以及中子發(fā)現(xiàn)的曲折而又有趣的過程等。這些史實的介紹對學生認知結(jié)構(gòu)的形成大有裨益。

3.2有效、及時地進行章節(jié)、單元的復習、歸納和總結(jié)

章節(jié)、單元的復習總結(jié)，不是面面具到的知識羅列，不是機械的知識堆砌，而是把點連成線，把線織成網(wǎng)。形成一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，回歸知識的本來面目，使學生從整體上去把握知識系統(tǒng)本身的邏輯聯(lián)系。

歸納總結(jié)的具體形式很多，如列成表格，畫出圖表，組織框架、類同集萃，同中求異，異中求同等等，通過種種具體形式，幫助學生系統(tǒng)地掌握基礎(chǔ)知識，理解知識脈絡(luò)，抓住關(guān)鍵，突出重點，進一步挖掘內(nèi)涵，開拓外延，從而激發(fā)學生的擴散思維，逆向思維，求異思維等創(chuàng)造性思維能力。只有通過系統(tǒng)的復習、歸納和總結(jié)，才能使學生在掌握物理知識結(jié)構(gòu)的過程，不斷接受物理思想方法，逐步塑造起自己的良好的認識結(jié)構(gòu)，發(fā)展智力，提高能力也才有堅實的基礎(chǔ)。

3.3精選習題，分類講評

教師要精選（編）習題，講評時要“淺題深析”，有些題要“深題淺釋”。題目的優(yōu)劣不在于深淺難易，而在于能否突破一點，帶動全局。而所謂搞深搞透，就是不以題論題，受題限制，只滿足于得到正確答案。對于看似淺顯的題目，要認真分析習題涉及的知識點在有關(guān)知識系統(tǒng)中的地位以及和其它知識點的聯(lián)系，有利于從全局出發(fā)，采取最優(yōu)手段來解決，從而達到引起聯(lián)想，激發(fā)思維的目的，這就是所謂的“淺題深析”之要義。對于綜合性的習題，即所謂難題深題，則要在弄清楚題目描述的物理過程的基礎(chǔ)上，分析它涉及到的知識點，這一知識點由什么規(guī)律聯(lián)系著，然后正確選用規(guī)律去解決它。這就是所謂“深題淺釋”的意思。

“淺題深析”和“深題淺釋”，看似異曲，實則同工，目的都是培養(yǎng)學生從整體上掌握各知識點的具體內(nèi)容，更重要的是要掌握各知識點的內(nèi)在聯(lián)系，以便發(fā)揮知識系統(tǒng)的整體功能，提高學習效率。

眾所周知，教學是雙邊活動。詩云“若說琴上有琴聲，放在匣中何不鳴。若說聲在指頭上，何不俯耳指上聽”，指、琴的合用，方能奏出美妙的樂曲。從教育學的觀點看，教師要不斷改進和完善自己的教學，必須獲得三種信息，即教學方法和教學內(nèi)容的信息，學生反饋的信息，教師自身行為的信息，其中，學生反饋的信息是中心的一環(huán)。教是為了學，只有不斷從學生中獲得反饋信息，并用心加以分析研究，才能有效地調(diào)控教師自身沿正確軌道不斷前進。

（欄目編輯 劉榮）