淺談高中物理教學中形象思維能力的培養(yǎng)

【摘 要】高中物理教學要高度重視培養(yǎng)學生的形象思維能力，具體的策略有：豐富學生的表象儲備，增加形象思維素材；培養(yǎng)學生運用物理形象進行形象思維的習慣；培養(yǎng)和發(fā)展學生的想象力。

【關鍵詞】高中物理教學；形象思維；能力培養(yǎng)

培養(yǎng)學生思維能力是高中物理教學的重要目的和要求。形象思維與抽象思維是兩種基本的思維形態(tài)，傳統(tǒng)的高中物理教學相對重視學生抽象思維、邏輯思維的訓練，較為忽視對學生形象思維能力的培養(yǎng)。這種忽視物理學的形象思維的教學，往往使學生頭腦中未能建立起與物理知識相應的形象，構筑不起與物理知識相應的物理圖景，制約了學生對物理學的學習和掌握。因此，我們高中物理教師在教學中要高度重視培養(yǎng)學生的形象思維能力。

1.物理形象思維的特點

物理形象思維是以物理表象為思維材料而進行的思維，物理形象思維具有的特點是：形象性、二維性、動態(tài)性、創(chuàng)造性。

1.1 形象性

形象性是物理形象思維的最基本、最重要的特征。物理學中的形象材料非常豐富，在物理學習和研究物理事物的過程中，思維對象都具有形象性。①物理研究對象具有形象性；②物理的運動、發(fā)展過程及在此過程中產(chǎn)生的現(xiàn)象具有形象性；③物理學中人類創(chuàng)造的觀念具有形象性；④物理實驗具有形象性。

1.2 二維性

物理形象思維的過程是感覺—知覺—具象—概象—意象。即人們首先通過感官感知事物，然后大腦對事物形成記憶中的具象，再經(jīng)過對儲存在大腦中的大量同類具象經(jīng)過分析、綜合、抽象、概括的加工過程，形成反映同一類事物共同的、本質(zhì)特征的概像，再通過分割、整理、重新組合這些概像，最終形成創(chuàng)造性的、具有理性內(nèi)容的意象。由此可見，物理形象思維必須從多方面、多角度、多渠道對物理事物的形象進行思維，每一步之間不像物理抽象思維那樣前后連貫、線性地，具有必然的一維性因果關系，因此，形象思維具有二維性。

1.3 動態(tài)性

動態(tài)性是物理形象思維的重要特征。因為物理形象思維的對象常常是動態(tài)的。如簡諧振動、帶電粒子在電磁場中的偏轉、波的傳播等物理過程都是動態(tài)的。

1.4 創(chuàng)造性

物理形象思維的三種基本形式是表象、直感、想象，其中想象是對已經(jīng)儲存在頭腦中的表象加工、改造、形成新表象的過程，因此可以說物理形象思維具有創(chuàng)造性。在物理學史上，許多理論和觀念都是物理形象思維的結果，如質(zhì)點、理想氣體、場、夸克、黑洞、原子的核式結構等都充分體現(xiàn)了物理形象思維的創(chuàng)造性。

2.形象思維在物理學中的作用

無論是在物理學的發(fā)展過程，還是在物理學的學習過程，形象思維都具有無可替代的重要作用，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 形象思維是提出物理假說的重要途徑

物理學的發(fā)展離不開形象思維，物理理論的形成，一般經(jīng)過五個階段：提出問題—搜尋事實—捕獲信息—建立假說—形成理論。在建立假說階段，起作用的往往是物理形象思維。愛因斯坦指出：“要指向理論的建立，當然不存在邏輯的道路，只有通過構造性的嘗試去摸索，而這種嘗試是受支配于對事實知識的慎密考查的。”粲夸克的預言、盧瑟福原子核式模型假說的提出、愛因斯坦光子假說的提出等都是物理形象思維的結晶。

2.2 形象思維為物理學習提供形象支柱

物理學的學習過離不開形象思維，形象思維為物理學習提供形象支柱。

2.2.1 形象思維有助于建構理想化的形象

建構理想化的形象，雖然需要抽象思維，但必須經(jīng)過形象思維對感知到的物理事實進行加工、改造，形成物理事物的表象，并且抓住主要表象、舍棄次要表象，形成具有該類物理事物共同本質(zhì)特征的概象，然后才能抽象出理想化形象。離開了形象思維，就無法形成理想化本質(zhì)形象。物理學中的理想模型、理想過程、理想實驗都是形象思維和抽象思維共同作用的結果，而形象思維在此過程中提供思維的內(nèi)容和材料，為抽象思維奠定形象基礎。

2.2.2 形象思維有助于促進概念的理解和掌握

物理概念是對同一類事物物理共同本質(zhì)特征的高度概括和抽象，物理概念的形成是從具體到抽象的過程，實際上是抽象思維和形象思維相互作用的過程；學生對概念的理解和掌握還需要從抽象到具體的過程，這一過程需要依靠形象思維，充分發(fā)揮想象力。因此，形象思維對概念的理解和掌握有促進作用。

2.2.3 形象思維有助于促進物理規(guī)律的理解和掌握

形象思維對物理規(guī)律的理解和掌握同樣有促進作用。物理學中許多重要的理論模型和規(guī)律如分子結構、原子結構、理想氣體模型、萬有引力定律、狹義相對論中的洛倫茲變換等，只有充分發(fā)揮形象思維的想象力，建立起清晰的表象，才能有效地加以把握和理解。

2.2.4 形象思維有助于分析運動過程和習題教學

物理問題的解決需要有極強的目的性和方向性，解決問題時，必須借助于形象思維。首先，要要搞清物理情景，明確研究對象、受力分析、過程分析、畫出示意圖，建構典型具體形象，對物理問題有完整、形象的認識；其次，將具體的物理形象抽象為理想化形象，通過對比、概括，有目的引導解題活動向著預想的方向發(fā)展；最后，估計采用解法的可行性，選擇合適的規(guī)律和公式解題。因此，形象思維有助于學生對物理問題的整體把握和定性分析，有助于習題教學。

2.2.5 形象思維有助于提高實驗教學的效果

形象思維對物理實驗教學效果有促進作用。實驗裝置具有空間形象，實驗過程具有動態(tài)形象，實驗形象具有生動的直觀可感（上接第186頁）形象，實驗結果分析常常需要數(shù)學圖形的形象。因此，形象思維能力的高低影響著實驗設計、實驗操作、實驗分析、實驗探究、實驗開發(fā)等實驗的教學效果。

2.2.6 形象思維有助于創(chuàng)造能力的培養(yǎng)

物理形象思維的過程實質(zhì)是運用想象定性分析物理問題的過程，這一過程中，物理形象思維可以把人腦的“潛知”充分調(diào)動起來而產(chǎn)生靈感，直覺和靈感不是無根據(jù)的猜測，而是運用形象思維的結果；同樣，在物理研究方面，形象思維總是起到先導作用，例如，學生的小實驗、小設計、小發(fā)明、小創(chuàng)造都離不開形象思維的創(chuàng)造性的意象。因此，形象思維對于創(chuàng)造能力的提高至關重要。

3.高中物理教學中形象思維能力的培養(yǎng)策略

形象思維能力在高中物理學習中有著重要的作用，高中物理教學中培養(yǎng)學生的形象思維能力有如下策略。

3.1 豐富學生的表象儲備，增加形象思維素材

表象是進行想象的基礎，想象是對表象的再創(chuàng)造，只有積累了豐富的表象才能進行想象、聯(lián)想等形象思維活動。因此，擁有豐富而又正確的表象是形象思維的基礎，我們教師要千方百計豐富學生的表象儲備，增加形象思維素材。具體通過以下三方面進行：

3.1.1 加強實物展示，強化形象化教學

表象作為形象思維基本材料，并不是頭腦中憑空臆造出來的，它根源于現(xiàn)實中的具體形象，離開了現(xiàn)實中的具體形象，形象思維就成了無源之水、無本之木。因此，在物理教學中我們要充分開展形象化教學，從所講授的概念、規(guī)律、問題的需要出發(fā)，運用實驗、模型、板畫、幻燈等多種直觀的教學手段，向?qū)W生展示豐富多彩的感性材料，使學生通過眼、耳、鼻、舌、皮膚等多種外部感覺器官的感知，獲得對物理現(xiàn)象的充分感知，從而在頭腦中建立起正確的物理表象。

3.1.2 巧用直觀語言，形象喚起學生已有經(jīng)驗

形象不僅可以由視覺圖像來提供，也可以通過語言描述來構想，認知心理學家認為，表象是圖像、語言雙重編碼的，圖像和語言在一定條件下可以互譯。所以恰當運用直觀語言可以為學生創(chuàng)設物理形象。例如，為了說明兩個帶電體之間的靜電力是通過電場來傳遞的，可以說成一個帶電體“浸”在另一個帶電體產(chǎn)生里，受到了該電場的作用力，一個“浸”字可以讓學生浮想聯(lián)翩，感受到電場的存在，并形成電場的形象。

因此我們教師在教學過程中，還要運用準確、形象、科學而又生動的語言描述學生已感知過的物理圖景、物理現(xiàn)象及物理過程，以喚起學生頭腦中已有的物理形象，從而使學生獲得相關知識的物理表象。如在講光的直線傳播時，可讓學生回憶夜間汽車車燈或手電筒射出“光柱”的景象；講光的反射時，可讓學生回憶穿衣鏡的景象。將這些在學生頭腦中已有較深印象的物理現(xiàn)象當做素材直接應用到教學中，有利于學生自覺地將頭腦中的感性認識條理化，以豐富其頭腦中的物理表象儲備。

3.1.3 善用物理圖景置換生活圖景，提高學生形象思維能力

生活圖景則是指學生在日常生活中形成的自然常識、信息和經(jīng)驗。物理圖景是指反映客觀事物本質(zhì)特征的圖景。當生活圖景與物理圖景一致時，能夠幫助學生建立正確的物理形象，否則將阻礙學生正確的物理形象的形成。因而，在物理教學的實踐活動中，為了能將正確的物理表象根植于學生的大腦中，我們還應注意用科學圖景去置換學生的生活圖景。比如，在講“自由落體運動”時，為置換學生頭腦中的不合理表象“重的物體下落快”，可以設計兩組對比實驗并按序完成的。第一組實驗：首先將一張紙片和一支粉筆從相同的高度同時釋放；其次，用兩張相同的紙片，一張平放，一張揉成團，重做上述實驗。第二組實驗：首先，將“牛頓管”中的空氣抽出進行實驗；然后，將“牛頓管”中的閥門打開，再次做“牛頓管”實驗。在這兩組實驗中，由于觀察到的現(xiàn)象與學生頭腦中原有的表象“重的物體下落快”相矛盾，激發(fā)了學生的思考。再通過對實驗現(xiàn)象的分析及對第一組實驗的觀察、思考，從而使學生在頭腦中建立起物體下落快慢與其重力及空氣阻力關系的正確表象。

3.2 培養(yǎng)學生運用物理形象進行形象思維的習慣

要有效培養(yǎng)學生的形象思維能力，必須建立在正確的物理形象的基礎上，將運用物理形象進行思維貫穿在教學的各個環(huán)節(jié)和方面。

3.2.1 在概念和規(guī)律的教學中運用物理形象思維

物理概念是物理學的基礎，物理規(guī)律是物理學的核心。在物理概念、規(guī)律教學中我們要培養(yǎng)學生運用物理形象進行思維的習慣。我們可以采用這樣的模式，通過物理形象形成物理概念和規(guī)律。第一，使學生充分感知物理現(xiàn)象，獲得豐富的感性認識，形成正確、鮮明的物理形象；第二，對原始的感性材料以及物理形象進行加工、改造、重組，通過分析、對比、歸納、聯(lián)想、想象等一系列思維操作，概括出能夠反映事物本質(zhì)特征的理性形象；第三，舍棄形象材料，抽象出物理概念或物理規(guī)律。例如，在平拋運動教學中，可以先向?qū)W生演示平拋運動的一些現(xiàn)象，使學生獲得初步印象；接著向?qū)W生展示平拋運動與自由落體運動等時性試驗及平拋運動與水平勻速運動的等時性實驗，展示平拋運動“閃光照片”，使學生獲得平拋運動的典型印象，形成概括平拋運動本質(zhì)屬性的理性形象；再做平拋球、水平勻速球、自由落體球三球相碰演示鞏固理解平拋運動的本質(zhì)形象；最后引導學生運用抽象思維推導平拋運動的基本規(guī)律和公式。這樣的教學模式，不僅傳授了知識，更能夠培養(yǎng)學生的形象思維能力。

3.2.2 在解題教學過程中運用物理形象思維

物理解題一般經(jīng)歷兩個階段，在第一階段，主要是調(diào)用存貯在右半球的形象材料，進行形象思維，作整體和定性的分析。在第二階段，主要是調(diào)用左半球的抽象材料，進行抽象思維。因此，物理解題教學必須遵循以下程序：第一是弄清問題情境，構建出具體的形象，形成正確的物理圖景；第二是啟發(fā)學生將典型的物理形象抽象成一個理想化形象，在時空中演變發(fā)展，通過對比、概括等，引導解題活動有目的地向著預想的方向發(fā)展，從中領悟到問題的定性結論；第三是運用數(shù)理方法推導出定量的結果。例如，在求解凸透鏡成像的動態(tài)變化問題，應該先讓學生構建物體在主軸上成像的幾種典型形象；接著讓學生想象物體動態(tài)移動時的不同情境；然后畫出典型光路；最后利用公式求解結果。這樣，堅持在解題過程中運用物理形象思維，就能夠不斷提高學生的形象思維能力。

3.3 培養(yǎng)和發(fā)展學生的想象力

想象是是形象思維的一種基本形式，想象力是人們探索未知世界的一項重要能力。在高中物理教學中有意識地培養(yǎng)和發(fā)展學生的想象力，不僅是學好物理的一個必要條件，而且是培養(yǎng)學生形象思維能力的一個重要方面。

在物理教學中，也要幫助學生形成正確的物理圖景。首先，把思維形象化、具體化，把被研究的物理現(xiàn)象及其過程在腦海中形成物理圖景、物理模型，構想出理想化的物理形象，可以激發(fā)學生的想象力；其次，用類比的方法來理解抽象的問題，強調(diào)類比的作用。例如，類比高度研究電勢，類比水流研究電流，類比萬有引力研究庫侖力等；第三，大力發(fā)展學生的空間想象力。在教學過程中有意識地要求學生在文字敘述的基礎上畫出圖形，以增強學生空間想象的自覺性，使空間想象力有充分的鍛煉機會；第四，鼓勵學生聯(lián)想。鼓勵學生在遇到問題時能從不同角度、不同方面思考、聯(lián)想，喚起許多與該問題有關的表象，并與新問題作對比，組構新的物理形象，提高想象的豐富性和目的性。例如，借助于重力場中的某些性質(zhì)，根據(jù)重力場與靜電場的相似性，用類比的方法，推出靜電場的一些性質(zhì)；也可以用類比的方法建立“等效重力”解決電學中的力學問題。

總之，形象思維與抽象思維在解決具體物理問題中是巧妙結合，相輔相成，缺一不可的。因此，我們在進行高中物理教學時，要改變那種過于重視抽象思維教學、忽視形象思維教學的傾向，注重培養(yǎng)學生形象思維意識和觀念，養(yǎng)成良好的形象思維的習慣，促進形象思維與抽象思維的結合，從而促進學生物理思維品質(zhì)的整體協(xié)調(diào)發(fā)展，為創(chuàng)造性思維的養(yǎng)成奠定基礎。

參考文獻：

[1]閻金鐸主編.田世昆等著.物理思維論[M].南寧：廣西教育出版社，1996.

[2]王紅英.在物理教學中培養(yǎng)學生的聯(lián)想思維能力[J].中專物理教學，2000，3.