大學(xué)物理教學(xué)中的思維方法培養(yǎng)＊

劉亞慧

（安徽理工大學(xué)理學(xué)院 安徽 淮南 2320 01 ）

物理學(xué)是關(guān)于自然界最基本形態(tài)的科學(xué)，主要研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和相互作用以及物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)．物理學(xué)是一切自然學(xué)科的基礎(chǔ)，在自然學(xué)科中占有核心的地位．在學(xué)習(xí)物理的過(guò)程中，選取恰當(dāng)?shù)乃季S方法顯得極其重要，思維就是力量！多種多樣思維方法，對(duì)于認(rèn)識(shí)豐富多彩的物理世界具有很大的作用［1］．在這里就物理學(xué)習(xí)中的幾種思維方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的研究討論．

1 創(chuàng)造性思維

創(chuàng)造性思維是一種多層次開(kāi)放性的思維形式，它是聯(lián)想思維、立體思維、直觀思維、形象思維等多種思維形式的結(jié)合，它的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)是新穎性和獨(dú)創(chuàng)性．創(chuàng)造性思維可以使人們不斷地發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)新事物、新理論，創(chuàng)造新概念，更新技術(shù)，發(fā)明新設(shè)備、新方法，創(chuàng)作新作品等．物理中的創(chuàng)造性思維分為兩種．一是在已有物理知識(shí)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造出新的知識(shí)和形象．例如，牛頓提出的萬(wàn)有引力定律、開(kāi)普勒的三大定律、麥克斯韋速率分布定律等，這些都是在前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過(guò)總結(jié)、觀察、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算、創(chuàng)新得來(lái)的．牛頓曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，我的成功是站在巨人肩膀上的．可見(jiàn)，創(chuàng)造性思維是在先輩不斷努力和奮斗中發(fā)展起來(lái)的．二是突破已有的物理知識(shí)，提出新的觀念和理論．如愛(ài)因斯坦的“相對(duì)論”使宇宙擺脫了純粹的猜想思辨，進(jìn)入了現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域［2］．哥白尼的“日心說(shuō)”就是對(duì)舊的宗教統(tǒng)治和理論的一種大膽挑戰(zhàn)．創(chuàng)造性思維的過(guò)程就是進(jìn)行一種探索性的勞動(dòng)過(guò)程，不因循守舊，善于創(chuàng)新，并且進(jìn)行獨(dú)創(chuàng)性的組合．

在大學(xué)物理教學(xué)過(guò)程中，創(chuàng)造性思維可以改變教師的教育方式，啟發(fā)學(xué)生思考問(wèn)題，提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力．讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中觀察到物理的本質(zhì)，提高他們邏輯思維能力．例如，在講述法拉第電磁感應(yīng)定律的時(shí)候，讓學(xué)生先觀察幾種感應(yīng)實(shí)驗(yàn)，提出問(wèn)題“為什么在電路中會(huì)有電流的出現(xiàn)”，讓學(xué)生進(jìn)行討論，學(xué)生能從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)線圈中的磁通量改變了而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在閉合回路中就有電流的產(chǎn)生．這種從現(xiàn)象到本質(zhì)，從實(shí)驗(yàn)到理論的教育方式，可以提高學(xué)生的探索思維能力及創(chuàng)造性．

創(chuàng)造性思維與一般的思維方式有所不同，它以多種方式看待遇到的問(wèn)題，并對(duì)問(wèn)題提出多種解決方法，創(chuàng)造性思維可以幫助學(xué)生進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和開(kāi)拓思路．創(chuàng)造性思維不僅對(duì)物理的學(xué)習(xí)和應(yīng)用具有很大的作用，而且對(duì)人們的生產(chǎn)和生活也具有很大幫助．創(chuàng)造性思維是創(chuàng)造力、創(chuàng)新的源泉，是社會(huì)進(jìn)步和人類(lèi)發(fā)展的推動(dòng)力．

2 逆向思維

逆向思維是一種反其道的思維方式，思維向相反方向進(jìn)行，從問(wèn)題的對(duì)立面深入地進(jìn)行探索，樹(shù)立新思想，創(chuàng)立新形象．這種思維根據(jù)的是物理學(xué)中的一些可逆性原理，正面考慮問(wèn)題的時(shí)候遇到了麻煩或者問(wèn)題，可以逆向進(jìn)行思考和應(yīng)用．例如，富蘭克林發(fā)明的避雷針，就是看到了閃電對(duì)人類(lèi)的破壞不好解決，就利用避雷針引來(lái)閃電，然后利用導(dǎo)線把雷電泄放掉，以避免閃電對(duì)人類(lèi)的危害．法拉第在奧斯特電流磁效應(yīng)的啟發(fā)下，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律，電和磁之間可以相互轉(zhuǎn)化．電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)是對(duì)逆向思維的一個(gè)成功應(yīng)用．對(duì)于物理問(wèn)題，尤其是一些特殊問(wèn)題，從結(jié)論往回推，倒過(guò)來(lái)思考，從求解回到已知條件，或許會(huì)使問(wèn)題簡(jiǎn)單化．例如，在靜電學(xué)中求電容C和靜電場(chǎng)的能量W 的時(shí)候，題目中所給的條件不能直接求出，這時(shí)可以從結(jié)果入手，分析需要先求哪個(gè)量，過(guò)程為W→C→U→E，按照這樣的順序必須先求出電場(chǎng)強(qiáng)度E，題目中給的條件可以直接求E．這種解題的過(guò)程就屬于逆向思維．

逆向思維在大學(xué)物理的學(xué)習(xí)過(guò)程中很重要，例如過(guò)程上的逆轉(zhuǎn)，氣態(tài)變液態(tài)或液態(tài)變氣態(tài)，電轉(zhuǎn)化為磁或磁轉(zhuǎn)化為電等．逆向思維可以使復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，轉(zhuǎn)換思路、轉(zhuǎn)換途徑輕松地解決學(xué)習(xí)中遇到的各種問(wèn)題．物理學(xué)中逆向思維能力的培養(yǎng)，對(duì)于提高學(xué)生的創(chuàng)造性具有很大的意義．

3 發(fā)散思維

發(fā)散思維又稱輻射思維或擴(kuò)散思維，它表現(xiàn)為思維的積極性、求異性、廣闊性、獨(dú)特性、變通性等特點(diǎn)．如一題多解、一事多寫(xiě)、一物多用、橫向類(lèi)比、跨域轉(zhuǎn)化、觸類(lèi)旁通，使發(fā)散思維沿著不同的方面和方向擴(kuò)散，表現(xiàn)出極其豐富的多樣性和多面性．把發(fā)散思維應(yīng)用到物理教學(xué)中可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問(wèn)題進(jìn)行深入地探討和研究，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣［3］．使教學(xué)得以舉一反三，提高教學(xué)效果．例如，對(duì)于物理公式的學(xué)習(xí)，可以從一個(gè)公式中引發(fā)很多方面的考慮，比如牛頓第二定律［4］F＝m a，由該公式可知，（1）加速度a與F成正比，與m成反比；（2）F和a同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)消失，具有瞬時(shí)關(guān)系；（3）F和a都是矢量，方向一致，滿足矢量疊加和分解原理；（4）牛頓第二定律也有一定的適用范圍，它適用于慣性系，而且是宏觀低速運(yùn)動(dòng)的物體．從這個(gè)公式可以看出來(lái)很多，在這里就先列舉這幾點(diǎn)，希望可以起到拋磚引玉的作用．在以后學(xué)習(xí)物理公式的時(shí)候，從一個(gè)公式要看到這個(gè)公式說(shuō)明了什么問(wèn)題，具有什么樣的性質(zhì)和它的適用范圍，最后，還要看到公式在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用．發(fā)散性思維不僅在學(xué)習(xí)物理公式中用到，而且對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)、物理理論和其他方面的學(xué)習(xí)也具有很大的幫助．

發(fā)散思維可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)大學(xué)物理的時(shí)候思路比較流暢，能在較短的時(shí)間里面想到很多相關(guān)的知識(shí)；思維靈活多變，不受定勢(shì)約束，能提出新觀念、新方法；思維具有超乎尋常的新穎成分，可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力．

4 物理模型

物理學(xué)習(xí)中物理模型的建立也是一種比較重要的思維方式．選擇合適的物理模型，對(duì)于解決物理問(wèn)題具有很大的幫助．物理模型不但可以簡(jiǎn)化問(wèn)題的難易程度，而且還可以簡(jiǎn)單、方便地計(jì)算出結(jié)果．物理模型分為三類(lèi)，第一類(lèi)是對(duì)實(shí)物建立模型，如力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)模型，電學(xué)中的點(diǎn)電荷模型，光學(xué)中的點(diǎn)光源，分子模型，彈性小球等；第二類(lèi)是對(duì)物質(zhì)所處的狀態(tài)建立模型，如熱學(xué)中的一個(gè)平衡態(tài)（p，V，T），原子物理中的基態(tài)和激發(fā)態(tài)等狀態(tài)模型；第三類(lèi)是對(duì)某一個(gè)物理過(guò)程所建立的模型，如力學(xué)中的勻速直線運(yùn)動(dòng)和勻變速直線運(yùn)動(dòng)及單擺和彈簧振子的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，熱學(xué)中的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程、絕熱自由膨脹過(guò)程和三個(gè)等值過(guò)程等．建立物理模型有助于對(duì)實(shí)際問(wèn)題的理解，每一個(gè)模型都有一定的適用范圍和條件．在遇到物理問(wèn)題的時(shí)候，首先，應(yīng)該對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析考慮；其次，根據(jù)物理過(guò)程，建立適當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ蛠?lái)簡(jiǎn)化問(wèn)題；最后解決問(wèn)題．

物理模型是一種科學(xué)的抽象方法，它必須在一定的條件下才能進(jìn)行，突出研究對(duì)象的主要因素，忽略次要因素，從而既準(zhǔn)確又簡(jiǎn)明地得到科學(xué)結(jié)論的方法．人們?cè)谘芯孔匀唤绲倪^(guò)程中，物理模型的建立發(fā)揮了巨大的作用，它既是客觀事物的代表，又是科學(xué)的抽象．它來(lái)源于實(shí)踐，又高于實(shí)踐．

物理學(xué)習(xí)中的思維方法還有很多種，例如，歸納法、對(duì)比法、分析法、綜合法、演繹法等．各種方法之間都是相互聯(lián)系，相互作用，共同來(lái)認(rèn)識(shí)物理這門(mén)自然科學(xué)的．上面提到的創(chuàng)造性思維、逆向思維、發(fā)散思維和物理模型4種思維方法對(duì)于物理的學(xué)習(xí)很重要，有創(chuàng)造社會(huì)才會(huì)進(jìn)步，人類(lèi)才會(huì)發(fā)展；逆向思維，進(jìn)行弊端反開(kāi)發(fā)，可以使缺點(diǎn)變?yōu)閮?yōu)點(diǎn)，從而出奇制勝；發(fā)散思維，從一點(diǎn)或者一個(gè)主題出發(fā)，可以向四面八方不斷擴(kuò)散，求出它們多種多樣的表現(xiàn)形式；物理模型的建立能使抽象的問(wèn)題形象化、簡(jiǎn)單化．思維方法的多樣化［5］，對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)物理具有很大的幫助，不同的物理知識(shí)，應(yīng)該選擇不同的思維方法，學(xué)生應(yīng)該從中擇優(yōu)選?。鄻硬攀谴嬖?，多樣才是和諧，多樣化的物理世界，決定了研究物理學(xué)科的多種思維方法．

1 李文庠．探秘物理思維（第1版）．北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，2002 ．89 ～95

2 （美）愛(ài)因斯坦著．相對(duì)論（第1版）．周學(xué)政，徐有智編譯．北京：北京出版社，2007 ．216 ～220

3 （蘇聯(lián)）雅·別萊利曼著．趣味物理學(xué)（第1版）．符其珣，騰砥平譯．長(zhǎng)沙：湖南教育出版社，1999 ．1～5

4 程守洙，江之永 ．普通物理學(xué)（第5版）．北京：高等教育出版社，1998 ．57 ～69

5 閻金鐸，等．中學(xué)物理教學(xué)概論（第2版）．北京：高等教育出版社，2003 ．152 ～156