從課堂討論談如何建立大學(xué)物理思維

樊彬彬

摘 要：物理是一門與日常生活息息相關(guān)的學(xué)科，學(xué)生從中學(xué)開始接觸物理學(xué)科直到大學(xué)。但是大學(xué)物理與中學(xué)物理的學(xué)習(xí)存在很大不同，許多學(xué)生都不能很順利地學(xué)好大學(xué)物理，這主要是由于物理思維方式獨特，個體之間存在差異。當(dāng)學(xué)生習(xí)慣了中學(xué)物理的思維方式以后，如何在學(xué)習(xí)大學(xué)物理的過程中培養(yǎng)學(xué)生的物理思維是大學(xué)物理課程中很重要的一個方面。本文就從課堂討論出發(fā)，結(jié)合實例談?wù)勁囵B(yǎng)學(xué)生大學(xué)物理思維需要注意的幾個方面。

上新學(xué)期大學(xué)物理第一節(jié)課的時候，我向?qū)W生提出一個問題：為什么不同高度的汽車，它的車前窗玻璃的傾斜度不同？比如小轎車的車窗玻璃傾斜度很大，而卡車和公交車這類車的車窗玻璃幾乎和地面是垂直的。學(xué)生聽到這個問題，最直接的反應(yīng)就是認(rèn)為這樣可以減少阻力，或者是增加室內(nèi)空間，等等。

我聽后并沒有對學(xué)生的回答做出評判，而是繼續(xù)提示學(xué)生這是一道物理題，并且這個知識點又是學(xué)生已經(jīng)在中學(xué)時候?qū)W過的。這個時候，班里的學(xué)生議論紛紛，但仍得不出正確結(jié)論。

這時，我再給學(xué)生提示：提到車窗，它跟物理知識中的哪部分知識相關(guān)？當(dāng)然是光學(xué)。光學(xué)很重要的一個知識點就是成像。提示到這里，有的學(xué)生已經(jīng)說出正確答案了：不同傾斜度的車窗玻璃，使地面上的人和物體所成的像不會影響到司機(jī)的視線。這個時候?qū)W生才恍然大悟。

從上文中的問題不難看出，大學(xué)生在剛接觸大學(xué)物理時，思考問題時沿用的仍然是中學(xué)物理思維。碰到一個問題，總想直接得到答案，或者是直接采用計算的方法，而往往忽略了對問題的分析過程。這樣反而使本來很簡單的一個問題變得很復(fù)雜。對一些大學(xué)生來說，他們?nèi)狈Φ木褪俏锢硭季S：物理學(xué)中的科學(xué)思維。

卓越的思維能力作為創(chuàng)新人才的重要特征，處于人的智能結(jié)構(gòu)的核心地位。因此培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、完善學(xué)生的思維品質(zhì)始終是物理教育中落實素質(zhì)教育的最重要的任務(wù)之一。

中學(xué)階段，由于面臨升學(xué)壓力，學(xué)生以做題為主，每天的任務(wù)就是通過大量習(xí)題練習(xí)掌握知識點，熟練掌握每個公式和定理，著眼于掌握傳授的已有知識，并不會花更多心思去思考其中的科學(xué)聯(lián)系。

而大學(xué)物理教學(xué)過程中，則更多的是將物理與現(xiàn)代科學(xué)、前沿技術(shù)以及生活實例結(jié)合在一起，要求學(xué)生學(xué)會用科學(xué)的思維去思考物理問題。

如何行之有效地培養(yǎng)學(xué)生的物理思維是擺在所有大學(xué)物理教師面前的一道難題。[1]

一、分析實例，培養(yǎng)學(xué)生掌握物理思維的過程

物理思維即物理學(xué)中的科學(xué)思維，物是物質(zhì)；理是道理，即規(guī)律和本質(zhì)。物理學(xué)是研究物質(zhì)運動規(guī)律、物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)及相互作用的一門學(xué)科，它的研究對象具有客觀性，不以人的意志而轉(zhuǎn)移。[2]

所謂物理思維，首先是對客觀現(xiàn)象或是實驗現(xiàn)象的直觀認(rèn)識，然后透過現(xiàn)象分析原理，對現(xiàn)象和實驗進(jìn)行再認(rèn)識，從而把感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識，揭露和還原事物的本質(zhì)。從而形成正確的理論認(rèn)知。

要在平時的講解過程中引導(dǎo)學(xué)生掌握物理思維的過程，即提出問題—觀察和實驗—捕獲信息—立論解釋。

比如在學(xué)了靜電感應(yīng)以后，提問關(guān)于避雷針的原理。首先提出上述問題，其次通過實驗觀察靜電感應(yīng)現(xiàn)象，通過實驗，學(xué)生觀察到，當(dāng)產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象時，如果導(dǎo)體上某處的曲率半徑很小，那么在該處就會聚集大量的感應(yīng)電荷，達(dá)到一定程度的時候就會擊穿空氣，使空氣電離，變成導(dǎo)體。

根據(jù)實驗得到的上述信息去分析避雷針的原理就是一個很簡單的問題：當(dāng)帶電云層靠近建筑物的時候，感應(yīng)電荷主要集中于避雷針上。達(dá)到一定程度的時候，避雷針和帶電云層中間的空氣被擊穿，空氣被電離變?yōu)閷?dǎo)體，帶電云層中的大量電荷就通過避雷針而被導(dǎo)入地下，從而保護(hù)建筑物的安全。

在解決問題的過程中，要有意識地引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成這樣一個思維習(xí)慣：學(xué)會通過已有的知識和實驗來分析同類物理現(xiàn)象，而不再是拿到一個問題就憑直覺來判斷；或者解決一個問題只是會這一個問題而已，要做到能融會貫通，從而走出應(yīng)試教育的誤區(qū)。

二、因材施教，找到合適的切入點

由于大學(xué)物理是基礎(chǔ)課，每學(xué)期所帶班級的專業(yè)不同，那么在引導(dǎo)學(xué)生分析問題的過程中就要做到因材施教，根據(jù)學(xué)生不同的專業(yè)背景，結(jié)合學(xué)生的專業(yè)課來舉例和實驗。

比如，面對工科學(xué)生和農(nóng)科學(xué)生時就要選擇不同的模型。農(nóng)科專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)物理時，熱學(xué)中會涉及干熱風(fēng)等影響到小麥種植的因素，由此知識點出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生建立大氣隔熱模型，分析干熱風(fēng)產(chǎn)生的原因，以及如何有效利用干熱風(fēng)等問題。這個問題就同時涉及物理和氣象學(xué)知識，而氣象學(xué)恰恰也是學(xué)生的專業(yè)課之一。

通過對這個問題的講解，一方面，使學(xué)生對物理和自己所學(xué)專業(yè)之間的緊密關(guān)系有新的認(rèn)識，以加深學(xué)生對專業(yè)課知識和物理知識的理解；另一方面，這本身又是生活中常見的現(xiàn)象，可增強(qiáng)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣，有助于培養(yǎng)學(xué)生的物理思維。

三、理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)思維的獨創(chuàng)性

思維的獨創(chuàng)性表現(xiàn)為思路開闊、靈活、新奇、獨特，有豐富的想象力，善于聯(lián)想，長于類比；在心理上還表現(xiàn)為有強(qiáng)烈的創(chuàng)造愿望。[3]

關(guān)注當(dāng)前的前沿科技是激發(fā)創(chuàng)造力的一個有效途徑，比如關(guān)注每年的諾貝爾物理獎獲得者的最新成果以及最新的一些科學(xué)動態(tài)等。

學(xué)生都知道物質(zhì)由分子原子組成，而有沒有更小的粒子呢？有的學(xué)生知道夸克，有的則答不上來。事實上，比分子原子更小的粒子還有很多，其中希格斯-玻色子，它被認(rèn)為是質(zhì)量的起源和物質(zhì)的最小單位，由此使物理學(xué)進(jìn)入了一個新的時代，解決了物理學(xué)一個最本質(zhì)的問題。而這也正是歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)上演微縮版的“宇宙大爆炸”這個規(guī)模最大的科學(xué)計劃的本意。

通過講解該計劃的目的和讓學(xué)生自己查找資料，能使學(xué)生對宇宙起源和我們所處的物質(zhì)世界有新的認(rèn)識。同時，還要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注每年的諾貝爾獲獎?wù)咚龅难芯考捌湟饬x，對最前沿的技術(shù)有所了解。

另一方面，要引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的知識運用于實際生活中，而不只是局限于課本上。用物理原理來分析解決實際問題，才能夠讓學(xué)生培養(yǎng)真正的物理思維。

比如影視劇中常提到的隱形問題，而中學(xué)物理中其實就提到了光的直線傳播以及光路是可逆的等理論，由此可得出結(jié)論：隱形即意味著“失明”。也就是說當(dāng)別人看不到你的時候，其實他是看不到光線，從而使學(xué)生對光學(xué)有更直觀的認(rèn)識。

又如太陽光下我們看到的彩色肥皂泡和油污表面的彩色條紋涉及光的本質(zhì)，即光的波粒二象性。而對學(xué)生經(jīng)常玩的熒光棒以及常見的霓虹燈發(fā)光機(jī)理的分析，能使學(xué)生更清楚了解發(fā)光機(jī)理的分類。[4]

四、加強(qiáng)課堂討論，培養(yǎng)思維的敏捷性和靈活性

很多時候，由于年齡和閱歷的原因，很多學(xué)生往往有很重的是非觀，并且很容易受到他人想法的左右，對事物現(xiàn)象的認(rèn)識往往停留在表面而忽略其本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系。為此，作為物理教師，要在課堂上引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會透過現(xiàn)象看本質(zhì)，可以在課堂上設(shè)置一些社會熱點事件的討論。通過課堂上同學(xué)之間對一些社會事件的討論，聽取其他人的看法，吸收更多的見解，能夠改變學(xué)生傳統(tǒng)的思維模式，逐漸形成發(fā)散思維。

對待同一事件從不同的角度，追根溯源，尋求本質(zhì)和解決問題的方法。比如曾引起廣泛爭議的“扶老人”事件。引導(dǎo)學(xué)生分別從求救人者、撞人者和老人的角度出發(fā)，分析各方做法的原因。通過這個討論，學(xué)生對相關(guān)事件的認(rèn)識都有了根本性的變化，看待問題不再是片面的、孤立的，而是會從多角度和立體去看待問題，克服心理定勢，而不再是本能地從最直觀的角度，或者是單純用對或錯來思考問題。[5]

通過這樣類似的訓(xùn)練和培養(yǎng)，學(xué)生在考慮物理問題時才能學(xué)會從多角度看待客觀事物和了解實驗現(xiàn)象，才更有可能發(fā)現(xiàn)事物的本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系，才能在生活和科研中運用物理原理，以解決實際問題。

五、把握實質(zhì)，將新問題變成老問題

培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，很重要的一個方面就是要讓學(xué)生在分析問題、解決問題的時候，要善于抓住問題的本質(zhì)，將看似未知的物理知識和已知的物理知識相結(jié)合，找到解決問題的方法。在學(xué)習(xí)大學(xué)物理的過程中，很多學(xué)生反映知識點太碎太多，這就是學(xué)生沒有找到這些知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系。

教師需要培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)和實際生活中歸納和總結(jié)問題的能力，找出問題的本質(zhì)所在，然后根據(jù)已有的知識進(jìn)行推理，對實驗現(xiàn)象和生活現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)歸納和總結(jié)，從而得出正確的結(jié)論。即把握問題實質(zhì)，將新問題變成老問題。

比如現(xiàn)在我們經(jīng)常看到的很多辦公室用的玻璃都是從外面看不到里面，但從里面可以看到外面；與此相類似的就是電視電影中經(jīng)?？吹降膶徲嵤覐睦锩婵床坏酵饷?，但從外面可以看到里面。那么實際上這兩種情況的原理都是一樣的，即光學(xué)部分提到的增反膜和增透膜的原理。

六、結(jié)語

物理思維是在研究和解決物理問題以及學(xué)習(xí)物理知識的過程中逐步形成和得到發(fā)展的，并在這個過程中表現(xiàn)出來，直接影響工作學(xué)習(xí)效率。大學(xué)物理作為一門基礎(chǔ)課程，對學(xué)生的綜合素質(zhì)和思維方式的培養(yǎng)有很大影響。在學(xué)習(xí)和生活中，引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，不僅對學(xué)生現(xiàn)在的學(xué)習(xí)有所幫助，更能夠幫助學(xué)生走向社會以后，在工作和生活中有效地解決實際問題，形成自己的獨特見解。

參考文獻(xiàn)：

[1]王小萍，韓 寧，杜宏義.物理教學(xué)中應(yīng)用問題解決提高學(xué)生物理思維能力的研究[J].北京教育教學(xué)研究，2008，（6）：31-33.

[2]王持坤.提高物理思維有效性的方法研究[J].甘肅科技縱橫，2008， （4）.

[3]陸桂鳳.系統(tǒng)科學(xué)與物理思維創(chuàng)造力的培養(yǎng)[J].南寧師范高等專科學(xué)校學(xué)報，2008，25（3）：128-129.

[4]王 莉，樊柏村，楊 艷.淺談在大學(xué)物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的物理思維——以光的干涉和衍射為例[J].牡丹江師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2008，（4）：69-70.

[5]王福新，李 紅.論物理思維的基本方法培養(yǎng)[J].河南教育學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，16（2）：71-74.