开启物理思维的智慧大门

1、开启物理思维的智慧大门河南省信阳高中 张春丽内容提要：“思维比知识更重要!教育就是叫人去思维! ” 。培养学生的物理思维，是解决物理难教难学问题的一个突破口，也是学生一生受用的东西。培养物理思维，要从思维的品质、方式、方法等方面来潜心引领方可成就学生最终的思维智慧。关 键 词： 物理思维 品质 方式 方法 智慧一、提出物理思维的背景一位教育家说: “思维比知识更重要!教育就是叫人去思维! ”。面对高中物理教学，则往往忧喜参半。校园里流传着三句话，第一句：“物理是对学生伤害最大的一门学科”；第二句：“当初就是物理学不好才无奈学了文科”；第三句：“某某同学物理学的那么好，太牛气了”。是的，物理，令

2、人“痛”也令人“牛”。1、物理的“痛”物理难教难学，这是一个世界性的问题，教师们常感到力不从心，学生们往往感到头痛万分。仅举几个现象为例：痛1:太抽象、难理解物理概念大部分很抽象，如电势能、电势、电场、磁场、引力场:磁通量等；再比如，光既具有波动性，又具有粒子性，学生没有较强的抽象思维能力和空间想象力总是很难真正理解。痛2：太理想，难应用物理总是采用理想状态或理想整化模型，其目的是使研究的问题简单化，如质点、理想气体、纯电阻等，而现实生活中这些理想化模型并不存在，遇到实际问题时很难迁移应用。痛3：能听懂、用不上无论老师讲什么，似乎都能弄懂，可是一到自己解决问题时，不是一筹莫展就是一做就错，什么

3、经验和方法都用不上了。痛4：综合强、难融合高中物理对数理综合能力的要求较高，大量的物理概念和规律既要求用函数形式表达，又要求用解析图象表述，而且不同的图象表达不同的物理含义。解决物理问题时，时而要用到函数、微积分思想、数学归纳法、平面几何、立体几何、解析几何等数学知识，时而要列出很多的方程，而且方程的数目还得与未知量的数目相匹配，还得很有方向地去求解否则前功尽弃等等，如果是一个纯数学的问题学生往往不觉得难，然而一旦用在物理情境中却总难自然融合。痛5：耗时多、难入门有调查显示，约有82.7%的学生在开始时对物理学习是有兴趣的，学习也刻苦努力，甚至做了大量的题，但物理就是学不好，于是觉得物理太难兴

4、趣也就减退了。教师体会到物理这门课程难教，往往是总感到学生对物理迟迟不能“入门”，即使是很用功的学生，到了高中快毕业了，分析问题时仍然没有清晰思路，思维往往比较混乱。相反的现象，大凡物理学习不吃力的学生，其共同特点就是能很快“入门”，“入门”之后越学越轻松，越学越喜欢学。在做大量重复的题目时，他们有时可能显得“懒”，但仔细观察他们在分析每个复杂新颖的题目时往往推理性很强，思维很严谨，思路也很清晰，可以说他们是思维上的“勤快”者。由此可见，学生物理思维水准的高低直接干系着物理的难易。2、物理的“牛”尽管物理的“痛”这么多，大家却几乎都有一个共同认识，那就是“物理学的好，脑瓜就聪明”。 匈牙利物理

5、学家乔治.马克斯博士说“物理学的方法经过几个世纪的考验，已经证明了它的有效性，物理学的毕业生已被证明他们有广泛的兴趣，有抽象的逻辑思维能力和重视不同领域现实的能力也许在每个已问津的领域中都有自己的专家，他们比物理学家更在行，但是，在复杂的、未知的领域中，物理学家应当被认做是最出色的人！”一直以来，很多行业中搞物理的人也被认做是最能克难攻坚的人，其中的一个重要因素就是物理思维深刻地影响着一个人的思维智慧。可以说，培养学生的物理思维，无论是眼前还是将来，无论他们将来从事什么职业，都将是他们一生受用的东西。物理，是令人痛还是令人牛，其关键的区分点就是是否擅长思维！这也是本文选题的重要原因。二、对物理

6、思维的有关认识目前，国外的一些思维科学研究较多关注的是思维的品质，受到国外研究的影响，国内也呈现出了一派欣欣向荣的景象，并且越来越多的研究结果显示，在思维理论的指导下，采用切合学生思维发展水平的培养措施，教学能有效地提高学生的思维能力、学业成绩以及整体的科学素养。1、我国物理教学大纲对培养物理思维的要求我国对学生思维能力培养的认识体现在物理教学大纲的层面上，也是在逐步发展和深化的。1956年的大纲提出了培养解题能力和实验技能；1963年的大纲又增加了培养思维能力；1978年的大纲对培养能力的提法比较完整，并在执行过程中突出了思维能力的重要性；20世纪八、九十年代，教学大纲对物理思维的重视程度有

7、增无减；进入21世纪，在基础教育课程改革中，新的物理课程标准提出通过科学想像与科学推理方法的结合，发展学生的想像力和分析概括能力，使学生养成良好的思维习惯，敢于质疑，勇于创新。由此可见，物理思维能力的培养也是基础教育改革的重点内容之一。2、关于物理思维的概念物理思维，就是人脑对客观物理事物（包括物理对象、物理过程、物理现象、物理事实等）的本质属性、内部规律及物理事物间的联系和相互关系的间接的、概括的和能动的反映。再通俗一点讲，就是对观察过的物理现象、物理事实、物理过程等在大脑中形成清晰的物理图景，并反复加工、去粗取精，把感性认识概括上升为理性认识，这个过程就是物理思维。3、关于物理思维的品质、

8、方式及方法思维品质是思维能力强弱的标志，物理思维品质主要包括物理思维的深刻性、灵活性、批判性、创造性和敏捷性五个方面。物理思维品质结构中的各要素是密切联系、互为因果、相互制约的，它们相互作用而达到均衡的发展就构成了物理思维的智慧。根据思维科学的研究，角度不同，对思维的方式的划分也不同。例如，根据思维材料的不同，可以将物理思维分为：物理抽象思维、物理形象思维和物理直觉思维；根据思维探索方向的不同，可以将物理思维分为：物理聚合思维和物理发散思维；根据思维创造性的不同,可以将物理思维分为：物理常规性思维和物理创造性思维 ；根据思维目的的不同,可以将物理思维分为：物理上升性思维、物理求解性思维和物理决

9、策性思维等等。 在物理学的成长发展的过程中，逐步形成了一套独特而又相对完善的思维方法，这些方法在成为物理学本身发展的工具的同时，也深深地影响了其它学科、社会思潮以及社会生活。物理思维的基本方法大致包括分析与综合、比较与分类、抽象与概括、科学推理、臻美、等效等方法。三、培养物理思维的主要对策培养学生的物理思维，不是顺其自然的事，需要从物理思维的品质、方式、方法等方面来综合设计、构架并实施，否则难有成效。1、要有武器渗透思维方法光一味泛泛地强调培养物理思维是不行的，必须要有着实的依托即要有管用的武器才行，这个武器就是要渗透一些常见的思维方法。以下举几种思维方法的渗透。例1：渗透过程分析法 分层次：

10、一般说来，复杂的物理过程都是由若干个简单的“子过程”构成的。因此，分析物理过程的最基本方法，就是把复杂的问题层次化，把它化解为多个相互关联的“子过程”来研究。我常常告诉我的学生“分析分析就是分开来析，各个击破”。 抓中间：阶段的划分有时并非易事，还必需探明物理过程的转折的中间状态，或者物理现象从量变到质变的中间状态（有时可能是极短暂的过程）。事实上，中间状态往往就是一个转折点，抓住了它，往往就抓住了解决问题的关键环节。找关系：从内在联系上把握每一个物理子过程、中间状态的因果关系以及遵从的物理规律，步步为营，在严谨的推理过程解决问题。例2：渗透因果分析法 因果对应：物理学中有许多物理量是通过比值

11、来定义的。如R=U/R、E=F/q等。而这些物理量之间并非都互为因果比例关系。学生常常不理解公式中物理量本身意义，分不清哪些量之间有因果联系，哪些量之间没有因果联系。因果互求：循因导果，执果索因，在物理习题的训练中，从不同的方向用不同的思维方式去进行因果分析，发展多向性思维。例3：渗透归纳、概括法 心理学研究结论显示，学生认知结构是否理想的标尺，往往就是看是否达到了“三化”（概括化、清晰化和系统化）的层次。教学中，有意识引导学生对物理知识、物理方法甚至物理问题进行比较、梳理、归纳、概括，寻找其共同的本质的习惯。因为概括化的东西才可能更清晰、更系统，在以后不同的变式情景下才可以一眼看穿本质并迅速

12、解决。例如，解决某一类问题，根本大法是什么，巧妙方法有什么，稀奇方法有什么，容易在哪儿摔跟头，等等，要引导学生的物理思维中不断概括形成自己的一套应对策略。例4：渗透类比法 类比是由一种物理现象想象到另一种物理现象，并对两种物理现象进行比较，由已知物理现象的规律去推出另一种物理现象的规律。例如电与磁的类比、引力与库仑力的类比、卫星系统与玻尔原子系统的类比、重力功与电场力功的类比等等。运用类比的方法常能起到点化疑难、灵感突发、开拓思路的作用。例5：渗透假设推理法 尤其在面对一些棘手的问题时，通过大胆假设，比如物理过程假设、物理条件假设 、临界状态假设、矢量方向假设等等，往往能忽觉柳暗花明，突破思维

13、方法上的局限性，使问题化繁为简，化难为易。2、要有抓手锻造思维品质光有武器还不够，还要有使用武器的着力点即要有抓手才行，这些抓手自然就是要针对思维品质的各要素来进行强力锻造。这是个系统的工程，也是一个困难点。以下仅举几例。例1：抓细节锻造思维的深刻性结合物理的学科特点，应当把对学生思维深刻性的培养作为培养其思维品质的立足点和突破口，因为深刻性是其它要素的根基。首先，在常态的概念教学中要引导学生养成不断纵深理解、全方位理解的习惯，引导学生对概念的所有内涵及外延要有全面精准的理解；在常态的物理现象分析上要引导学生养成由表及里、层层剥壳的递推式的思维习惯，使学生的思维不断纵深发展。其次，要培养学生在

14、看书、做题等学习过程中养成很抠推理细节的习惯，让学生在一次次严谨的推定论证中学到深刻的思维这样，就不会再轻易出现一些“想当然”的错误了。再次，培养学生开发物理错题的习惯。剖析自己的理解以及分析过程中的细节，对所出现的错误进行特别的对比、归因和概括，学生自己会发现许多问题的要害和规律，这既是物理思维活动的修正、批判，也是物理思维活动的再深刻。例2：抓变式锻造思维的灵活性 许多物理问题的解决方法并不唯一，许多物理问题的结果也并不唯一，许多看似不同的解决思路、方法物理本质却相同。在常规教学中一定要在变式上做足文章并以此来激活学生的物理思维。例如，“一题多变”让思维与方法具有敛散的变通性；“一题多解”

15、让思维与方法具有系统的流畅性；“一题多问”让思维与方法具有深透的严密性；“多题归一”让思维与方法具有清晰的概括性，旧题变新点、新题还旧点等等， 不断培养学生的发散思维或求异思维，在变换中灵活地进行分析和综合,全面地把握问题,细心地权衡哪些思维是有利的,哪些思维是正确的，选择和优化是思维灵活性的表现,也同时锻造着思维的批判性。例3：抓快准锻造思维的敏捷性在物理教学中有意识地培养学生能够积极、迅速地展开思维操作、调用所学的内容、抓住问题的关键，从而敏捷高效地解决问题对培养思维的敏捷性至关重要。当然，做到这一点的前提是学生无论在知识还是在方法上都已经形成了比较清晰的认知结构体系。与此同时，一旦学生的

16、敏捷性受阻，尤其是在一番番苦思冥想又告吹时，即将孕育的将是思维的批判性和创新性。因此，适时地为学生再设置一些思维障碍和思维陷阱将非常有利于思维品质层次的再提高。3、要有通道介入思维诊断一个很浅显的道理：道路只要畅通，目标就容易达到。我理解的思路，就是所有思维品质得以展示、所有思维方法得以应用的一个通道。多年的教学经历让我深刻地体会到，培养学生畅通的物理思路在物理教学中至关重要。我的一位优秀学生在回答“解物理大题的经验”时，说了句很朴素的话：“就那样一点一点地推，推着推着就推出来了”。这里体现的就是一种畅通的物理思路。要想真正解决学生的“入门”问题，教师就必须走进学生的整个思维过程，去放大、去解

17、剖，去仔细诊断学生的思维在哪个环节卡壳或脱节了，这才是解决问题的关键。跟踪学生的思路，就要引导学生理清思维脉络，而理清思维脉络的重点就是抓住思维的起始点和转折点。选准思维的“发生点”起步，在思维的“转折点”上用力，使学生的思维流程清晰化、条理化、逻辑化。学生的思维有时会出现“卡壳”的现象，这就是思维的障碍点，此时应适时地加以疏导、点拨，促使学生的思维转折，并以此为契机促进学生思维的发展。在这一点上，我的体会是，当教师真正拿出耐心、舍得花时间去听听学生讲一讲他是怎样思考才做出题的，即使没做出题但已经想到了哪一步，细致地去跟踪诊断，学生的很多问题就明显暴露，有公式记错的，有想当然根本不推的，有做题

18、套题的，有考虑不周全的，有主观臆造条件的，有缺乏把复杂过程分解成子过程习惯的，有研究对象相互干扰的、有缺乏耐心推了几步就没信心再推下去的等等，五花八门。走进每个学生的思维过程，对症下药，教师的指导才真正会成为“灵丹妙药”，学生的物理思路被一步步打通了，就像中医上讲的“疏通了经脉”，学生也就自然“入门”了。4、要有网络转换思维方式 思维方式的转换是物理思维灵活机制的一个鲜明特点，它要求学生能及时地更换自己的思维方向,转换思维的方式,以更简捷、有效的方式进行分析、综合并解决问题。研究方向的转换、研究角度的转换、研究对象的转换、物理模型的转换、物理模型和数学模型的转换等等，学生既能把抽象的问题形象化地表达出来，又能对形象的问题洞察出抽象的本质，还能在这种抽象与形象的逐步渗透中不断孕育着物理的直觉思维，如此不断的训练也同时优化整合着学生的整体思维网络。比如，研究对象选取时隔离法与整体法的交叉使用，研究过程选取时全程法与分段法的交相辉映，电路分析时整体法与局部法的有效融合；再比如，短暂过程怎么来放大研究，复杂过