试论大学生科学思维能力的培养

肖 琴

（山西广播电视大学临汾分校，山西 临汾 041000）

试论大学生科学思维能力的培养

肖 琴

（山西广播电视大学临汾分校，山西 临汾 041000）

从物理抽象和概括能力、物理判断、推理能力和物理综合分析的能力等几方面探讨大学生通过物理学习培养其科学思维能力。

物理；科学思维；科学抽象概括；判断；推理；综合分析能力

大学生物理学习过程中，在教师的引导下形成和提高自身的物理科学思维能力，是大学物理学习的一个很重要的目的，也是推动社会进步和促进科学技术发展对人才培养的要求。科学思维是一种建立在事实和逻辑基础上的理性思考。学生学习物理时总是从感知开始，通过对物理对象、物理过程、物理事实、物理现象等感性材料加以去粗取精，由表及里地认识物理事物的本质和内部联系，也就是经过比较、分析、综合、抽象、概括，达到对物理事物认识的理性阶段。这种物理学习过程中由感性认识到理性认识的过程统称为物理科学思维。

论文结合教学实践对大学生物理科学思维能力的培养进行论述，通过对物理学中几种科学思维能力的阐述，探讨在物理学习中如何培养学生的科学思维能力，从而提高学生分析问题、解决问题的能力。

一、物理科学抽象和概括能力的培养

客观存在的物理对象、物理过程、物理事实、物理现象等，往往是错综复杂的，这些物理事物可能处于多种条件下而具有多方面的特性。然而，在一定的物理现象中，并不是所有的物理条件、所有的物理性质都起着同等重要的作用。因此，为了研究方便，采取暂时舍弃个别的、非本质的因素，突出其主要的、本质的因素，这种物理学中的科学的处理方法叫做科学抽象和概括。

（一）运用理想化模型培养学生物理科学抽象概括能力

物理理想化模型是对实际的物体和现象进行研究时，通过分析、综合和高度的抽象、概括而建立的理想客体和过程。建立理想化模型是物理学中分析问题和解决问题的重要思维方法，理想化模型能清晰反映问题本质，有利于分析和发现规律。

培养学生建立理想化模型，首先要让学生领会它是一种重要的科学研究方法，同时要教会学生在一定范围内，在要求误差允许的条件下，可以把许多实际物体或现象发生、发展的过程看作是某个理想化模型，这样把复杂的、具体的物体或过程，用简化的模型来代替，突出问题主要矛盾，找出其中的主要规律，简化问题，再考虑次要因素进行修正，问题就容易得到逐步解决。例如：对于在地面附近的速度不太大的抛体运动的研究，就是通过建立理想化模型得出结论的。实际抛体的运动受许多因素的影响，如抛体的质量、大小和形状、地球引力、空气阻力、风力、风向、当地纬度、抛体高度等。如果想一下子把握所有这些情况，企图按照它实际发生的“本来面目”去“如实地反映”，那么，我们就无从下手，寸步难行。而伽利略在研究过程中，先在大脑中形成抛体在理想条件下所进行的理想化的过程，忽略了空气阻力、风速、风向、抛体的转动等许多次要因素的影响，因而很容易就得出了这种逼近真实情况的结论。

（二）运用物理理想化实验培养学生物理科学抽象概括能力

理想化实验又叫做“假想实验”或“思想实验”,是人们在思维中以真实实验为基础，在理想条件下，经过逻辑推理，充分发挥想象力的一种思维过程。

理想化试验学习过程中，使学生学习并知道理想化试验是以思维展开的实验。但它不是人们主观臆造的，它必须以真实的科学实验为基础，以科学事实为依据，运用逻辑推理揭示物理世界的内在联系，建立规律。理想化实验的运用使复杂的研究对象变得简单,有利于发现研究对象的本质及其规律。例如，卡诺循环就是一种理想实验。为了研究热机的效率，需要研究热机中所发生的热力学过程，但热机中所发生的过程十分复杂，卡诺对热机中的热力学过程进行抽象，设计了一台理想热机，这种热机中进行的热力学过程是一种理想过程——卡诺循环。卡诺假设工作物质只与两个恒温热源交换热量，没有散热、漏气、摩擦等损耗。为使过程是准静态过程，工作物质从高温热源吸热应是无温度差的等温膨胀过程，同样，向低温热源放热应是等温压缩过程。限制只与两热源交换热量，脱离热源后只能是绝热过程。在这个理想实验的基础上，得出了卡诺定律，成功研究了热机效率。

学生通过理想化实验的学习知道，理想化实验可以超越当时的科学技术水平，达到完全简化或纯化的境地。它们具有较大的概括性和预见性，从而培养了学生的抽象和概括能力。

（三）运用物理概念培养学生物理科学抽象概括能力

概念是抽象思维的最基本的思维形式，是事物本质属性的反应。物理概念就是客观事物的物理共同属性和本质特征在人们头脑中的反映。物理概念的建立，同样是对同类物理事物、物理现象进行科学的抽象和概括的结果。

在物理概念的讲授过程中，要深入揭示物理概念中的因果关系，不仅要使学生搞清楚物理概念所反映的物理现象、物理过程的本质，而且要使学生明确建立物理概念的事实依据，引导学生在感性材料的基础上运用分析、综合、比较、抽象、概括等方法得出物理概念，通过对概念的讲解，培养学生的科学抽象和概括能力。例如，在讲电阻的概念时，可以通过对实验数据进行分析、综合，并对实验结果进行抽象概括而得出电阻的概念。对同一导体，当U变化时，I也变，但U/I不变，抽象出U/I与U和I无关；对于不同的导体U/I不同。在这个基础上抽象概括得出，电阻是一个只与导体本身有关的物理量，与电压和电流无关。继续对实验数据进行分析、比较，当U一定时，U/I大时，I小；U/I小时，I大。U/I反映了导体对电流的阻碍作用，因此我们定义R=U/I为导体的电阻。

二、物理科学判断、推理能力的培养

判断、推理也是物理思维能力的基本形式。所谓判断，是运用概念对事物、现象作出肯定或否定结论的思维形式。推理，是根据一个判断或一些判断推出另一个新的判断的思维形式。根据思维进程的不同，推理可分为归纳推理、演绎推理、类比推理。

（一）物理科学判断能力的培养

物理学中判断可以分为简单判断和复合判断两种。简单判断是由两个概念组成、用简单词句表达的判断。例如，“一切物体具有惯性”便是一个简单判断。复合判断是由两个以上的概念组成，具有并列存在性质的判断。例如，“如果给金属加热，则它的温度会升高。”是一个复合判断。 要提高学生们的科学判断能力，首先要求学生们加深对概念的把握，不仅要掌握概念所反映的物理现象、物理过程所特有的本质属性，还要掌握物理变化所涉及的规律、原理、趋向。其次必须经过科学的、反复的实验与观察，只有经过大量的实验观察和严密的逻辑分析，探索出事物与属性之间的必然的因果联系，才能得到正确的结论。经过如此反复的锻炼，学生的科学判断能力才会提高。

（二）物理归纳推理能力的培养

归纳推理是由一些个别的、特殊的判断推出一般的判断的思维方式，也就是从个别的或者只具有一定程度一般性的知识中导出一般的或者比一般性更大的知识的推理。

要提高学生们的归纳推理能力，需要注意归纳推理的具体步骤：搜集材料。即通过观察、实验，得到大量的感性材料；整理材料，即将材料归类，并得出反映事物外部特征和条件的判断；抽象概括，即经过分析、综合、比较等，排除无关的、非本质的因素，抽象出各个本质的因素，概括出一般性的规律。培养学生以观察、实验得到的事实为基础，并以由此得出的一个个判断为依据，找出事物的本质因素，概括出事物的一般规律。

（三）物理科学演绎推理能力的培养

演绎推理是由一般性的判断推出个别性的判断的推理。也就是说，它是从一般规律演绎推出个别规律的思维形式。

物理中的演绎推理建立在实验的基础之上，培养学生用已为实验证实的物理原理演绎物理结论。在讲授物理新知识时，培养学生运用演绎推理由已有知识产生新知识，是物理学习中由已有知识产生新知识的重要方法。在培养学生科学演绎推理能力时，要培养学生从已知的一般性结论演绎推出个别规律。演绎推理的大前提来源于已为实验证实的物理原理，演绎的结论也需要实验的检验，因此物理中的演绎推理是建立在实验的基础之上的。

（四）物理科学类比思维能力的培养

类比是根据两类事物有某些属性相同或相似，而推出它们在其他属性上也可能相同或相似的思维形式。类比是以比较为基础,通过对两类事物进行比较,找出它们的相同点和相似点,在此基础上，把一类事物的已知属性,推演到另一类对象中去,对后者得出一个新认识。

让学生掌握科学的类比思维方法，老师要尽可能多地运用类比法进行物理知识的讲解，比如讲电流的概念时，可运用水流来类比；讲电压时，可用水压来类比；讲电势能可用重力势能量来类比等等，把这种方法融入到物理课的教学中，可使学生从个性中抓住共性，从而做到“触类旁通”、“化抽象为具体”、“温故而知新”、“举一反三”的作用。

三、物理科学综合分析的能力的培养

物理综合分析的能力，是指一种综合性分析物理问题的能力，是在整体的考虑下把问题分解为局部进行研究，再把各部分汇为整体，综合运用各部分物理知识，得出正确结论的思维能力。

（一）培养学生把整体分解为局部的能力

物理综合分析的能力，首先表现在把整体分解为局部的能力。

培养学生在解决物理问题时，将物理现象和物理过程中相互牵制、相互渗透、共同起作用的众多因素，首先逐个隔离，然后分别进行分析。只有这样，才能揭露物理问题中每个因素的本质，明确各个因素的作用和它在整个物理事物或物理现象中的地位。只有在分析了每个因素的基础上，才能把握和利用它们。

培养学生在对复杂的物理过程进行分析时，首先要把整个物理过程分解成局部。一个复杂的物理过程总是包含着若干个子过程，每个子过程之间必定又存在着一定的因果关系。把整个复杂的物理过程分解为各个子过程加以研究，然后找出各个子过程之间的相互联系，最后，再将它们综合起来得出物理问题的结果。

（二）培养学生把局部聚为整体的能力

物理综合分析的能力，还表现在把各部分汇为整体的能力。

培养学生物理综合分析的能力，需要注意培养学生在对物理事物的局部分析、了解后，再把物理事物中的各个属性结合起来，深入挖掘与物理事物有关的全部因素，并从整体上、本质上去把握它们，全面、综合地分析物理问题的各种因素。

培养学生能够有意识地调动头脑中不同领域的知识经验，去解决同时涉及不同部分物理知识的问题。有很多物理问题，会同时涉及物理学中力、热、光、电磁学、原子物理等部分中的至少两部分中的内容，这种物理问题对学生的要求更高，这种问题要求的知识跨度大，因此学生头脑中常常没有相应的现成知识组块，所以必须注重学生这类物理问题的练习，帮助学生在头脑中形成相应的知识组块，这样在遇到涉及不同物理知识的物理问题时，学生能够迅速地在头脑中对知识进行检索、提取和组合。

［1］田世昆.物理思维论［M］.桂林：广西教育出版社，1996.

［2］梁树森.物理学习论［M］.桂林：广西教育出版社，1996.

［3］张大松.科学思维的艺术:科学思维方法论导论［M］.北京：北京科学出版社,2008.

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