浅谈如何培养学生的物理思维方法

何利

摘要：物理思维方法的缺乏是很多学生感到物理难学的重要原因，在物理教学中如何有效的培养学生的物理思维方法是每位物理教师应该研究的问题。文章结合当前学生学习物理的特点，以教学过程中的具体事例阐述了如何培养学生的物理思维方法。

关键词：物理思维；物理现象；物理概念；物理规律

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2013）5（S）-0019-3

物理学科的教学最根本的目标是使学生在学习物理知识的过程中，掌握物理分析、思维方法，培养学生运用物理知识解决问题的能力。

但是相当一部分学生的学习方法跟上述教学目标的要求背道而驰。主要表现可概括为“三脱离”：（1）脱离实际生活、生产中的物理现象，死记硬背物理概念和物理规律；（2）脱离丰富多彩的物理过程，把物理公式纯数学化，不问来源和适用条件，运用时死搬硬套；（3）脱离物理知识的整体结构，死记硬背大量零碎的、孤立的知识点。所以在物理教学中，如何帮助学生克服“三脱离”的僵死的学习习惯，塑造良好的认知结构，是一个值得探讨并努力解决的问题，在此，笔者粗谈一些浅见，望同仁专家赐教。

1.以现象为依据，实验为基础，数学为工具

物理概念的形成和定义，物理规律的归纳和总结，无一不以现象为依据，以实验为基础，因此笔者在教学和实践中，努力做到以下三点。

1.1重视观察和实验的重要性

在观察和实验中引导学生，注意寻找物理特征，以帮助学生形成具体、生动的物理图象。

如在《自由落体运动》一节的教学中，笔者并没有一开始就采用毛钱管实验，而是设计了以下五个实验作为铺垫：

（1）粉笔头和硬纸板平放同时下落——落地时间明显不同。

引导学生思考：亚里士多德说重物落得快，为什么我们的实验恰恰相反。

（2）粉笔头和硬纸竖直同时下落——落地时间基本相同。

引导学生思考：为什么实验结果与（1）不同。

（3）粉笔头和锡箔同时下落——落地时间明显不同。

（4）锡箔揉成纸团与粉笔头同时下落——落地时间基本相同。

引导学生思考：（3）、（4）两个实验说明了什么？

（5）直径相同的小钢球和塑料球同时下落——落地时只听到一次响声，已分辨不清落地的先后。

通过以上五个简单实验。学生对亚里士多德“重物落得快”的说法，已持否定态度，并从感性上已认识到物体下落的快慢并不取决于物体的轻重，而是由于受到空气阻力的影响。在这个基础上，再演示毛钱管实验，强调管中已基本被抽成真空，这样，就把自由落体运动的主要特征——“只受重力”突出来了，自由落体运动的性质和规律也就水到渠成地得出了。

1.2物理概念的形成和定义的建立要充分展示其实践基础

中学生头脑已储存不少生活图景和感受，这为物理概念的形成和定义的建立提供了一定的素材。我们的教学过程就要充分唤起学生头脑中已有的表象，引导他们去分析、提炼出信息的物理特征，使学生在坚实的实践基础上，形成科学的概念。

例如“动量”是高中物理中难以理解和掌握的重要物理概念，笔者在教学中是这样引入的：“乒乓球与铅球以相同的速度向你飞来，你的感受会一样吗？”，“足球场上两名队员以大小相同的速度相撞，可能被撞倒的是谁呢？”通过一系列类似的例子，激发学生的思维，在这样的基础上，归纳出“运动物体的作用效果不但与物体的速度有关，而且还与物体的质量有关”的结论，为“动量”概念的形成和定义的建立提供了生动、鲜明的物理形象。

1.3深入了解学生认识结构的弱点，努力渗透物理思想方法的教育

物理规律是对大量物理现象，通过去粗取精、去伪存真，突出主要特征，忽略次要因素而锤炼出来的科学结论，它源于实践，又高于实践。教学往往从学生已有的感性认识人手，但是，正如爱因斯坦指出的那样：“根据直接观察所得到的直觉的结论，不是常常可靠的。”例如，力学的中心课题是力和运动的关系，古希腊哲学家亚里士多德凭直接的观察做出了不少的错误论断。直到十七世纪，伽利略通过理想实验和抽象思维，才把亚里士多德的许多错误论断修正过来。牛顿正是在这一基础上，总结出了著名的三大运动定律，建立起辉煌的牛顿力学。

如何在教学过程中渗透这些物理思想方法，笔者首先分析了中学生认知结构的一些弱点，他们虽有一些感性认识，但信息容量有限，有序化的程度不高，开放性也差。针对这种情况，教学中宜采用由浅入深、层层剖析，由易到难，由感性到理性，由形象到抽象的教学序列。

例如在《牛顿运动定律》的教学中，笔者提出如下问题供学生思考：

（1）一般说“小个灵活大个笨”的物理原因是什么？

（2）跳高运动员脚蹬跳板的力越大，跳得越高，这是因为力越大，惯性越大，对吗？

（3）限制车辆的行驶速度，使它在必要时比较容易停下，这说明速度越小，惯性就越小，对吗？

（4）行驶的自行车，要使它停下来有两种法，一是脚不再蹬，二是脚不蹬的同时手捏紧刹车闸，后者停得快些，这说明阻力越大，惯性越小，对吗？

上述现象学生是熟悉的，但要用物理观点正确理解并解答，却要花一番功夫。因此，经常唤起学生头脑中已有的生活景象，引导他们用物理的观点去思考、分析，帮助他们把生活景象升华为物理图景，纳入物理知识的结构系统中，这就使学生所认知的物理知识根植于肥沃的土壤中，必然是开花结果，丰收在望。

2.物理概念和规律的表述具有严密的逻辑性

学生在学习物理的过程中，容易出现只记公式，而对公式的物理内容不求甚解的毛病。因而在解题过程中，也不去仔细分析物理过程，而是死搬硬套公式，为了帮助学生克服这一障碍，笔者在教学中注意做好如下三点。

2.1对描述物理概念的定义式，着重强调其实验（实践）基础

如电阻的定义式，着重点明欧姆实验的初衷是要研究导体中的电流强度跟加在导体两端的电压的关系，而在实验过程中，发现电流的强弱不但与电压有关，而且与导体的某种特性有关，这一特性在实验中表现为比值U/I对于同一导体是个恒量，对于不同的导体这个恒量不同。这就使学生对电阻概念的理解建立在坚实的实验基础上。接着强调电阻的定义式R=U/I与欧姆定律的表达式I=U/R在数学上是等效的，但反映的物理内容是截然不同的。

2.2真正理解物理公式丰富的物理内涵

对用比值定义的物理量，着重把比值整体描述的对象及其性质跟比值所用的已有的物理量描述的对象及其性质严格区别开。如前所述电阻R=U/I，描述的对象是导体，反映的是导体阻碍电流的特性。而所用的已有物理量电压是由外部提供的，电流是外部条件通过导体本身属性而体现出来的一种表象。不管U与I如何变化，对一根导体来说，其电阻是不变的（不考虑温度的影响）。这样，才能真正理解物理公式丰富的物理内涵，而不至于把它们当成干巴巴的数学形式。

2.3使丰富的物理内容和简洁的数学形式整体呈现

物理学常常以极其简洁的数学形式揭示深刻的物理规律，如牛顿第二定律、欧姆定律等。也许正因为简洁，部分学生往往就把它们简单化了。学生往往把物理公式纯数学化，任何一个物理公式都是直接或间接地建立在大量的实验基础上。反映着特定条件下的丰富的物理内容，如果不弄清楚其产生基础和适用条件，而认为只要记住公式就行，势必要犯错误。

例如“刹车问题”中经常出现汽车开始刹车后，时间t内汽车的位移。而给出的时间常常大于汽车停止所需要的时间，如不加以分析，就乱公式势必得出错误的结果。这类问题虽简单，但旨在培养学生对物理过程分析的习惯和能力。为了使学生能真正掌握物理规律的数学形式。笔者在每个物理规律教学时，都要强调以下四个方面的问题：（1）实验基础；（2）物理过程分析；（3）公式中各物理量间的制约关系；（4）公式的适用条件。

总之使丰富的物理内容和简洁的数学形式以统一和谐的整体呈现在学生面前，是有效的教学方法之一。

3.摒除零碎知识堆积灵活运用物理规律

大量的、零碎的物理内容的堆积，不等于物理认知结构的形成，更谈不上能力的培养。一些学生在学习物理过程中，脱离物理知识的整体结构，死记大量零碎的知识点，不能灵活运用物理规律。为了解决这一问题，笔者在教学中力求做到如下三点。

3.1通过背景介绍，了解知识形成过程

在进行概念和规律教学时。适当介绍其形成、产生和建立的背景，使学生能从科学发展史和人类认识史中去了解知识的形成过程。例如：从惠更斯提出“活力”的概念到“动能”定义的建立，从笛卡儿对“动量”的初步认识到牛顿对“动量”更加准确的定义，从光学发展史归纳出光的波粒二象性，以及中子发现的曲折而又有趣的过程等。这些史实的介绍对学生认知结构的形成大有裨益。

3.2有效、及时地进行章节、单元的复习、归纳和总结

章节、单元的复习总结，不是面面具到的知识罗列，不是机械的知识堆砌，而是把点连成线，把线织成网。形成一种网络结构，回归知识的本来面目，使学生从整体上去把握知识系统本身的逻辑联系。

归纳总结的具体形式很多，如列成表格，画出图表，组织框架、类同集萃，同中求异，异中求同等等，通过种种具体形式，帮助学生系统地掌握基础知识，理解知识脉络，抓住关键，突出重点，进一步挖掘内涵，开拓外延，从而激发学生的扩散思维，逆向思维，求异思维等创造性思维能力。只有通过系统的复习、归纳和总结，才能使学生在掌握物理知识结构的过程，不断接受物理思想方法，逐步塑造起自己的良好的认识结构，发展智力，提高能力也才有坚实的基础。

3.3精选习题，分类讲评

教师要精选（编）习题，讲评时要“浅题深析”，有些题要“深题浅释”。题目的优劣不在于深浅难易，而在于能否突破一点，带动全局。而所谓搞深搞透，就是不以题论题，受题限制，只满足于得到正确答案。对于看似浅显的题目，要认真分析习题涉及的知识点在有关知识系统中的地位以及和其它知识点的联系，有利于从全局出发，采取最优手段来解决，从而达到引起联想，激发思维的目的，这就是所谓的“浅题深析”之要义。对于综合性的习题，即所谓难题深题，则要在弄清楚题目描述的物理过程的基础上，分析它涉及到的知识点，这一知识点由什么规律联系着，然后正确选用规律去解决它。这就是所谓“深题浅释”的意思。

“浅题深析”和“深题浅释”，看似异曲，实则同工，目的都是培养学生从整体上掌握各知识点的具体内容，更重要的是要掌握各知识点的内在联系，以便发挥知识系统的整体功能，提高学习效率。

众所周知，教学是双边活动。诗云“若说琴上有琴声，放在匣中何不鸣。若说声在指头上，何不俯耳指上听”，指、琴的合用，方能奏出美妙的乐曲。从教育学的观点看，教师要不断改进和完善自己的教学，必须获得三种信息，即教学方法和教学内容的信息，学生反馈的信息，教师自身行为的信息，其中，学生反馈的信息是中心的一环。教是为了学，只有不断从学生中获得反馈信息，并用心加以分析研究，才能有效地调控教师自身沿正确轨道不断前进。

（栏目编辑 刘荣）