像科学家一样思考

居海军　于路军　张平昭

摘要：美国哈佛大学心理学家加德纳提出人的智力是多元的，旧的应试教育方式主要以发展学生的语言一言语智力、数理一逻辑智力为教学目标，忽视了学生其他几种智力的发展；新课程的教学理念与发展学生的多元智能理论不谋而合，在物理课堂上培养学生的多元智力也是教育发展的大势所趋，培养学生像科学家一样从形象思维到抽象思维的思考方式，一直是科学教育的追求目标。物理图示在物理教材和物理试题中都有着重要的地位，本文拟从物理图示的分析、读写、画制探讨在物理课堂上培养学生像科学家一样的思维方式，发展学生的视觉一空间智力。

关键字：物理图示：视觉-空间智力：形象思维

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）1（S）-008-3

1.问题的引出

1983年美国哈佛大学心理学家加德纳提出，一个人的智力必定会带来一套解决问题的技巧。它使个体能够解决自己遇到的真正难题和困难，还使个体创造出一种有效的产品。智力又必定会产生那种找出或制造出难题的潜力。因而便为新知识的获得打下基础。1989年他又做了补充定义。认为智力有8种组成。分别是语言一言语智力、数理一逻辑智力、视觉一空间智力、音乐一节奏智力、身体一运动智力、人际一交流智力、自知一自省智力、自然观察智力，即大家所熟悉的加德纳的多元智力理论。视觉一空间智力主要指感受、辨认、记忆和改变物体的空间关系并以此进行思维的能力。这种智力占优势的人对细微的视觉细节有敏锐的洞察力，擅长以图、表、影像来表达事物，或将语言文字转换成为心理图像。具有良好的方向感和定位感。旧的应试教育方式主要以发展学生的语言一言语智力、数理一逻辑智力为教学目标，忽视了学生其他几种智力的发展；新课程的教学理念与发展学生的多元智能理论不谋而合，在物理课堂上培养学生的多元智力也是教育发展的大势所趋，培养学生像科学家一样从形象思维到抽象思维的思考方式。一直是科学教育的追求目标。

2.物理图示在物理教材中的运用

认知心理学研究表明，人的大脑对通过不同渠道获取的知识的吸收比例是大不相同的：视觉83%、听觉11%、嗅觉3.5%、味觉1%、触觉1.5%。大脑中储存的知识，极大多数是通过视觉和听觉获得的。与视觉有关的“图形信息”占绝对高的比例。北京教育学院的张维善教授指出新教材努力做到图文并茂，图像魅力与文字特色并举。新教材中选用了传递大量信息的各种图片和照片，它们也是宝贵的课程资源，对学生起着潜移默化的作用。教材中的图片既有色彩鲜艳的实物照片，又有一些图画、卡通画、漫画，而且图片数量远远超过了旧版教材。这十分贴近学生年龄特征。易于激发学生学习兴趣。如表1所示，无论是哪个版本的物理学科新教材，都注重利用图片、图表、示意图等图像，拉进教材与学生、教材与生活的距离。教师在教学中应培养学生识图、读图、画图等利用图形解决物理问题的能力，发展学生的视觉一空间智能，提升学生的思维品质。

3.高考试题中图形的分类以及对试题难度的影响

如表2所示，在高考中，90%的试题都配有图示。这些图示有的是精美的图片，有的是物理示意图，有的是能反映物理量关系的表格或函数图像。这些图示的功能可以分为这样几种：（1）图示创设物理情景。帮助学生进入物理问题。例如江苏省2008年物理高考题中探空气球的图形、2009年的挂画框图形、2010年的相机三脚架图形，2011年的抛鸡蛋的图形等，这些问题中的文字基本能讲清物理问题。图片只是帮助学生能更快地进入问题。这些图片去掉，学生还是可以完成试题的，如果没有图片，学生需要自己构建问题的示意图，会导致试题的难度系数增大。（2）图示不但创设了物理情景。而且物理问题的解决答案就在图示中，这样的图示对于该试题必不可少。例如2013年江苏省高考题中的桌球碰撞图、“卡诺循环”图等。完成试题时必须要从图示上入手，分析问题发生的过程，找准相应的物理规律解决问题。（3）图形即是考查学生知识、能力的方式。例如考试中要求学生给实验电路连线、画黑箱中的电学元件、实验中描点作图等等。

4.借助物理图示的学习培养学生的视觉一空间智力

物理教学中图示无处不在，新课教学时教材中各种精美的图片和可爱的漫画很容易吸引学生的注意力。教材中的很多物理规律利用图像来表达非常地形象、清晰，例如，分子力与分子间距离的图像。气体分子的运动速率与温度关系的分布图像，不同温度下黑体辐射强度与波长关系的图像。光电效应中的电流、电压和各种颜色光强的关系图像等等。在教师和学生处理物理问题时，物理示意图能够帮助师生理清物理过程。将文字转化为心理图像。正如爱因斯坦说过：“我思考问题时。不是用语言进行思考。而是用活动的跳跃的形象进行思考，当这种思考完成之后。我要花很大力气把它们转换成语言。这正是一个物理学家的思维过程。首先是右脑的形象思维。然后才是左脑的逻辑分析。”

随着新课程的逐步推进，物理图示教学的要求凸显为由“注重由图像获取信息、对状态的判断”，转化为“注重对过程的理解和处理”、“注重对实验数据的分析处理及得出结论”、“注重用数形结合的思想进行逻辑推理、分析、评价”等。

培养学生利用图示发展物理思维能力可以从这几个方面出发：

（1）借助图片阅读，培养学生的读图、识图的能力。人教版必修一教材封面是苹果下落的频闪照片。给学生留下了直观的印象。教师在研究自由落体运动时，引导学生观察该图片并让学生动手用刻度尺去测量一下各段时间内苹果下落的位移。学生就会惊喜地发现它们的位移之比是1：3：5，这恰好是初速度为零的匀加速直线运动的特征。教材编写者利用了大量的图片、漫画、图表等拉近了学生和物理知识的距离。每张图片都有它存在的意义，需要教师和学生好好体会。在解决一些物理问题时，教师要引导学生读题、读图，体会图示的情景，分析图示中给出的数据关系。物理图像常用的一些信息如图像的斜率、截距，图像的交点等在不同的物理量关系的函数图像中有着不同的含义。

例如。2013年江苏省物理高考题第7题（如图1所示），从地面上同一位置抛出两小球A、B。分别落在地面上的M、N点，两球运动的最大高度相同。空气阻力不计。比较两物体的运动时间。就需要从图中读出两物体的最大高度相同、射程不同、倾角不同。

（2）挖掘图示深层次含义，用活图像解决问题。例如，2013年江苏省高考题第5题：水平面上，一白球与一静止的灰球碰撞，两球质量相等。碰撞过程的频闪照片如图2所示，据此可推断。碰撞过程中系统损失的动能约占碰撞前动能的百分比。这个问题难度较大，只给了一张图，引导学生先找出图中的信息，白球水平运动，碰后两球对称性地运动。两球的运动方向的夹角约为60度，根据水平方向动量守恒。得到碰后两球水平方向的分速度与碰前白球的初速度关系，再结合角度估算碰后两球的速度。

（3）培养学生画图的习惯，先形象思维后抽象思维。在教学中教师要有意识地引导学生用好图、画好图，借助图像帮助学生思考分析。提高思维能力。解题过程就是还原拟题者构建的物理模型的过程，也就是把实际问题模型化，把具体问题抽象成熟悉的典型物理问题，实现从“问题情景”向“物理图景”转化。

在解决一个物理问题时，完整的思维过程大致经历两个阶段。首先是整体上阅读审题。定性分析阶段，提取题干中有用的信息，从所给的物理过程、物理情景中建立关于问题的物理模型、物理图像。然后是定量分析阶段，利用相应的物理规律、物理定理、定律解题。很多学生因为形象思维不够突出、平时没有养成画图示的习惯，无法在第一阶段建立正确的图景。不会画图也就不会学习、不会解题。那么在物理解题过程中需要画哪些物理图像呢？

①画出研究对象的示意图或模型图。简略的形状图，建立物理情景。研究对象可否画成质点，周围的环境是水平面还是斜面。立体图画成平面图等。或是分析整个电路。画出等效电路图和电流电压随时问的变化图像等。

②画出研究对象的受力示意图，画力的合成或正交分解图示。借助物体的受力情况分析运动情况。

③画出研究对象的运动过程示意图、轨迹图或状态变化示意图。

④结合题意，画物理量之间关系的函数图像，如v-t图像等。

⑤小结：学生利用图像解决问题的思维方式，不是一天两天就形成的。需要长时间的引导和训练。教师在日常教学中经常给学生图像思维的熏陶，训练学生敏锐的观察力和用图、表、影像等表达事物的能力。培养学生像科学家一样从形象思维到抽象思维的思考方式。