物理思维方法的研究

朱峥嵘

摘 要：本文从物理学科思维的主要特点：模型性、多级性、多向性、表述的多样性、思维的转换、假设与验证、等效思维、实践性等方面进行研究。而物理教学在培养学生思维能力方面又有其独特的优势。再从活化概念，培养抽象思维能力；穿插置疑，训练发散思维能力；颠倒时空，发展逆向思维能力；超越常规，提高求异思维能力；学会"互译"，增强识图能力；强化观察，激活创新思维能力等方面论述物理课堂教学中渐进培养学生的思维能力。

关键词：物理；思维；能力；培养

“思维是指在表象、概念的基础上进行分析、综合、判断、推理等认识活动的过程，它是人类特有的一种精神活动，是从社会实践中产生的。” 物理学的研究，无论是概念的建立还是规律的发现、概括，都需要思维的加工，与一般的思维过程相比较，在共性之中，物理学科的思维又有其个性。

一、物理学科思维的主要特点

（一）模型性。物理学科的研究，以自然界物质的结构和最普遍的运动形式为内容。对于那些纷繁复杂事物的研究，首先就需要抓住其主要的特征，而舍去那些次要的因素，形成一种经过抽象概括了的理想化的“模型”，在此基础上去研究“模型”，以发现其中的规律性，建立新的概念。这种以模型概括复杂事物的方法，是对复杂事物的合理的简化。而抽象概括和简化的过程，也正是人脑对事物的思维加工过程。模型就是一种概括的反映，就是概念，亦即是一种思维的形式。

（二）多级性。任何一门学科，其内容都不会是孤立的存在，不可避免地会与其他学科有或多或少的联系。在本学科内，一个物理问题的提出、解决，其后所牵涉到的问题，可能有许多个环节，问题的解决所经历的思维过程，往往需要分作几个过程、阶段或几个方面、几步。须经历分析、综合的相互转换，往复循环，逐级上升。我们称此特点为物理思维的多级性。

（三）多向性。许多物理问题的解决，并不只有一种办法。同一个问题，从不同的方面出发，用不同的方法，都可以得到同一个结果。还有一些问题则不同，并不只有一个结果存在，需要作全面的分析。而解决这类问题所需要的思维过程，须是开放性的。即依据一定的知识或事实，灵活而全面地寻求对问题的各种可能的答案。这种特点，被称作发散思维或求异思维。

（四）表述的多样性。物理问题的表达方式也是多种多样的。例如表述物理规律，可以用文字叙述，也可以用公式表示，还可以借助于各种图示或图像。概念的表述，亦有类似的方式。每一种表述，都是一种语言，同样是一种思维。这种表述的多样性，在解决问题的过程中，要求首先对思维的方法要加以选择、优化。选择和优化是对思维的批判性品质的表现，也是思维灵活性品质的表现。物理教学，就需培养学生选择表述方式的意识，学会并掌握物理语言，准确地运用适当的语言思考、论述物理问题的习惯和能力。

（五）思维的转换。思维的转换是物理思维的又一个特点。它要求个体及时地更换自己的思维方向，转换思维的方式，改变语言表达方式，以更简捷、有效的方式进行分析、综合。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是常见的。思维的转换，既是物理思维的特点，也是学生学习物理甚觉困难的又一所在。思维的转换，是思维的灵活性品质的体现，在物理教学中，需要有意识地培养这种品质。

（六）假设与验证。为着解决某一问题的思维，所必须经历的步骤，一般说有如下四步，即发现问题、认清问题、提出假设、验证假设得出结论。而其中的假设与验证是思维过程的中心环节或关键环节。在解决有多种可能的问题时，结论与假设有关的，必须加以验证。验证假设的思维是人的认识深化的过程。验证的方法，可以是间接的方法，即推理的方法，也可以是直接的检查，即知觉的方法。但无论以怎样的方法来作验证，都直接地培养了学生思维的广阔性和深刻性。

（七）等效思维。等效方法的运用，是物理思维的又一个特点。所谓等效，即效果相同。例如力学中，合力是分力的等效替代，质点是物体的等效替代，合运动是分运动的等效替代；为研究的方便将变速运动等效为匀速运动，将变力的冲量等效为恒力的冲量，将变力做功等效等均是用等效的思维方法，都是简化复杂问题的方法。把复杂的对象等效作一个模型，以便能够应用已有的知识去处理。这种等效处理的方法本身，就是一种思维。

（八）实践性。物理知识的另一个特点是它与实践的紧密联系。许多知识是实践观察的总结。就其来源于实践而又应用于技术这一点讲，物理知识是非常具体的、通俗的。而就其概括实践来讲，无论是初级经验的概括，还是高级科学的概括，它又是那么抽象，既具体又抽象的特点，要求解决物理问题的思维，必须具有相应的特点。

二、培养学生思维能力的方法

心理学家朱智贤认为：初中学生思维发展的主要特点是抽象思维日益占有主要地位，但具体形象成分仍起着重要作用；思维的独立性和批判性有了显著的发展，但容易产生片面性和表面性等缺点。高中学生的思维具有更高的抽象概括性，并开始形成辩证逻辑思维；思维具有更大的组织性、深刻性和批判性，独立思考能力得到高度发展。

在初中学生的思维中，抽象逻辑思维属于经验型水平，且经常需要具体的、直观的、感性经验的支持。在高中学生的思维中，抽象逻辑思维处在由经验型水平向理论型水平急剧转化过程中，开始有可能初步了解特殊与一般、归纳与演绎、理论与实践等对立统一的辩证思维规律。

思维方法是主体思维活动为实现一定思维目的所采用的规则、手段、途径和技能、技巧构成的综合体系。中学物理教学的目的和任务归结为如下十六个字：传授知识，树立观点，培养能力，训练方法。而首要任务之一，是要培养学生的各种能力，例如：观察能力、注意能力、记忆能力、想象能力、思维能力、动手能力等等，教师传授知识是培养学生能力的内容和基础，学生在掌握知识的过程中发展能力。在诸多能力中，思维能力是核心，而培养和提高学生的思维能力，也是我们当今教学的核心。教师只有在教学过程中，让学生通过动手、动脑、动口、不断地展开思维活动，同时教师须不失时机地对学生进行启发、诱导和训练来逐步提高学生的思维能力。现代教学，要求我们用最少的时间去获得最高的效益。从教育学的角度看，一堂成功的物理课，应该是教师能运用各种手段来调动学生的思维积极性，使学生自始自终处于积极思维的最佳学习状态，向“40分钟”要质量，这是教学研究中永恒的课题。如何在每周二至三节的有限的物理课内培养学生的思维能力，我觉得以下几种做法是切实可行，也是行之有效的。

（一）活化概念，培养抽象思维能力。物理学中有许多概念比较抽象，学生难以理解，只有死记，无法进入创造思维情境。教学时，设置有趣的小实验和诱导性问题，如果将抽象的概念活化，使学生能形象直观地“顿悟”概念的内涵，把抽象的问题具体化。

（二）穿插置疑，训练发散思维能力。发散思维和收敛思维的训练是培养创造性思维的有效途径。发散思维必须对问题的共性有一个全方位、多层次的把握，联系越多，发散也就越广，可以做到一题多解，一题多串、举一反三触类旁通。而收敛思维必须对问题的个性有彻底的认识，分辨得越多，收敛得也就越准确，可以做到多题一解、一题多变。在大多数情况下，既要用到发散思维又要用到收敛思维。为培养学生的发散思维，在讲物理概念、规律之前，穿插置疑，促使学生广泛地搜寻自己的记忆贮存，尽可能提起更多的信息项目来寻求答案。

（三）颠倒时空，发展逆向思维能力。逆向思维就是倒过来想问题，也就是把思维顺序逆转过来，颠倒时间和空间顺序，把始态与终态、条件与目标、原因与结果沿着相反思路思考问题。有许多问题，利用正向思维根本无法解决或解决起来很困难、繁琐，而利用逆向思维可以收到“山重水复疑无路，柳岸花明又一村”之效。例如，如何判断静摩擦力的方向？学生感到无从着手，对物体相对运动趋势难以“捉摸”。若引导学生进行逆向思维：如果接触面是光滑的，物体会向什么方向运动？这个运动方向与相对运动趋势方向关系如何？从而得到这个物体相对运动方向就是物体在光滑接触面上运动的方向。在这些问题的研究过程中，学生的逆向思维、猜想能力得到培养，有效地提高创造思维能力。这也是研究物理过程和结论的科学思维方法。

（四）超越常规，提高求异思维能力。在物理学中，概念和规律都是建立在实验基础上的。照常规进行操作后，教师超越常规设疑启思，使学生进行求异思维，培养学生创造思维能力。如，在测定小灯泡功率的实验中，当学生已掌握常规测定方法后，为使学生知识“升华”，发展思维，设问置疑：某同学在测额定电压为3.8伏的小灯泡的额定功率时，所用的电源电压为6伏，他用一只最大量程为3伏的电压表测出了结果。其实验方法和原理如何？在这个问题中设置了超越常规的条件：一是小灯泡上电压达到3.8伏时，才能从电流表读取额定电流求得结论，而电压表又不可能超过量程使用；二是进行求异思维，打破常规，变迁思维，联想到串联电压特点，采用电压表与变阻器并联测量的方法，当灯泡正常发光时，变阻器两端的电压只有2.2伏，可用最大量程是3伏的电压表测量。这样，使学生的思维生“慧眼”，透过重重“迷雾”洞察一切，学生的创造思维能力得到不断提高和拓展。

（五） 学会“互译”，增强识图思维能力。在物理教学中，许多物理定律、公式及物理问题可用图形来描述。采用图形来描述物理问题常常可使问题简化，贴近生产和生活实际，一旦找到图形蕴藏的深刻的物理规律之后便能茅塞顿开，使物理问题难度得到降幂处理，并且常常从图形中找到有创意的解题思路。我们称这种寻找图形蕴藏物理规律的思维过程为“识图思维能力”。对学生“识图思维能力”的培养，需要一个渐进过程。首先要对学生强化“互译”训练，即把用文字描述的物理规律和定律去训练学生用图形表示，反过来将反映物理规律和定律的图形让学生“翻译”成文字描述形式。

（六）强化观察，激活创新思维能力。当今，物理知识的应用比比皆是，教师经常要求学生运用所学知识对观察到的现象，尽力生疑、“挑刺”和深思，并为学生创造条件让他们有效地把新思想变新创造，其中必定要有创新思维，创新思维能力极为重要。如，中学物理中几何光学的作图隐含了一个条件：物高既不等于零，又不能大于透镜半径。否则，需要用副轴、焦平面知识作图，超出中学物理范围。而不少资料题目都超出了这个条件，怎么办？教学中首先强化观察，在观察过程中找出凸透镜成像规律：一个方向、二个分界点、三个特殊点。凹透镜成像规律：永远是成缩小的正立的虚像，像距小于物距。在此基础上提出问题：如果把物体高度拉高到大于透镜半径，像如何变化？如果把物体高度压缩成一点，在主轴上，像又如何变化？如果把物体沿垂直主轴的直线自上而下运动，纵向成像的变化规律如何？运用透镜成像的横向和纵向成像规律进行作图时，我们可以将物高等于零的点拨高成小于透镜半径、物高大于透镜半径的物高压缩成小于透镜半径的物高，按课本上作图方法进行作图。教学结果，不应用副轴、焦平面，将特殊光线作图方法发展到非特殊光线作图方法，激活了学生的创新思维能力。

参考文献：

[1] 张永声.思维方法大全[M].苏州：江苏科学技术出版社，1990. 1-2.

[2] 郭青山.浅谈物理建模能力的培养[J].中学物理，2002（1）：20-21.