中学生物理思维能力的培养

中学生物理思维能力的培养四川省什邡中学物理组（618400）王树斌关键词：思维能力思维差异培养措施一、物理学科结构特点决定了学生思维能力培养的重要性物理学是由物理概念、物理规律和基本方法组成的一门系统性较强的学科，它是观察、实验和思维的产物，物理知识在现代生活、社会生产、科学技术等领域中有着广泛的应用。

而目前的物理教材主要以经典物理学的基础知识为主，为学生进一步学习现代科学技术所必须具备的力学、热学、电磁学、光学、原子物理学等知识奠定基础，而教材中无论是物理概念的建立或物理定律的发现，还是物理基础理论的创立和突破，都离不开思维能力。

物理学在长期的发展过程中，形成了一整套的思维方法，基本的方法有：分析与综合的方法、比较与分类的方法、抽象与概括的方法、归纳与演绎的方法、科学推理的方法等。

如：牛顿定律、法拉第电磁感应定律等，都是以实验事实为基础，运用分析、综合、推理和归纳而总结出来的。

又如：“质点”、“理想气体”、“点电荷”、“核式结构”等理想物理模型，是通过形象思维而上升到抽象思维的产物。

因此，思维能力在物理的学习和研究中起着重要作用，物理学科结构特点决定了学生思维能力培养的重要性。

二、学生的思维差异反映出思维能力培养的必要性中学物理课的内容具有一定的深度和广度，它主要由实验、逻辑思维和数学表述三种要素构成，所以在中学物理知识的探讨和研究方面，更注重的是对学生进行科学方法的指导和思维能力的培养，而在教学中，学生常反映：“课本熟悉，公式、概念清楚，教师讲课能听懂，但遇到实际问题却束手无策，感觉物理难学”，究其原因，这并不是物理难学而是没有掌握学习物理的方法，学生的思维能力跟不上学习的要求，更重要的是没有认识到物理学科的特点决定思维过程必须是抽象和形象、动态和静态、发散和收敛、纵向和横向等相互对立、相互依存、互为补充的思维方法并存，而学生经验型的思维会形成不同的思维习惯、方法和定势，使思维的结果与客观实际存在着差异，从而导致了学生在解决实际问题时感到物理难学。

目前学生的思维差异主要体现在以下几个方面：1、善于形象思维，抽象思维能力差学生在学习过程中，对一些直观的、具体的、感性的或熟悉的物理问题，容易接受和理解，而对那些不具体的、隐含的物理问题往往不能摒弃一些次要因素，抓住其本质，转化为可感知的物理模型或过程去分析和讨论，用逻辑推理和理论分析的方法对研究过程进行简化和抽象，揭示物理学规律。

如初中的理想斜面实验，高中的牛顿说明人造地球卫星原理的草图所描述的物理过程，完全弹性碰撞实验等，对培养学生的想象能力、抽象概括能力都具有重要作用。

初中物理教学基本上是建立在形象思维基础上的，它以生动的自然现象和直观的实验为依据，从而使学生通过形象思维获得知识。

初中物理中的大多数问题看得见、摸得着。

进入高中后，物理教学便从形象思维向抽象思维领域过渡。

从目前的教材来看，这个台阶是较高的。

如高一物理教材中的静摩擦力的方向，瞬时速度，物体受力情况分析，运动的合成与分解等都要求学生有较强的思维能力。

从人的认识过程来看，从形象思维到抽象思维是认识能力的一大飞跃，而抽象思维能力的高低有，又直接影响着学生对所学物理知识的掌握程度和应用所学知识解决实际问题的能力。

2、习惯单一思维，发散思维能力差学生在分析和解决问题时，往往只顺着事物的发展过程去思考问题，注重由因到果的思维习惯，不注意变换思维的方向，缺乏沿着多方面去探寻解决问题的途径和方法。

比如：在物理中常用的正负号，它可用来表示矢量的方向，不表示矢量的大小；也可用来表示标量的正负，如温度的高低；功的正负，能量的正负，电势的高低；也可用来表示物体的性质，如透镜的性质，电荷的性质等等。

而学生有时片面理解为只能表示方向，忘记了还有的表示性质和大小。

又如：学生学完高中力学后，解决动力学问题的方法主要有三种，一是运用牛顿运动定律和运动学公式，用来分析简单的匀变速运动的问题；二是动量观点，运用动量定理和动量守恒定律，这是一种普遍的规律；三是功能观点，运用动能定理和能量守恒定律，也是一种普遍的规律。

虽然后两种规律学生能够达到的知识水平有限，但在教学大纲和高考说明的范围内，在对一些典型问题的分析上，仍然可以暴露出学生思维上的障碍和惯性。

事实上，有许多典型的问题用后两种观点更容易解决的，而学生只习惯用运动学公式和牛顿运动定律来分析，这就说明这种方法对动量和功能原理的知识的理解和提高产生了阻碍作用。

还有，带电粒子在电场中的运动分析中，首先要分析粒子的受力情况，对重力是否要考虑应根据状态判断，但学生往往直接将重力分析进去，使问题不能得到解决。

要克服这种思维定势，应该注意运用典型的事例加强练习，增强训练的新颖性和题目的灵活性，重在提高具体问题具体分析的能力，切实加强审题能力的培养，使学生形成正确的分析习惯和方法，克服想当然的按头脑中的思维套路来解题的不良习惯。

例如：学生习惯于解决细线悬挂小球的摆动问题，而对小孩荡秋千问题却一筹莫展。

学生习惯于解决小球过顶的圆周运动问题，而对汽车过拱桥的问题却束手无策，这充分说明了学生对知识的迁移和发散能力很差。

3、知识的迁移不灵活，推理能力差推理是从已知的判断推出新判断的思维过程。

学生在解决这类问题时，往往不注意挖掘所研究问题中的隐含条件，抓不住问题中哪些条件是已知的，哪些条件是不确定的，对一些似是而非的问题，不知道用所学的物理概念、规律为依据，进行分析推理；对一些问题中的结论缺乏多角度的分析和判断。

如：物体在运动过程中所受的合外力不为零，要判断物体动能变不变，动量变不变，加速度变不变，速度方向变不变等，学生在解决该题时，缺乏认真审题的习惯，搞不清题中的一些不确定因素，如合外力不为零，但不一定是恒力（大小、方向），运动方向和合外力的关系不确定，学生如果不能准确抓住这些条件，不能找出与问题有关的功能关系、动量定理、牛顿定律、力的概念为依据进行综合分析和推理，就不可能推断出正确结论，在中学物理中，推理分析是物理学中一种重要的思维方式，依据概念、规律进行层次分明的推理，也是学好物理的重要因素。

三、学生物理思维能力培养的方法和措施在中学物理教学中，对学生思维能力的培养既是教学大纲的要求，也是素质教育的重要内容。

学生头脑中的物理概念和规律是大脑对物理现象和物理过程通过分析综合、抽象概括、推理等一系列思维活动形成的，因此思维能力培养的关键是掌握思维方法，对学生思维方法的培养是中学物理学科教学的一项重要任务。

教师要指导学生探索物理规律，根据建立物理规律的思维过程和学生的认知特点，选择适当的途径，对感性材料进行思维加工，认识研究对象、现象之间的本质的、必然的联系，概括出物理规律。

思维方法的培养，可以采用以下途径进行：第一、在知识的传授和应用中教会学生分析和综合的思维方法学生分析物理问题的思维过程大致可按以下程序进行：例如，我们在研究平抛物体的运动规律时，就充分地运用了分析的方法。

平抛运动是学生最先学习的一种曲线运动，教给学生的学习方法对于以后的学习有很大的帮助。

在此之前学生只有匀速直线运动和自由落体运动的知识基础，怎样利用已有知识基础来学习新知识呢？我们按照以上所讲的基本程序，引导学生将这个问题的整体分解为各个部分来分析，通过对演示实验（平抛仪）的分析，把平抛运动化成是水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动两个简单运动的合运动。

将平抛运动化为熟悉的匀速直线运动和自由落体运动的规律求解；我们还可借助物理图像，利用已有知识基础，分别找出水平、竖直方向的速度与时间关系；水平、竖直方向的位移与时间的关系，建立物理方程，从而得到平抛物体运动的规律。

学习物理，不仅要能理解掌握物理概念和规律，更重要的是能够应用。

运用所学物理知识解决相关的物理问题，这就需要在理解知识的基础上，掌握解决物理问题的思路和方法。

通过对解题思路的研究，有意向学生渗透思维的方法。

在知识的应用中，学生对简单问题很容易找到解决的方法，但如将这些简单的问题综合成一个复杂的问题时（如综合题），学生往往无从下手。

我们应当引导学生将这一复杂的问题，分解成许多简单的问题来分析，这样就比较容易找到解决问题的突破口，从而“化繁为简”。

例如隔离法就充分利用了“化繁为简”这一分析的最基本的特点，我们先将研究对象从复杂问题的大系统中一个一个隔离出来，通过受力分析；构建物理模型；建立数学方程；得出物理结论。

这样，一个复杂的问题就很容易得到解决了。

对学生加强综合方法的培养和训练，使学生知道可以把已分解的对象，作为一个有机整体来考虑。

研究某一对象时，要注意与之相关联的各个方面，养成全面看问题的习惯和思维品质。

例如，在进行“功”的概念的教学中，就要将“力”和“力方向上的位移”两个因素结合起来考虑，因为这是做功的两个必要条件；还有像“摩擦力”的概念，就要与“正压力”、“相对运动及相对运动趋势”以及“摩擦系数”相联系，由这三个因素来决定。

这样引导学生注意知识的迁移，不仅深化了概念，掌握了规律，还提高了学习能力，为进一步学习奠定了基础。

第二、，通过物理事实、物理实验的分析综合，掌握研究方法，在形成物理概念，总结验证物理规律的过程中，培养抽象概括能力物理实验是理解概念掌握规律的基础，也是掌握实验方法，培养思维能力的重要途径，初中物理教学强调以实验为基础，重要的概念和规律，如惯性和牛顿第一定律，浮力和阿基米德定律等等都是通过实验和学生所能观察到、体验到的大量物理事实排除非本质的表面因素抽象概括出来的；又如高一讲的力的合成和分解，也是通过实验帮助学生正确理解分力、合力的概念，理解合力和分力的等效性，力的矢量性，掌握力的平行四边形定则；再如卢瑟福根据a粒子散射实验现象抽象出原子的核式结构模型；根据气体实验定律推导理想气体状态方程。

通过对这些物理实验、物理事实的分析综合，并在这个过程中培养学生的抽象概括能力。

第三、通过归纳、演绎和类比掌握逻辑推理方法，在理解物理概念和物理规律内在联系过程中，培养逻辑思维和判断能力归纳是从个别推导到一般的推理方法；演绎是从一般推导到个别的推理方法；类比则是把不同的几个研究对象进行比较，根据它们一系列属性上的相似，而且已知其中一个研究对象所具有的属性，由此推出其他研究对象也具有相似的这类属性的结论。

物理学的绝大部分规律都是经过归纳和演绎的思维方法而发现的。

如力学中的胡克定律、牛顿第三定律、力的合成法则等；电学中的欧姆定律、焦耳定律、串联和并联电路的规律等都是用归纳的方法获得的。

要更深刻理解这些定律、公式、法则的意义，又要进行大量的演绎，通过对这些定律、公式、法则的运用来解决具体问题。

根据动能、势能相互转化机械能守恒，机械能和内能相互转化总能量守恒，电能和内能相互转化总能量守恒等事实总结归纳出能的转化和守恒定律等，这些都是应用从个别到一般的归纳推理方法。