高中物理科學(xué)思維的培養(yǎng)策略

摘要：高中物理教育對(duì)學(xué)生的科學(xué)思維能力的養(yǎng)成，其作用毋容置疑，影響力意義深遠(yuǎn)。學(xué)生能否建立健全科學(xué)思維亦是衡量教學(xué)效果的標(biāo)準(zhǔn)之一，學(xué)生

能否運(yùn)用科學(xué)思維學(xué)習(xí)理論知識(shí)和運(yùn)用各種思維方式解決問(wèn)題更是物理學(xué)科的核心素養(yǎng)。本文將高中常用的幾種思維方式，如形象思維、類比思維、等效思維、

直覺(jué)思維的培養(yǎng)策略進(jìn)行闡述。關(guān)鍵詞：物理思維；教學(xué)案例；創(chuàng)新型人才

引言：高中物理是思維能力的培養(yǎng)的肥沃土壤，如何讓思維能力的種子生根發(fā)芽，茁壯成長(zhǎng)？當(dāng)然仁者見(jiàn)仁，智者見(jiàn)智。當(dāng)下從課程標(biāo)準(zhǔn)和物理學(xué)科思維

特點(diǎn)出發(fā)，人們認(rèn)為提高學(xué)生的物理思維能力，應(yīng)當(dāng)在教師的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)活動(dòng)上體現(xiàn)出來(lái)！

一、物理思維能力培養(yǎng)的重要意義在物理學(xué)習(xí)的過(guò)程中，只有具有較強(qiáng)科學(xué)思維能力的學(xué)生才能徹底理解物理

的概念或物理規(guī)律，學(xué)生才能迅速明確問(wèn)題的意義，做出判斷，找到問(wèn)題的突破點(diǎn)。在物理教學(xué)過(guò)程中，教師必須注重培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)格的物理思維，這不僅可以使

學(xué)生找到學(xué)習(xí)物理的方法，而且，更重要的是，可以體驗(yàn)學(xué)習(xí)物理的樂(lè)趣，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，感覺(jué)學(xué)習(xí)物理的樂(lè)趣。在物理研究過(guò)程中，只有具備創(chuàng)新思維能

力才能誕生創(chuàng)造性理論和成果，從而促進(jìn)社會(huì)的進(jìn)步發(fā)展，為國(guó)家的科學(xué)技術(shù)增光添彩。但是學(xué)生思維能力的培養(yǎng)不是一蹴而就的，需要教師在學(xué)科教學(xué)的各個(gè)

[1]

方面精心設(shè)計(jì)，細(xì)心發(fā)現(xiàn)，辛勤培育，不能揠苗助長(zhǎng)，要符合學(xué)生的認(rèn)知水平

。二、物理思維能力的培養(yǎng)策略

1、運(yùn)用形象思維，自主實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)習(xí)中，部分學(xué)生對(duì)某些物理概念和規(guī)律的掌握，僅僅只是根據(jù)教材

上的敘述和教師的講解，機(jī)械的記憶，而沒(méi)有真正運(yùn)用科學(xué)思維去理解其本質(zhì)。所以學(xué)生在應(yīng)用這些規(guī)律和概念時(shí)，就很難根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析，更多時(shí)

候是憑感覺(jué)做題。物理知識(shí)是比較抽象的，切實(shí)開展物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)，化抽象為具體，是形象思維能力培養(yǎng)的充分表現(xiàn)，使得學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解更加深刻。物

理是實(shí)驗(yàn)類學(xué)科，物理學(xué)理論的形成離不開實(shí)驗(yàn)，所以在物理教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能很好的使學(xué)生的科學(xué)思維能力得到鍛煉。活學(xué)方能活用，以實(shí)驗(yàn)為依托是學(xué)生

實(shí)踐思維形成發(fā)展的重要平臺(tái)。在教學(xué)中，教師可引導(dǎo)學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行研究，對(duì)于多種方案的優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行綜合評(píng)析，從而提高思維的全面性和嚴(yán)謹(jǐn)性。

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提升對(duì)于物理知識(shí)的批判能力的決策能力。比如，在教學(xué)《彈力》時(shí)，為了讓學(xué)生對(duì)彈力的形成和彈力的方向有更直觀、

形象、全面的了解，可以設(shè)計(jì)很多的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)拉彈弓的趣味性小實(shí)驗(yàn)，彈弓將紙團(tuán)打出；撐桿跳運(yùn)動(dòng)員，借助跳桿跳比正常跳高很多，提出問(wèn)題—彈弓為什

么能將紙團(tuán)打出？撐桿跳運(yùn)動(dòng)員為什么能跳很高？繼而引入新課。教師引導(dǎo)學(xué)生自己讓橡皮泥、彈簧、木板等發(fā)生形變，通過(guò)直觀的現(xiàn)象讓學(xué)生找出形變的分類

和特點(diǎn)。這就完成了課堂教學(xué)的第一個(gè)任務(wù)。緊接著準(zhǔn)備兩個(gè)水球分別放在很薄的桌面上和用橡皮筋懸掛著，讓學(xué)生通過(guò)觀察這兩種現(xiàn)象，完成下面表格的填空。

表1通過(guò)觀察水球壓桌面，總結(jié)接觸面間彈力方向施力物體施力物體發(fā)生

施力物體恢復(fù)

彈力方向

形變方向原狀方向桌面對(duì)球的彈

力球?qū)ψ烂娴膹?/p>

力表2通過(guò)觀察橡皮筋懸掛小球總結(jié)繩子彈力方向

施力物體施力物體發(fā)生

施力物體恢復(fù)

彈力方向形變方向原狀方向

繩對(duì)球的彈力球?qū)K的彈力

通過(guò)觀察、歸納和總結(jié)出彈力方向。再設(shè)計(jì)一個(gè)趣味性小實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生輕輕地掂肥皂泡泡，拍攝視頻在電腦上慢放，讓學(xué)生直觀的觀察接觸面的彈力方向。

在物理課堂教學(xué)上，彈力的方向是課堂教學(xué)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，而且教學(xué)主體是高一的學(xué)生，他們的思維能力還很不成熟，通過(guò)有趣的物理實(shí)驗(yàn)貫穿整節(jié)課，這

樣就把彈力這種抽象概念形象化了。2、運(yùn)用類比思維，引導(dǎo)遷移

雖然高中物理的內(nèi)容很多，涉及的知識(shí)點(diǎn)牽涉面廣，但是有聯(lián)系、相似之處知識(shí)點(diǎn)也很多。因此，教師在課堂教學(xué)上可以抓住這一特點(diǎn)，運(yùn)用物理科學(xué)的類

比思維，完成知識(shí)點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法的遷移。比如，在教學(xué)磁場(chǎng)這章節(jié)中，磁場(chǎng)的定量描述我們引入磁感應(yīng)強(qiáng)度

B，而其

定義是比值定義法

B

F

，學(xué)生們前面學(xué)習(xí)過(guò)很多比值定義法的物理量。例如，IL

UIQ、

UFR

、C

E

。教師引導(dǎo)學(xué)生們思考：我們前面學(xué)過(guò)這些物理量的性q質(zhì)，知道它們是由物體和場(chǎng)本身的性質(zhì)決定，

沒(méi)有直接關(guān)系。我們只能通過(guò)上述幾個(gè)物理量對(duì)電阻、電容、電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行U

和

，C

與Q

和U

，

與

FR與

IE

和q表示和計(jì)算，僅此而已。那么同學(xué)們認(rèn)為磁感應(yīng)強(qiáng)度的性質(zhì)時(shí)怎么樣的呢？同學(xué)

們通過(guò)類比的性質(zhì)，就可以得出磁感應(yīng)強(qiáng)度

僅由磁場(chǎng)本身性質(zhì)決定，與C和EBF和

q

無(wú)關(guān)。其實(shí)類比思想在物理知識(shí)學(xué)習(xí)中還有很多，電流與水流的類比，電

壓與水壓的類比，庫(kù)侖定律與萬(wàn)有引力的類比。學(xué)生在學(xué)習(xí)新的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，類比以前所學(xué)到的知識(shí)，可以起到承前啟后和建

構(gòu)知識(shí)框架的作用，不僅之前形成的科學(xué)思維得到進(jìn)一步鍛煉，更重要的是能讓學(xué)生迸發(fā)出聯(lián)想和發(fā)散的思維火花，思維能力得到增強(qiáng)，考慮和處理問(wèn)題時(shí)能從

多方面進(jìn)行思考。3、運(yùn)用等效思維，加工重組

等效思維是指，我們?cè)谔幚韽?fù)雜的背景條件、研究對(duì)象和物理過(guò)程等情形時(shí)的一種重要思維方式。其方法是對(duì)復(fù)雜的情況進(jìn)行有目的分解、替換或重組，其

核心是保持效果或關(guān)系不變的前提下，使之轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的或我們所熟知的模型，從而使復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化。

比如，在學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)中有一個(gè)雙桿模型，即兩光滑金屬桿垂直放在等距的水平導(dǎo)軌上，開始時(shí)，一桿靜止一桿有初始速度。在分析兩桿之間的函數(shù)關(guān)系的

過(guò)程中，學(xué)生利用克服電磁感應(yīng)中安培力所做的功等于所產(chǎn)生的電能這一結(jié)論，你會(huì)發(fā)現(xiàn)在這個(gè)模型中它是不成立的，對(duì)于老師來(lái)說(shuō)，照例解釋分析是費(fèi)時(shí)費(fèi)力

的，學(xué)生聽起來(lái)會(huì)很困惑。但如果教師引導(dǎo)學(xué)生將兩金屬桿分別等效為電動(dòng)機(jī)模型和發(fā)電機(jī)模型，這樣分析起來(lái)就達(dá)到事倍功半的效果。學(xué)生可以明白所做的功

發(fā)電機(jī)克服安培力轉(zhuǎn)化成電能，然后是電動(dòng)機(jī)的電能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能的金屬桿，克服安培力所做的功的循環(huán)大于生成的電能的循環(huán)。當(dāng)然這個(gè)模型也可以拓展等效為

板塊模型，里面涉及到的能量轉(zhuǎn)化有相似之處，整個(gè)過(guò)程中生成的內(nèi)能就是整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)能的減少量。這樣，我們就可以用等效思想來(lái)簡(jiǎn)化復(fù)雜的問(wèn)題，并將其轉(zhuǎn)

化為我們熟悉的模型。教師在教學(xué)過(guò)程中鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用等值的思想，從而提高學(xué)生的思維能力。

4、運(yùn)用直覺(jué)思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力“實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的偉大發(fā)現(xiàn)來(lái)自一些人的直覺(jué)”，馬克斯·伯恩(MaxBorn)說(shuō)，

他的創(chuàng)造性理論貫穿整個(gè)歷史，體現(xiàn)了直覺(jué)在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的重要作用。直覺(jué)思維的特點(diǎn)是非邏輯的，看似奇妙，但絕不是魔術(shù)。物理直覺(jué)思維是物理學(xué)者具備較

深的物理學(xué)理論知識(shí)和科學(xué)思維能力后對(duì)某種事物或者現(xiàn)象產(chǎn)生直接的洞察。在教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生的利用直覺(jué)來(lái)明辨真理，憑著直覺(jué)迅速找到解決物理問(wèn)題

[3]

的突破點(diǎn)。比如，在萬(wàn)有引力的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生們會(huì)對(duì)天體之間的力充滿好奇，覺(jué)得

很神秘，認(rèn)為遙不可知。此時(shí)抓住契機(jī)，教師發(fā)問(wèn)：宇宙中天體之間的力和地球上兩個(gè)物體之間的引力的是一種力嗎？利用直覺(jué)讓學(xué)生進(jìn)行猜測(cè)。教師接著引導(dǎo)

學(xué)生們利用地球的衛(wèi)星-月球進(jìn)行月地檢驗(yàn)。在探究教學(xué)中，教師可以通過(guò)提出與內(nèi)容有關(guān)的有趣問(wèn)題，來(lái)引發(fā)學(xué)生的積極猜想，既可以鍛煉直覺(jué)思維，又可以

激發(fā)課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生的探究熱情。當(dāng)然，直覺(jué)思維的結(jié)果并不都是正確的，直覺(jué)思維具有易錯(cuò)性，但這并不能

否定直覺(jué)思維的作用，因?yàn)槌晒偸菑氖≈械贸龅?。同時(shí)直覺(jué)思維得出的理論同樣需要前面的三種思維進(jìn)行深層次和發(fā)散性思考，也許正確的結(jié)果就在這樣的

思考中出現(xiàn)。再比如，在太空中處于同一軌道上的兩艘航天器要如何操作才能實(shí)現(xiàn)對(duì)接？部分學(xué)生會(huì)依據(jù)以前學(xué)的直線運(yùn)動(dòng)中的追擊相遇覺(jué)得加速或減速即可，

這個(gè)直覺(jué)的結(jié)論顯然是錯(cuò)誤的，因?yàn)楹教炱骷铀倩驕p速都會(huì)偏離原來(lái)軌道。此時(shí)教師可以讓學(xué)生根據(jù)天體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律來(lái)分析、推理；探究得出

理想方法是后方的航天器先減速降低軌道，再加速上升軌道，最后在原軌道上相遇對(duì)接。

實(shí)際上，對(duì)稱性，對(duì)立統(tǒng)一和相互轉(zhuǎn)換在物理學(xué)中到處可見(jiàn)。運(yùn)動(dòng)與力的相輔相成，電與磁完美結(jié)合、圖像的對(duì)稱與優(yōu)美，這些都是直覺(jué)思維的具體表現(xiàn)形

式。在物理教學(xué)中，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用直覺(jué)思維，既可以豐富學(xué)生的思維方式，還可以拓展學(xué)生思維思維深度和廣度，創(chuàng)新思維能力得到提升。

三、結(jié)語(yǔ)總之，高中物理教學(xué)要求教師靈活運(yùn)用多種教學(xué)方法和策略，注重從多角度、

多維度培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。使學(xué)生形成較為完善思維認(rèn)知體系，在面對(duì)問(wèn)題時(shí)能積極思考，利用