物理教學思維能力培養畢業論文
[摘要]：在物理規律教學中可以通過以下途徑培養學生的思維能力：讓學生獲得足夠的感性認識、掌握恰當的思維方法、排除思維障礙和提高理解應用能力。
[關鍵詞]：物理規律；思維能力；學生
物理規律(包括定律、定理、原理、法則、公式等)反映了物理現象、物理過程在一定條件下必然發生、發展和變化的規律，反映了物質運動變化的各個因素之間的本質聯系，揭示了物理事物本質屬性之間的內在聯系，是物理學科結構的核心。物理規律的教學既是物理知識教學的核心內容，同時也是物理思維能力培養的重要途徑。本文介紹物理規律的教學過程中思維能力的培養。
一、獲得足夠的感性認識
物理規律具有三個顯著特點：第一，物理規律是觀察、實驗、思維相結合的產物；第二，物理規律反映了有關物理概念之間的必然聯系。任何物理規律，都是由一些概念組成的，通過語言邏輯或數學邏輯表達概念之間的聯系和關系；第三，任何物理規律具有近似性和局限性。反映物理現象和物理過程的發生、發展和變化的物理規律，只能在一定的精度范圍內足夠真實但又是近似地反映客觀世界。物理規律不僅具有近似性，而且由于物理規律總是在一定范圍內發現的，或在一定的條件下推理得到的，并在有限領域內檢驗的，所以，物理規律還具有局限性。也就是說，物理規律總有它的適用范圍和成立條件。由此可見，作為近似反映物理對象、物理現象、物理過程在一定條件下發生、發展和變化規律的物理規律的建立，離不開觀察實驗和數學推理，也離不開物理思維，是三者相結合的產物。豐富的感性認識是建立物理規律的基礎。
學習物理規律是對已有的物理規律的一個有組織的學習過程，它雖不像物理史上建立物理規律那樣曲折漫長，但也是極其復雜的，需要在一定的背景知識指導下，對感性認識進行思維加工。獲得足夠的感性認識是學習物理規律的基礎，也是在物理規律教學中培養學生思維能力的基礎。在物理教學中，教師要指導學生通過觀察實驗，分析學生生活中熟知的典型事例，或從對學生已有知識的邏輯展開中提出問題，激發學習興趣，創造便于探索規律的良好的環境，提供探索物理規律所必須的感性材料，提供進一步思考問題的線索和依據，為研究物理規律提供必要的感性認識。
二、掌握建立規律的思維方法
在獲得足夠的感性認識的基礎上，教師要指導學生探索物理規律，根據建立物理規律的思維過程和學生的認知特點，選擇適當的途徑，對感性材料進行思維加工，認識研究對象、現象之間的本質的、必然的聯系，概括出物理規律。這是在物理規律教學中培養學生思維能力的關鍵。中學生在建立物理規律時，常用的思維方法有四種：
第一，實驗歸納。實驗歸納即直接從觀察實驗結果中分析、歸納、概括而總結出物理規律的方法。具體的做法有：第一，由對日常生活經驗或實驗現象的分析歸納得出結論。如掌握蒸發快慢的條件、電磁感應定律等；第二，由大量的實驗數據，經歸納和必要的數學處理得出結論。如掌握力矩的平衡條件、胡克定律、光的反射定律、氣體的實驗定律等；第三，先從實驗現象或對事例的分析中得出定性結論，再進一步通過實驗尋求嚴格的定量關系，得出定量的結論，如掌握液體內部的壓強、牛頓第三定律、光的折射定律等；第四，在通過實驗研究幾個量的關系時，先分別固定某些量，研究其中兩個量的關系；然后加以綜合，得出幾個量的關系。如掌握歐姆定律、牛頓第二定律、焦耳定律等等；第五，限于條件，無法直接做實驗時，可通過分析前人的實驗結果，歸納出結論。例如掌握光電效應公式。
第二，理論分析。理論分析就是利用已有的物理概念和物理規律，通過物理思維或數學推理，得出新的物理規律的方法。常見的有理論歸納和理論演繹兩種。理論歸納就是利用已有的物理概念和物理規律，經歸納推理，得出更普遍的物理規律的思維方法。例如，能的轉化和守恒定律的學習和掌握，就可利用理論歸納的方法。能的轉化和守恒定律是在科學各分支學科長期發展的基礎上，經許多人系統的研究和總結后，于19世紀中期形成的自然界的一條基本規律。學習和掌握這一規律不可能由某一實驗歸納來完成，可以根據科學史上建立這一規律的過程，對有關規律進行歸納而得到。19世紀中期以前，在力學方面，建立了動能、勢能、機械能等概念和機械能守恒定律：在熱學方面，人們建立了熱量的概念，并廣泛研究了熱與機械功的相互轉化問題，得到熱力學第一定律；在電學方面，英國物理學家焦耳對電流熱效應進行了定量的研究，建立了焦耳定律；化學反應中建立了能量守恒。學生可以對所學的這些實驗規律進行歸納總結，從而掌握能的轉化和守恒定律；理論演繹就是利用較一般的物理規律，經演繹推理，推導出特殊的物理規律的思維方法。例如，在學習了能的轉化和守恒定律后，可以推斷出判定感應電流方向的規律——楞次定律。又如，學習理想氣體實驗定律，既可用實驗歸納法，也可以用理論演繹法，從理想氣體狀態方程演繹出玻意耳定律、蓋·呂薩克定律和查理定律。若將實驗歸納和理論演繹結合起來，有助于理想氣體實驗定律的理解。
第三，類比。類比是根據兩個(或兩類)對象在某些屬性上相似而推出它們在另一屬性上也可能相似的一種推理形式。其具體過程是：通過對兩個不同的對象進行比較，找出它們的相似點，然后以此為依據，把其中某一對象的有關知識或結論推移到另一對象中去。類比方法在物理學中獲得了廣泛的運用。首先，類比是提出物理假說的重要途徑；其次，在物理學研究中廣泛運用著的模型化方法，實質上包含著類比方法的應用。學生在學習物理規律時，可以遵循建立物理規律的程序和原則，通過類比的思維方法，加深對物理規律的理解，同時提高思維能力。
第四，臻美。所謂臻美的方法，就是在研究物理問題的過程中，按照美學規律，對尚不完美的東西進行加工、修改以致重組的思維方法。美是在審美主體與審美客體統一的審美活動中，能滿足主體需要的并合乎客觀規律的可感形象。物理學中蘊含著美的本質，本質要通過形式來反映。雖然物理的研究范圍極為廣泛，物理規律極為復雜，但物理家們普遍認為，物理學中蘊含的.形式美主要有：“對稱、簡潔、和諧、多樣統一”。利用臻美的思維方法，通過對美的追求提出假說，然后利用實驗直接或間接驗證，從而建立物理規律，是物理規律建立的一種重要的方法。學生在學習某些物理規律時，要掌握這一思維方法。
當然，在帶領學生探索和研究具體的物理規律時，不一定要按照歷史上建立物理規律的過程來進行，教師可以根據教學要求、學生的年齡特征、知識基礎、能力水平、學校情況、教學內容、自身特點等來確定用什么方法。
三、排除學習規律的思維障礙
與學習物理概念一樣，學生在學習物理規律時，也存在著思維障礙，大體上有如下幾種。在物理規律教學中，要排除這些思維障礙。
第一，感性認識不足。物理規律是觀察、實驗和思維相結合的產物，通過觀察實驗獲得的對自然界物質的存在、構成、運動及其轉化的感受性認識，不僅是物理思維的材料、建立規律的條件，而且也是用來檢驗各種物理理論真偽是非的標準，是理解物理規律的基礎。如果沒有足夠的、能夠把有關的現象及其之間的聯系鮮明地展示出來的實驗或學生日常生活中所熟悉的、曾經親身感受過的事例作為基礎，學生就很難理解物理規律的來龍去脈、基本含義、適用條件等，從而影響對物理規律的掌握和運用，造成學習物理規律的思維障礙。
第二，相關知識干擾。物理規律反應了自然界物質運動變化的各個因素之間的本質聯系，揭示了客觀事物本質屬性之間內在的聯系。學生形成物理概念和掌握物理規律之間存在著不可分割的辯證的聯系。一方面，形成物理概念是掌握物理規律的基礎，概念不清就無法掌握物理規律；另一方面，掌握物理規律可以使我們從運動變化中，從研究對象和現象的聯系中去進一步更深入地理解物理概念。由于概念不清而影響物理規律的掌握是學習物理規律時相關知識干擾的表現之一。學習物理規律時相關知識干擾的表現之二是前物理觀念的干擾。學生在學習物理規律之前，從日常生活中已積累了一定的生活經驗，對一些問題形成了某些觀念，稱為前物理觀念(國外的研究一般將前物理觀念與前物理概念一起，統稱為前物理概念。這里我們為了說明對概念和對規律的不同影響，分別進行討論)。在這些觀念中，有的雖比較正確，但往往有一定的表面性和片面性；另外，學生在生活中還形成了某些錯誤的觀念。這些“先入為主”的、錯誤的前物理觀念，對學生正確地理解物理規律往往起著嚴重的干擾作用。例如，學生在運動和力的關系上，往往認為力是物體運動的原因，物體受力才能運動，不受外力的物體是根本不能運動的；對物體的下落問題，常常認為重物比輕物下落快；對于摩擦力的方向，往往認為摩擦力方向總是與物體的運動方向相反；對物體在液體中所受浮力的問題，往往認為只有浮在液面上的物體才能受到浮力等等。從某種意義上來講，學習物理規律就是用反映客觀事物發生、發展、變化規律的物理觀念轉換頭腦中的錯誤的前物理觀念，如果這種轉換的過程未完成，錯誤的前物理觀念未消除，勢必造成學習物理規律的思維障礙。學習物理規律時相關知識干擾的表現之三是數學對學習物理的干擾。不少學生往往用純數學的觀念理解物理規律，思考和處理物理問題，而忽視了它們的本質，結果從純數學推導中引出錯誤的結論，造成對物理規律的錯誤理解。例如，歐姆定律的數學表達式為I=U／R及，學生常常將其變形為只R=U／I，并從純數學的角度考慮，由此得出導體的電阻與加在它兩端的電壓成正比，與通過它的電流成反比等一類錯誤的理解。
第三，負遷移和思維定勢的消極影響。遷移是一種學習對另外一種學習的影響。它有時是指先前的學習對后繼學習的影響(順向遷移)，但有時后繼學習也會影響先前的學習(逆向遷移)。無論是順向遷移還是逆向遷移所產生的影響都有正負之分。凡是一種學習對另一種學習的影響是積極的、起促進作用的，就稱為正遷移；反之，則稱為負遷移。在中學生學習物理規律時，負遷移會影響規律的理解和應用在學習物理規律時，積極的思維定勢是指人們把自己頭腦中已有的思維模式和方法恰當地用于學習新的物理規律，解決新的實際問題。消極的思維定勢是指人們把頭腦中已有的、習慣了的思維方式不恰當地運用到學習新的物理規律中去，不善于變換思考問題的角度，不善于改變思考問題的方法。積極的思維定勢有利于學生在原有知識的基礎上學習和理解新的物理規律，但消極的思維定勢卻干擾著學生對新的物理規律的理解和掌握，限制著學生思維靈活性的發展。
第四，不懂得研究和應用物理規律的思路和方法。在建立規律的每一階段，都需要思維參與。由于各個物理規律所面臨的問題不同，所處的各種條件不同，就其建立而言，或來自，實驗歸納，或來自理論歸納，或基于理論演繹，或通過類比、臻美等提出假說，然后經實驗驗證等等，可謂千姿百態，決非單一模式所能概括。因此，在學習物理規律時，如果不了解建立物理規律的思維方法和思維過程，只被動地接受，就不可能從中吸取有益的營養，真正掌握物理規律，以致在理解和運用物理規律時出現各種問題，產生種種錯誤。學生在應用物理規律解決實際問題時，常常束手無策、無從手。這種情況的出現，除知識不足、思維能力不強、思維定勢的消極影響、不能排除多余信息的干擾、不能挖掘與問題有關的隱蔽條件等原因外，最主要的是不了解和沒掌握運用物理規律去分析、處理、解決實際問題的思路和方法。
四、理解應用，形成結構
首先，使學生理解物理規律的真正含義、適用條件和范圍。物理規律一般可以用文字表述，即用一段話把某一規律的內容表達出來。對于物理規律的文字表述，要在學生對有關現象和過程深入研究，并對它的本質有相當認識的基礎上，認真加以分析，特別要分析關鍵的字、詞，使學生真正理解它的含義。切不可在學生毫無認識或認識不足的情況下“搬出來”，不加分析地“灌”給學生，使學生死記硬背。這樣，離開了認識的基礎，顛倒了認識的順序，學生不懂物理規律的真正含義，背得再熟也不能真正理解和靈活運用。物理規律有時也可用數學，(公式或圖象)；表示。只有引入了數學，才能使自然物理成為定量的、精密的物理。對于物理規律的數學表達式，要使學生在了解建立過程的基礎上，明確其真正含義，而不能從純數學的角度加以理解，否則，就可能導致錯誤的結論。每一個物理規律都是在一定條件下反映某個現象或過程變化規律的，故有一定的成立條件和適用范圍。只有使學生明確規律的成立條件和適用范圍，才能正確地運用規律來研究和解決實際問題。否則，就會出現亂用規律的現象，導致錯誤的結論。
其次，使學生形成物理規律的結構。每一物理規律與某些物理概念和其他物理規律之間存在著相互聯系的、不可分割的關系。教學中要使學生搞清這種聯系和關系，形成物理規律的結構(這一結構應包括物理概念)，從而在整體上把握物理規律。
第三，加強應用物理規律解決實際問題的訓練和指導。學習物理規律的目的就在于能夠運用物理規律解決實際問題，同時，通過運用，還能檢驗學生對物理規律的掌握情況，加深對物理規律的理解。在規律教學中，教師要選擇恰當的物理問題，有計劃、有目標、由簡到繁、循序漸進、反復多次地進行訓練，使學生逐步掌握應用物理規律解決實際問題的思維過程、思維策略和思維方法，從而發展學生分析問題解決問題的能力、思維能力、應用數學解決物理問題的能力等。
最后要指出，由于物理規律的復雜性，必須注意規律教學的階段性，物理規律的教學，大體上也可分為領會、運用、完善、擴展四個階段。領會階段側重了解建立物理規律的事實依據和思維方法、理解物理規律的內容、含義，以及公式中各量的單位、成立條件和適用范圍等。運用階段側重強化所研究的過程與對應物理規律中的因果關系，熟練掌握規律的直接應用。完善階段需讓學生理解規律的全部內涵及規律的具體外延。擴展階段是對規律應用的深化和活化，側重于綜合應用及對所研究的過程的分析，在這一階段，可指出規律的地位和作用，了解規律的自洽性與精確性釣具體表現等。注意到如上幾個方面，將會比較有效地克服學生學習物理規律的思維障礙，有效地指導學生掌握物理規律，同時有效地培養學生的思維能力。
參考文獻：
田世昆,胡衛平.物理思維論［M］.南寧：廣西教育出版社，1996.167.
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