轉(zhuǎn)變思維方式 學(xué)好高中物理
2010年04月15日 08:12
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許多同學(xué)反映高一的物理怎么這樣難，上課能聽懂，作業(yè)卻不會做，同初中的物理完全不同。在學(xué)習(xí)過程根據(jù)中學(xué)生的思維特點，掌握學(xué)習(xí)物理的方法，就能較快適應(yīng)高中物理的學(xué)習(xí)。
在整個中學(xué)階段，學(xué)生的思維能力迅速發(fā)展，其抽象邏輯思維處于優(yōu)勢地位。因此，中學(xué)物理學(xué)習(xí)應(yīng)遵循思維發(fā)展的規(guī)律，著力培養(yǎng)思維能力，掌握研究物理的思維方法。
一．建立合理的物理模型和理想化過程——科學(xué)抽象法。
合理的物理模型和理想化過程是抽象思維的產(chǎn)物，是研究物理規(guī)律的一種行之有效的方法。比如，研究物體的運動，首先要確定物體的位置。物體都具有大小形狀，運動的物體，各點的位置變化一般是各不相同的，所以要詳細(xì)描述物體的位置及其變化，并不容易。但在一定條件下，把物體抽象為質(zhì)點，忽略物體的大小形狀，問題就簡單了。如在平直公路上行駛的汽車，車身上各部分的運動情況相同，當(dāng)我們把汽車作為一個整體來研究它的運動，就可把汽車當(dāng)作質(zhì)點。引入物理模型，可以使問題的處理大為簡化而又不會發(fā)生太大的偏差。對于比較復(fù)雜的研究對象，可以先研究它的理想模型，然后對研究結(jié)果加以修正，即可用于實際事物。
高中教材中，要建立大量的物理模型，如“質(zhì)點”、“單擺”、“理想氣體”、“點電荷”、“核式結(jié)構(gòu)”等都是理想模型，還有大量的理想化過程，如“勻速直線運動”、“簡諧振動”、“等壓變化”、“絕熱變化”、……這就要求同學(xué)們反思在初中物理學(xué)習(xí)過程中了解，建立合理的物理模型和理想化過程，對于學(xué)習(xí)和研究物理問題的重要性，要提高學(xué)習(xí)這種方法的自覺性。在學(xué)習(xí)物理知識的同時，關(guān)注處理較復(fù)雜的物理問題時采用的具體分析、合理簡化、科學(xué)抽象的方法，有利于思維能力的培養(yǎng)，以免接觸到理想模型時感到陌生，或認(rèn)為是憑空想象的。初中物理雖然沒有講什么是物理模型和理想化過程，但可以讓學(xué)生領(lǐng)悟到這種方法。例如，初二《連通器》一節(jié)分析連通器中的液面為什么相平時，首先設(shè)想在連通器下部正中有一個小液片AB（如圖），然后根據(jù)二力平衡和液體壓強公式推導(dǎo)出只有兩側(cè)液面相平時，AB才不動的結(jié)論。要明確知道：合理假設(shè)→邏輯推理→驗證結(jié)論是研究物理學(xué)的主要方法之一，這對培養(yǎng)抽象思維、空間想象力很有利。又如，分析托里拆利實驗原理時，同樣可以在管口處設(shè)想出一個液片進行研究。經(jīng)過這種思維方法的訓(xùn)練，同學(xué)們對《浮力》一節(jié)，分析浮力產(chǎn)生的原因時“假設(shè)有一個正方體完全浸沒在水里”自然就能理解了。這樣，為高中階段學(xué)習(xí)建立理想模型作了鋪墊。
理想實驗也是物理學(xué)中一種特殊的科學(xué)思維方法，它是在系統(tǒng)的觀察與實驗的基礎(chǔ)上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，對實際過程作出更深入的邏輯分析和抽象的一種方法。如伽利略的斜面實驗和自由落體實驗。初中學(xué)習(xí)伽利略的斜面實驗，目的不是單純地讓同學(xué)們了解慣性定律發(fā)現(xiàn)的歷史，關(guān)鍵是使學(xué)生懂得邏輯推理和理想實驗相結(jié)合的研究方法：①從用力推小車，小車運動，停止用力，小車還能繼續(xù)運動的感性認(rèn)識出發(fā)，分析得出，運動著的物體，若不受外力作用仍要作直線運動，初步突出了物體不受外力作用仍能保持原來運動狀態(tài)的本質(zhì)聯(lián)系。②用毛巾鋪在斜面下端的水平木板上，讓小車從斜面滑下，它在毛巾上通過的距離很小。撤去鋪在木板上的毛巾，再讓小車由斜面同一位置滑下來，它在平板上通過的距離就遠得多。在愈光滑的平面，小車運動得愈遠。從這一事實分析得到：運動物體速度的變化是受到其它物體作用的緣故。③在以上實驗事實的基礎(chǔ)上，運用想象和推理，就可設(shè)想一個理想實驗：讓小車在絕對光滑的平面上運動，它不受任何阻礙作用，則它保持勻速直線運動狀態(tài)。這里突出了小車這個物體不受其它物體的作用時，將保持勻速直線運動這一本質(zhì)聯(lián)系，而摒棄那種某一物體要受到其它物體不變的作用（即恒力作用），才保持勻速直線運動這一乍看起來合乎一般“經(jīng)驗”的事實。
二．對感性材料的深加工——歸納法。
歸納法是從個別事實中概括出一般規(guī)律的思維方法。它對學(xué)習(xí)和研究物理學(xué)有重要作用。許多定律和公式都是運用歸納法總結(jié)出來的。例如，高中必修課《電磁感應(yīng)現(xiàn)象》的教學(xué)過程中，我們可以聯(lián)系初中學(xué)習(xí)的阿基米德定律時的思維方法：觀察實驗→分析推理→歸納結(jié)論。首先做一些生動的“電磁感應(yīng)”實驗進行觀察，獲得鮮明的感性認(rèn)識，然后再對各種電磁感應(yīng)現(xiàn)象進行比較與分析，使同學(xué)們初步認(rèn)識到：①閉合回路中部分導(dǎo)線作切割磁力線運動時，產(chǎn)生感應(yīng)電流；②磁鐵與閉合線圈作相對運動時，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流；通電螺線管（原）與閉合線圈（副）作相對運動時，閉合線圈（副）中產(chǎn)生感應(yīng)電流；線圈（原）中的電流突然接通或斷開時，閉合線圈（副）中會產(chǎn)生感應(yīng)電流；通電線圈（原）中的電流強度大小發(fā)生變化時，閉合線圈（副）中也會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這些結(jié)論，都是從實驗事實中抽象出來的，只分別反映了“電磁感應(yīng)”現(xiàn)象的一個側(cè)面，而沒有反映其本質(zhì)。把這些結(jié)論歸納起來，得出“穿過閉合回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時，會產(chǎn)生感應(yīng)電流”的結(jié)論。“磁通量的變化”并不是直觀感知的對象，而是一個抽象的概念，是在大量實驗的基礎(chǔ)上抽象思維的產(chǎn)物。我們借助磁通量的變化，便能夠形成關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的相對完整的認(rèn)識。
應(yīng)當(dāng)注意的是：初中物理強調(diào)以實驗和觀察為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上抽象出概念，歸納為規(guī)律。因為初中生的思維還屬于經(jīng)驗型，需要感性材料作支持。高中生的思維雖屬于理論型，但對一些比較抽象內(nèi)容的理解上，仍需借助于一些經(jīng)驗型思維或形象思維，向抽象思維的更高層次的轉(zhuǎn)化，來理解這些抽象的內(nèi)容。這種轉(zhuǎn)化在高一年段表現(xiàn)尤為突出。所以，高中物理學(xué)習(xí)仍要借助觀察實驗，但有時可以在已有知識的基礎(chǔ)上，進行分析推理而得出結(jié)論，然后用實驗來檢驗。因此，在高、初中不同階段的學(xué)習(xí)，均要重視實驗，通過實驗獲得生動具體的感性認(rèn)識，在此基礎(chǔ)上進行分析、綜合、抽象、概括，從而掌握事物的本質(zhì)和規(guī)律。
三．跟已知的理性知識相類比——類比法。
類比推理是人們認(rèn)識事物的思維形式之一，它能幫助從已知事物的有關(guān)理論建立假說去說明新事物；用某些已知的屬性來說明未知的屬性，以增強說服力，使人們?nèi)菀桌斫?。例如，惠更斯把光現(xiàn)象與聲現(xiàn)象進行類比，提出光的波動說，德布羅意從光的波粒二象性類比得出微觀粒子的二象性原理。因此，類比也是物理教學(xué)中一種常用的方法。例如，初中“電壓”與“水壓”類比來說明電壓的作用，即抽水機（保持）→水壓→水流，類比得出電源（保持）→電壓→電流。利用類比方法時要注意，類比推理得出的結(jié)論是否正確需要經(jīng)過實踐的驗證，才能確定。如“水管中有水流動的必要條件是水管兩端有水壓”，與此相似“導(dǎo)體中有電流的必要條件是導(dǎo)體兩端有電壓”，此結(jié)論理由不充分，只能說“可能有電壓”，至于是否有電壓，有待于實驗的驗證。如果不注意推理的嚴(yán)密性，容易使同學(xué)們在將來的學(xué)習(xí)中濫用類比，導(dǎo)出不正確的結(jié)論。
學(xué)習(xí)初中物理時，同學(xué)們已熟悉并能運用類比法，高中物理學(xué)習(xí)時則應(yīng)根據(jù)已經(jīng)熟悉的類比法，來處理課本中的重點、難點問題。例如，把電場類比于重力場、電勢差類比于高度差、電勢能類比于重力勢能，就比較容易理解“電勢差”與“電勢能”兩個難點。同樣，電容器的電容是一個比較抽象的概念，若把電容器跟盛水的直筒容器比較，水量相當(dāng)于電量，水深相當(dāng)于電勢差。。不同的直筒容器使它們的水面升高
中學(xué)生的思維具有階段性和連續(xù)性，初、高中階段各有其典型的思維特征，而其特征并非截然分開的，高一階段蘊含大量初中階段的思維特點，初三階段產(chǎn)生高中階段的思維特點。因此，高中物理學(xué)習(xí)過程中要學(xué)會利用初中物理學(xué)習(xí)的一些思維方法，并注意加以提高和發(fā)展。
總之，根據(jù)初、高中學(xué)生的思維發(fā)展規(guī)律，高中物理學(xué)習(xí)要重視掌握、運用研究物理的思維方法。只要思維方法學(xué)會了，高中物理學(xué)習(xí)的困難就會迎刃而解。
