物理教學(xué)中抽象思維能力的培養(yǎng)

摘要:本文通過結(jié)合具體的實(shí)例分析探討了如何在教學(xué)實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的物理抽象思維。

關(guān)鍵詞:物理思維;教學(xué);抽象思維

中圖分類號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003-6148(2010)9(S)-0063-3

物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最一般的規(guī)律、物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)及物質(zhì)間的相互作用的一門學(xué)科。這就必須進(jìn)行觀察和實(shí)驗(yàn)，通過觀察和實(shí)驗(yàn)等，獲得各種思維材料，并加工改造、去粗取精，把感性認(rèn)識(shí)上升為理性認(rèn)識(shí)，此即物理思維。根據(jù)思維的材料不同，可將物理思維分為物理抽象思維、物理形象思維和物理直覺思維三種。凡是以物理概念為思維材料，以物理判斷和物理推理的形式來反映客觀事物的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，達(dá)到對(duì)物理事物的本質(zhì)特征和內(nèi)在聯(lián)系的認(rèn)識(shí)過程叫做物理抽象思維。物理抽象思維是物理思維的一種重要形式，在物理學(xué)習(xí)中具有十分重要的作用。物理抽象思維不僅是提出問題、建立物理概念、獲得物理規(guī)律、系統(tǒng)物理知識(shí)及解決物理問題的重要思維方式，而且也是學(xué)好物理知識(shí)，培養(yǎng)各種能力的重要手段和必要條件。那么，如何在具體的教學(xué)實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的物理抽象思維呢?

1 建立合理的教學(xué)內(nèi)容的邏輯結(jié)構(gòu)

物理學(xué)是以基本概念為基石，以基本原理為框架，以基本方法為紐帶所構(gòu)成的邏輯體系。物理學(xué)中的實(shí)驗(yàn)、概念、定律、定理、物理學(xué)的方法等內(nèi)容間存在著緊密的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系。因此，我們?cè)诮虒W(xué)過程中，應(yīng)抓住這種關(guān)系，精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，使之具有合理的邏輯結(jié)構(gòu)。

首先，在課堂教學(xué)中應(yīng)按照提出問題——分析問題——解決問題的邏輯主線展開教學(xué)內(nèi)容，做到提出疑問以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和吸引學(xué)生的注意力，分析疑問以啟發(fā)學(xué)生積極思考，正確推理以培養(yǎng)學(xué)生思維的邏輯性和嚴(yán)密性，得出簡(jiǎn)練的結(jié)論以鍛煉學(xué)生善于抽象和概括能力。

例如，在講電源的時(shí)候:

首先，提出問題:同學(xué)們都知道，電荷的定向移動(dòng)形成電流。那么，導(dǎo)體中形成電流的條件是什么呢?(導(dǎo)體兩端有電勢(shì)差)

分析問題:此時(shí)可借助于一充好電的電容器，如圖1所示，其上下極板分別帶上正負(fù)電荷，兩極板間形成電勢(shì)差。當(dāng)用導(dǎo)線把小燈泡和電容器兩極板連通后，電子就在電場(chǎng)力的作用下通過導(dǎo)線產(chǎn)生定向移動(dòng)而形成電流，但這是一瞬間的電流。因兩板上正負(fù)電荷將逐漸中和而減少，兩板間的電勢(shì)差也逐漸減少為零，所以電流減少為零，因此只有電場(chǎng)力的作用是不能形成持續(xù)的電流的。

解決問題:為了形成持續(xù)的電流，必須有一種本質(zhì)上完全不同于靜電性質(zhì)的力，能夠不斷地分離正負(fù)電荷來補(bǔ)充兩極板上減少的電荷。這才能使兩極板保持恒定的電勢(shì)差，從而在導(dǎo)線中維持恒定的電流，能夠提供這種非靜電力的裝置叫電源。電源在維持恒定電流的同時(shí)，通過非靜電力做功，從而把已經(jīng)流到高電勢(shì)的負(fù)電荷及時(shí)不斷地送到低電勢(shì)處，把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，這就是電源的作用。由此引入電源這一概念。

其次，系統(tǒng)物理知識(shí)，形成知識(shí)結(jié)構(gòu)。在教學(xué)中，要不斷進(jìn)行總結(jié)(包括內(nèi)容和習(xí)題等方面)。這不僅可以使學(xué)生搞清各部分間的邏輯關(guān)系，明確各知識(shí)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)中的地位、各個(gè)概念及規(guī)律間的聯(lián)系與區(qū)別，而且還可以培養(yǎng)學(xué)生歸納和概括能力。

如講了能量這一部分后，功和能的關(guān)系后，功和能的幾個(gè)關(guān)系可用下面的圖表示出來(圖2)。

這樣，能量轉(zhuǎn)化與守恒從質(zhì)和量的角度，揭示出了各種形式的能之間的內(nèi)在必然聯(lián)系。

2 教給學(xué)生物理抽象思維的方法

物理學(xué)中抽象思維方法主要包括分析與綜合、抽象與概括、歸納與演繹、比較與分類、科學(xué)推理等。在教學(xué)過程中，結(jié)合物理學(xué)發(fā)展史及各部分的特點(diǎn)，教給學(xué)生物理抽象思維方法。

如對(duì)于物理概念的教學(xué)，物理概念源于實(shí)踐，但卻高于實(shí)踐。是抽象思維的成果，在教學(xué)過程中，不僅要使學(xué)生搞清物理概念所反映的物理現(xiàn)象、物理過程的本質(zhì)，而且要引導(dǎo)學(xué)生在感性材料的基礎(chǔ)上運(yùn)用分析，抽象、概括等方法得出物理概念。

例如，在“力”的概念的教學(xué)中，我們經(jīng)常觀察到這樣一些現(xiàn)象:人推車，手提桶，磁鐵吸引鐵釘?shù)鹊取ｋm然這些現(xiàn)象千差萬別，各式各樣，但是如果忽略現(xiàn)象中的一些非本質(zhì)屬性或特征的東西，我們發(fā)現(xiàn)他們都有一個(gè)共同點(diǎn):每種現(xiàn)象中至少都包括兩個(gè)物體，而且一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物理正在施加推、提、吸等動(dòng)作，這些動(dòng)作可以抽象為“作用”。人、手、磁鐵等可以抽象概括為施加作用的物體，而車、桶、鐵釘可以抽象概括為受到作用的物體。這樣，我們就可以丟開這些物體之間動(dòng)作的具體形式，把物體對(duì)物體的“作用”稱為力，或者說，“力就是物體對(duì)物體的作用”。再進(jìn)一步分析，人推車向前，車必推人向后;手提桶向上，桶必拉手向下，這說明物體間的作用總是相互的。于是，我們就可形成“力”的概念，并且定義為“力是物體間的相互作用”，從而使學(xué)生了解如何進(jìn)行抽象與概括得出物理概念。力的概念的建立可用下面的形式表述出來。

從而使學(xué)生了解在觀察和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)已獲得的物理事實(shí)進(jìn)行加工處理，將物理事物的本質(zhì)屬性或特征與非本質(zhì)屬性或特征區(qū)分開來，舍棄非本質(zhì)屬性或特征，從中抽出本質(zhì)屬性或特征，進(jìn)而把握同類事物的共同性和一般性即形成物理概念。

3 加強(qiáng)物理教學(xué)中的因果分析

因果關(guān)系是客觀世界中一種普遍的、本質(zhì)的關(guān)系。在物理教學(xué)中，深入揭示物理事物、物理概念及物理規(guī)律中的因果關(guān)系，既有助于學(xué)生牢固掌握物理概念和物理規(guī)律，靈活運(yùn)用它們解決實(shí)際問題，也有利于抽象思維能力的培養(yǎng)。

首先，在理解物理概念和物理規(guī)律時(shí)，要分清因果關(guān)系，注意對(duì)應(yīng)關(guān)系。

例如:在公式B=F/IL中，因果關(guān)系有如下兩方面:

①對(duì)于同一磁場(chǎng)分布，I、L是因，F(xiàn)是果。

②對(duì)于同一段通電直導(dǎo)線放在不同的磁場(chǎng)中，B是因，F(xiàn)是果。

其次，在解題過程中，利用抽象思維的方法來建立已知量和未知量的關(guān)系。尋找已知量和未知量的關(guān)系，有兩條邏輯思路。一是從未知量開始，逐步過渡到已知量。具體地說，就是在認(rèn)真審題、分析題意的基礎(chǔ)上，首先找出直接回答題目里的問話的物理公式，這個(gè)能直接表達(dá)待求量的的公式，稱為原始公式。然后再找出表達(dá)原始公式中未知量的物理規(guī)律，直到待求量全部用已知量表示為止。二是從已知量開始，逐步過渡到未知量，具體地說，就是把習(xí)題逐個(gè)分成簡(jiǎn)單的部分來考慮，把各已知量之間的函數(shù)關(guān)系全部找到，然后再綜合起來考慮。

在物理解題訓(xùn)練中，循因?qū)Ч?zhí)果循因、一題多解、一題多用、一題多變，多層次、多角度、多方法、多方位，用不同的思維方式進(jìn)行因果分析，有助于培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維和發(fā)散思維能力，使學(xué)生對(duì)物理問題的分析更全面，更深刻。

4 搞清物理學(xué)中的辯證關(guān)系

物理學(xué)中存在著許多對(duì)立的東西，如動(dòng)與靜、內(nèi)與外、常與變、曲與直、有限與無限、精確與近似、數(shù)與形、一般與特殊、量變與質(zhì)變等。這些對(duì)立的事物雙方，既相互排斥、相互斗爭(zhēng)，又相互依存、相互貫穿。在教學(xué)過程中，要盡可能給學(xué)生分析它們的辯證關(guān)系，從而培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維能力，使學(xué)生的思維更加深刻。

如物質(zhì)的波動(dòng)性和粒子性是互相對(duì)立、互相矛盾的兩個(gè)方面，當(dāng)光子的數(shù)量很多時(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性，即在一定的條件下粒子性又轉(zhuǎn)化為波動(dòng)性，光子就是粒子性和波動(dòng)性的辨證統(tǒng)一體，這就是光的波粒二象性。

總之，從形象思維到抽象思維是認(rèn)識(shí)能力的一大飛躍。因此我們應(yīng)研究和處理好這個(gè)臺(tái)階，處理好初、高中物理知識(shí)的銜接，在具體的教學(xué)實(shí)踐中注意培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力。

(欄目編輯張正嚴(yán))