在物理教學中注重對學生科學思維方法的培養

[摘要] 學生掌握解決問題的科學方法要比掌握知識更重要。對于同一個物理問題，采取不同的方法來解決其繁簡程度可能會有很大的區別，如果遵循一定的科學思維方法，掌握一定的解題技巧，則往往會到收事半功倍的效果。培養學生的物理思維方法是中學物理教學的重要任務之一，也是發展能力的重要途徑。

[關鍵詞] 模型法 類比法 等效法 守恒法 圖像法

在高中物理教學中，要培養學生分析、概括、抽象、推理等思維能力和應用數學知識解決物理問題的能力，注重對學生進行基本的解題原理、方法和思路的訓練，使學生理解和掌握一些典型的科學思維方法與技巧，養成良好的思維習慣與品質。

一、重視應用物理模型

物理模型法是物理學研究和物理教學中常用的最基本的思維方法，使學生解決實際問題的有力工具。構建正確的物理模型，能使學生對物理現象的本質理解得更加細致深入，有助于學生解決物理問題，培養抽象思維能力。教學實踐證明，有許多物理問題，尤其是一些比較復雜的問題，由于其研究對象運動變化過程比較隱蔽、復雜，如果選用某種物理模型來研究時，可建立起已知和未知的關系，使復雜物理問題化難為易，起到事半功倍的效果。比如:

平板車在水平面上做加速度為a的勻加速直線運動，a的方向如圖所示，若平板車上裝有盛水的容器相對于平板車靜止時，則液面傾斜的高度h為 aL/g (設容器寬為L)。

分析:本題的難點是建立正確的物理模型。即:研究對象的選取，要抓住處在傾斜面上的水不會沿斜面向下流而跟車一起做加速直線運動這一事實為突破口，我們就會聯想到以前熟悉的一個物理模型，放在光滑斜面體上物塊跟斜面體保持相對靜止而同斜面體一起做加速運動的物理情境。如圖所示，對于這個熟悉的物理模型，可以應用牛頓第二定律求得物塊與光滑斜面體保持相對靜止時一起做加速運動的加速度為gtanθ，這時放在該斜面上的所有物塊同斜面體均能保持相對靜止，這樣，我們就選傾斜水面上的一微元水做為研究對象(猶如放在光滑斜面上的一個小物塊)，學生就容易理解液面傾斜時液面高度h的計算結果。

在高中物理復習中，教師可組織學生搜集那些貌似不同，實質相同的物理模型的習題于一起，可通過類比處理，直接利用那些原有模型的已知結論或方法，以簡化求解。

二、加強類比的思維方法

類比就是根據兩個或兩類不同事物的相同、相似的方面，將已經熟悉掌握的某一特殊對象的知識推移到另一新的特殊對象中進行研究的一種思維方法，它具有啟發思維，提供線索，舉一反三，觸類旁通的作用，在物理學研究中得到廣泛的應用。應用類比法可以理解概念、掌握規律、定義物理量和消除模糊概念的認識，可以培養思維的靈活性，處理相關聯的問題，能創造性地解決一些比較陌生、甚至無法直接求解的問題。比如:

在光滑的水平面上，o點系一長為L的絕緣細線，線的另一端系一質量為m帶電量為+q的小球，當沿細線方向加上場強為E的勻強電場后，小球處于平衡狀態，現給小球一垂直于細線的初速度V0，使小球在水平面上開始運動，若V0很小，則小球第一次回到平衡位置所需時間為。

分析:由受力情況同單擺模型類比、等效便可得出結論。

在高中物理復習中，往往用類比法，把類似或相同的規律比較對照，使學生對所學知識有一個系統的、整體的印象，便于記憶和應用。

三、注重等效變換的思維方法

就是在保證某一方面物理效果相同的條件下，將復雜的物理情境或過程變換為熟悉簡單的情境或過程，從而達到簡化問題的目的，它是一種效果等價的思維方法。比如，合力與分力、合運動與分運動，總電阻的概念、交流電的有效值等都是根據等效的觀點引入的。應用等效法解決實際問題時，都是抓住效果相同的條件，常利用物理模型等效、過程等效、條件等效、電路等效等分析解決問題。它對學生靈活運用知識，促使知識、技能和能力的遷移，都有很大的幫助。

四、應用守恒的思維方法

守恒觀點是物理學中極為重要的思想方法，是我們從更廣闊的角度認識系統中某些量的轉化和轉移并不影響守恒的一種思維方法，如動量守恒、能量轉化和守恒、質量守恒、電荷守恒。其中動量、能量守恒是自然界中最重要、最普遍、最基本的客觀規律，它貫穿于高中物理學習的始末，是聯系各部分知識的主線。應用能量轉化和守恒的觀點分析問題時，動能定理、功能關系不僅為解決力學知識開辟了一條新的重要途徑，同時也是分析解決電磁學和熱學問題的重要依據。比如，在“動生類”電磁感應現象中所產生的感應電流在磁場中要受安培力作用，根據功能關系正是通過安培力對導體棒做負功，將機械能轉化為電能。教學實踐證明，應用動量和能量守恒的觀點分析解決問題時，可以不涉及運動細節，而只關心過程中動量和能量轉化的關系和過程的始末狀態，這樣往往能抓住問題的實質，使求解思路變得簡捷。

五、掌握數學的思維方法

數學是物理學習和解題中一個不可或缺的工具，我們在處理物理問題的過程中經常要用到數學公式、數學規律、函數圖象來討論分析得出結論。常利用三角函數法、一元二次函數法、一元二次方程根的判別式法、均值不等式、幾何圖解法，函數求導的方法解決物理問題中的極值問題。常用圖像法(矢量圖)處理動態的力平衡問題，優點是巧妙、直觀而準確地將各作用力大小、方向等變化趨勢形象地用圖象形式反映出來，大大降低了思維難度和計算分析難度。比如:

從地面上以初速度2v0豎直上拋一物體A，相隔△t時間后又以初速度v0從地面上豎直上拋另一物體B，要使A、B能在空中相遇，則△t應滿足什么條件?

分析:依據S=V0t- gt2/2作s-t圖像，可使解題過程大大簡化。如圖所示，兩條圖線的相交點表示A、B的相遇時刻，縱坐標對應位移SA=SB由圖可直接看出△t滿足關系式 2v0/g<△t<4v0/g時，A、B可在空中相遇。

可見，用圖象法解題不但快速、準確，而且還可以避免繁雜的中間運算過程。

在物理解題中，用到的思維方法還有很多。學生的思維能力決定解題能力，在平時教學中，教師要有意識撥點和訓練學生的思維，使其在掌握知識的基礎上學會一些解題的科學思維方法，這樣既提高了學生的思維能力和解題能力，又可使學生對物理的興趣更加濃厚，形成學習的良性循環。物理學中全面有效的科學方法和思維方法對其他學科也有指導意義，有效地掌握物理學的思維方法，學會學習，學會創新，將對他們的終身學習和可持續發展有著重大的影響。

參考文獻:

[1]劉冠軍，王維先.科學思維方法論.山東人民出版社，2004，4.

[2]名師伴你行專題集.北京同心出版社，2005，10.