分析與綜合思維在物理教學中的應用

徐 斌

(常州市第一中學,江蘇 常州 213003)

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分析與綜合思維在物理教學中的應用

徐 斌

(常州市第一中學,江蘇 常州 213003)

分析和綜合是思維的基本過程，掌握分析與綜合思維方法是物理教育的目標之一，考查學生分析與綜合能力在高校招生考試中處于重要的地位.本文通過教學案例闡明在教學實踐中如何依托教材中不同的教學資源，在概念形成、規律推導、實驗探究和習題教學等不同場合、不同情境下全面系統地布局，應用分析與綜合的思維方法.實踐表明，教師通過教學示范能較好地引導學生養成良好的分析與綜合的思維習慣，從而學生也能形成采用分析與綜合方法分析問題的意識，提升分析問題、解決問題的能力.

分析；綜合；物理教育

1 引子

圖1 教育目標分類

布盧姆(Bloom)在其代表作《教育目標分類學》中將認知領域的教育目標分為6個層次的類別[1]，如圖1所示.布盧姆是將學生行為從簡單到復雜按秩序排列的，分析與綜合分別屬于較高的第四和第五層次，分析是以領會和運用知識為基礎的，同時分析又成為綜合的基礎．

縱觀歷年高考物理學科考試說明，都將理解、推理、分析綜合、應用數學處理物理問題和實驗能力放在考查目標的首要位置.5種能力相互聯系、密不可分，對物理概念和規律的理解，和在此基礎上的簡單推理是分析與綜合的基礎，數學工具的應用和實驗探究又是建立在分析與綜合的基礎之上的.

由此可見，分析與綜合是思維的基本過程，每一種思維活動都是大腦的分析綜合活動.分析與綜合思維能力是學生的關鍵能力，也是高校招生考試區分考生綜合素質和潛能的重要方面.什么是分析與綜合，如何在教學中應用分析與綜合思維，這正是本文試圖回答的問題.

2 分析與綜合

“所謂分析，就是把研究對象在思維中分解成它的各個組成部分或要素，然后分別加以研究和考察，研究它們相互聯系及相互制約的關系，研究它們之間的相互作用及在整體對象中的地位，考察它們對研究對象的狀態及發展變化的影響，從而揭示事物的屬性和本質的方法”.“所謂綜合，就是在分析的基礎上，把研究對象的各個組成部分或要素在思維中重新結合為一個整體，從而在整體上把握事物的本質和規律”[2].簡單地說，分析就是從整體到部分的思維過程，綜合就是從部分到整體的思維過程.

落實到物理思維中，分析就是將整體分解為各個部分，將事件發展的全過程拆成各個階段，或從各種因素、方面和屬性的角度去考察研究對象.綜合就是整體觀念、全程思想和各要素的整合.

分析與綜合是一種辯證思維.在認識過程中，分析與綜合總是相互聯系的.沒有分析就不可能有綜合，通過對事物的分析，人的認識才能深入.離開了分析，對事物的整體認識也是膚淺、空洞的.同樣，只有分析，沒有綜合，分析的結果將是彼此孤立、互不聯系的，因而也就不可能形成對事物完整、全面的認識.此外，分析與綜合的依存關系，還表現在分析為最初的綜合認識所指引，分析又是進一步綜合的手段、途徑和方法，從而導致綜合更加完整及對事物整體認識更加深化.總之，人的思維活動總是按照分析、綜合、再分析、再綜合……不斷深入展開的.

3 分析與綜合思維在物理教學中的應用

教材中蘊藏著豐富的教學資源，要培養學生分析與綜合的能力，就要通過平常的教學，依據不同的教學內容特點，在不同場合、不同情境下全面系統地布局，就能使學生體悟分析與綜合的思維方法.

3.1 用分析法建立和辨析物理概念

案例1 瞬時速度概念的建立

圖2

案例2 靜摩擦力方向的辨析[3]

在一個水平轉臺上放置一個小物體，當水平轉臺勻速轉動時，物體也隨之做勻速圓周運動.試分析物體做圓周運動的向心力的來源.

學生都知道物體所受的重力和支持力在豎直方向上，不可能提供向心力，那么只有靜摩擦力提供向心力了，向心力是指向圓心的，所以靜摩擦力指向圓心.但是學生心中不免有些疑問，靜摩擦力的方向是與相對運動趨勢的方向相反的，從圖3中看出，物體的速度方向沿切線，摩擦力應該沿該切線的反方向才對呀？下面用分析法來研究.

圖3

圖4

案例3 氣體壓強概念的微觀本質

人們認識物理現象，往往先接觸到宏觀現象，再探索其微觀機理.從思想方法的角度看，在探索宏觀現象的微觀本質時，要用到分析的方法；在研究微觀機理的宏觀表現時，要用到綜合的方法.

圖5

我們生活在地球上，就像生活在包圍地球的大氣海洋深處.從地面開始作一個“高聳入云”的空氣柱，如圖5所示.仿佛疊著無數個空氣箱子，由這許多空氣箱子的重力產生的壓強就是地面上的大氣壓強.那么，如果在大氣中任意取一小瓶空氣并把它密封起來，它對器壁的壓強也等于大氣壓，難道也是由這一小瓶氣體的重力產生的嗎？顯然這個看法是錯誤的，要理解這個問題，必須從氣體壓強的微觀機理上去找原因.

圖6

在地面附近取一小瓶空氣時，瓶中氣體與周圍大氣的溫度相同，平均動能就相同，又因為分子數密度相同，所以它們的壓強也相同.

在離開地面不同高度處，從宏觀上說，其上方的空氣柱高度不同，由這些空氣柱重力產生的壓強自然也不同.從不同高度處取一小瓶空氣，微觀上它與該處“空氣箱”的分子數密度和平均動能相同，因而瓶內氣體對器壁的壓強也就等于該處的大氣壓.

從而，大氣重力產生的壓強(綜合效果)與彈性分子碰撞器壁的結果(微觀分析)，在這里就統一起來了.

3.2 用分析與綜合思維推導物理規律

案例4 勻變速直線運動位移公式的推導

在推導勻變速直線運動的位移時間關系時，可以充分利用分析與綜合思維.

圖7

圖8

由此可知，在推導過程中，“化整為零，以恒代變”的過程即為分析的過程，“積零為整，再取極限”則為綜合過程，可以說位移公式的推導過程是分析與綜合思維相結合的完美范例.

3.3 用分析和綜合思維理解和指導實驗

實驗是研究物理的重要手段.當我們設計一比較復雜的實驗時，往往要采用分析與綜合的思想方法.

案例5 研究平行板電容器的電容

這種方法在高中物理教學中多處用到，如關于合外力F、物體質量m、物體加速度a之間關系的研究；理想氣體狀態參量壓強p、體積V、溫度T之間關系的研究；電磁學中安培力F與導線電流I、導線長度L、磁感應強度B之間關系的研究等等都用到分析與綜合的思維方法.

3.4 在習題教學中應用分析與綜合的思維方法

應用是掌握一種方法的有效途徑，只有在不同問題情境中學會應用分析綜合的方法，學生才能真正懂得.習題求解能直接反映學生對概念和規律的理解程度和推理能力的高下，在此基礎之上的分析綜合能力能最充分地得到展現.那么教師在這過程中可以有何作為呢？教師在暢游題海的基礎上通過精選典型例題，條分縷析、思路清晰、富有啟發式地講解示范，關鍵處畫龍點睛、一語道破，啟發但不灌輸，示范而不包辦，會對培養學生的分析綜合能力起到重要作用.

具體來說，物理習題的求解關鍵在于研究對象的確定和物理過程的分析.我們研究連接體時，往往采用“隔離法”——把連接體中某一物體暫時與其他物體“隔離”出來，單獨進行研究.這就是一種分析的方法——從整體到部分的研究方法.有時，我們又采用“整體法”——把相連接的各個物體統一起來加以研究.這就是一種綜合的方法——從部分到整體.在實際的問題情境中，這兩種方法往往是交替使用的.有時主要采用分析的方法，或主要采用綜合的方法，視情況而定.另外，對于一個復雜的物理過程，總是先采用分析的方法，把過程分為若干部分分別加以研究，然后再采用綜合的方法，把這些部分結合為一個統一體加以考慮，從而形成一個整體的認識.

案例6 2016年高考物理(江蘇卷)第14題

如圖9所示，傾角為α的斜面A被固定在水平面上，細線的一端固定于墻面，另一端跨過斜面頂端的小滑輪與物塊B相連，B靜止在斜面上.滑輪左側的細線水平，右側的細線與斜面平行.A、B的質量均為m.撤去固定A的裝置后，A、B均做直線運動.不計一切摩擦，重力加速度為g.求：

圖9

(1) A固定不動時，A對B支持力的大小N；

(2) A滑動的位移為x時，B的位移大小s；

(3) A滑動的位移為x時的速度大小vA.

解題思路 物理情景分析——固定A的裝置撤去后，由于不計一切摩擦，A將向左運動，同時B將沿斜面下滑.

研究對象分析——由于B放在斜面A上，系在B上的細線又通過A上的定滑輪固定在墻壁上.A、B的運動通過細線相互聯系，因此分別以A、B為研究對象分析，必要時再綜合考慮兩者的關系.

狀態分析——釋放A時作為初態，當A向左移動x時作為末態.

過程分析——由于不計一切摩擦，在A、B相互牽連的運動中整體的機械能守恒.

有了上面的分析，問題不難解決.

① 對B受力分析可得，支持力的大小N=mgcosα.

圖10

案例7 2016年高考物理(江蘇卷)第15題(壓軸題)

圖11

圖12

① 出射粒子的動能Ek；

② 粒子從飄入狹縫至動能達到Ek所需的總時間t總；

③ 要使飄入狹縫的粒子中有超過99%能射出，d應滿足的條件.

解題思路 運動過程分析——由于粒子在磁場中運動的周期與電場變化周期相同，根據題目假設可知，粒子先在兩D型盒間的電場中做初速為零、位移為d的勻加速運動，然后以第一階段的末速度在磁場中做勻速圓周運動半周，接著繼續做位移為d的勻加速運動、勻速圓周運動半周……如此往復，出射粒子每次經過狹縫均做位移為d的勻加速運動，最后做大小等于D型盒半徑的勻速圓周運動從D型盒射出.

4 結語

在教學中應用分析與綜合的思維方法，就是要充分利用教材資源，通過不同類型教學內容的系統布局，學生在不同問題情境中進行分析與綜合，學生就能夠在不同場合下、各種情境中強化對分析和綜合思維方法的理解，更重要的是養成了良好的思維習慣，形成了一種意識，提升了分析與綜合思維的能力.

[1] 施良方.學習論[M].北京：人民教育出版社，1994：346.ShiLF.Learningtheory[M].Beijing:People’sEducationPress, 1994: 346.

[2] 田世昆,胡衛平.物理思維論[M].南寧：廣西教育出版社，1996：123. Tian S K, Hu W P. Physical thinking theory[M]. Nanning: Guangxi Education Press, 196: 123.

[3] 岳燕寧.分析與綜合[M].合肥：中國科學技術大學出版社，2015：76. Yue Y N. Analysis and synthesis[M]. Anhui: University of Science & amp; Technology China press, 2015: 76.

[4] 張大昌.普通高中課程標準實驗教科書 物理 選修3-1[M].3版.北京：人民教育出版社，2010:30. Zhang D C. General high school curriculum standard experimental textbook Physics an elective course 3-1[M]. Third Edition Beijing: People’s Education Press, 2010: 30.

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APPLICATION OF ANALYSIS AND COMPREHENSIVE THINKING IN PHYSICS TEACHING

Xu Bin

(Changzhou No.1 High School, Changzhou, Jiangsu 213003)

Analysis and synthesis is the basic process of thinking, master analysis and comprehensive thinking method is one of the objectives of physical education, the examination of students’ analysis and comprehensive ability is in an important position in the college entrance examination. This paper through the case teaching elucidated in the teaching practice to rely on textbooks in different teaching resources, in the formation of concept, rule derivation, inquiry experiment and exercises teaching such as different occasions, different scenes under a comprehensive and systematic layout, application analysis and comprehensive thinking method. The practice shows that the teachers through teaching and demonstration, used to guide students to develop good analysis and synthesis of the habit of thinking, so that students can form using analytical and synthetical method to analyze the problem of consciousness, enhance the analysis problem, problem-solving ability.

analysis; synthesis; physical education

2016-06-12

本文是江蘇省教育科學“十二五”規劃2013年度課題《高中物理教學中培養學生科學素養的研究》階段性成果之一，課題編號為D/2013/02/435.

徐斌,男,中學高級教師,江蘇省物理奧林匹克競賽高級教練員.主要研究方向為高中物理課堂教學設計與實施、全國高中物理奧林匹克競賽.xubinphy@sina.com

徐斌. 分析與綜合思維在物理教學中的應用[J]. 物理與工程，2016，26(6)：84-89.