高中物理學習的科學思維方法

吳明亮

摘要：高中物理教學的核心是培養學生的科學素養，科學思維是科學素養核心。科學思維直接影響學生掌握知識的速度和質量，最終制約學生的發展水平。科學思維方法有很多種，本文著重探討在高中物理教學中常用的幾種方法。

關鍵詞：高中物理；科學思維方法；教師；學生

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2017）07-0034

科學思維就是主體創造性運用各種思維方式和方法高效率地達到既定目標的思維。人類的學習活動實質上就是主體自覺地運用思維的積極活動過程，但這種思維是否科學，將直接影響主體掌握知識的速度和質量，最終制約著主體的發展水平。因而，科學思維是學生掌握知識的充分和必要條件，是學生自我完善的有效動力，也是學生為充實自身而孜孜以求的價值目標。那么，在物理學習過程中，如何才能達到科學思維的理想境界呢？科學思維既表現于實踐活動中，又源于實踐活動。只有在學習實踐活動中，采用一些適當方法，通過自我訓練來提高科學思維能力。近年來，心理學、思維學、創造學等學科的學者曾就此提出過許多有益的模式，歸納起來有幾十種，在這里就其中比較重要和常用的模式，針對中學生的學習性實踐，進行一些理論和實例相結合的方法探討。

一、邏輯分析法

邏輯分析法是指在物理學習過程中，學生通過對各種物理現象進行分析、綜合、比較、抽象和概括，進而獲得概念，形成判斷，進行合乎邏輯推理的思維活動過程。邏輯分析法是人們在學習活動中最常用的一種思維方法，它可以通過以下三個步驟來實現：1. 確定思維方向，理解問題實質。如在解題過程中，首先要讀明題意，審清條件，對題目的已知、未知和整體結構進行科學加工，從而初步估測解題的大致方向。2. 擬定解決問題的計劃。即思考如何達到問題的解決，制定解決問題的最佳方案。在審清題意的基礎上運用物理規律和相應的數學方法，沿著初步明確的解題方向，進一步探尋題目給定的物理模型，并選取相應的規律、公式，制定和選擇最佳的解題途徑。3. 具體執行計劃。這既是具體地檢查和驗證每一個步驟，保證它們正確無誤，又要回到原來的問題、檢查解題的結果，弄清結論是否真正符合題意，是否還可以派生出其他結果。至此，一個思維過程才算結束。

二、同中求異法

這是一種與求同式相對應的思維方法，即指對同一問題可不依常規，而從多方尋求答案的分析性思維方式。它鼓勵學生從不同的方向、不同的角度探索解決問題的辦法和答案，力求提出個人獨特的解。它在學習過程中的具體應用，既有利于問題的解決，又能使思維起點和過程都具有高度的靈活性，從而擺脫傳統的束縛，提出新的見解。例如：“速度”和“加速度”的概念的學習中，兩者概念定義都是運用了比值法，但兩者的物理意義截然不同，教學中可從二者物理意義不同的比較中進行，從而加深學生對二者概念的理解。對于學生而言，衡量這種方法是否掌握的標準，一是有從不同角度思考問題的意識和技巧，二是有運用不同方法和不同學科知識解決問題的能力。那么，如何才能達到這個理想境界呢？其中涉及因素固然很多，但最為主要的是在廣泛吸收信息，構建合理知識的基礎上采取各種方法來訓練學生的思維。

三、聯想展開法

這是根據事物之間的某些方面的相似，推測它們在其他方面相似的一種思維方式，它在幫助人們記憶和理解，溝通知識間的聯系，形成具有一定結構的知識網絡，創造性地解決問題等方面都具有十分廣泛的作用。

學生在學習過程中常用的聯想方式有相似聯想、對比聯想、接近聯想、關系聯想等。由于學科性質與解決任務不同，其聯想的方式也會不同。在物理解題中，最常用的是等效聯想和類比聯想。它們由題給的物理模型很快地聯想到與之等效的熟悉的物理模型，通過進行物理模型的變換，使問題中的物理過程得到簡化。

聯想既是思維方式，又是思維訓練的重要途徑。聯想的速度、范圍和質量都反映著思維的流暢性、深刻性、靈活性等品質。同時，聯想還是觸發創造的媒介。因而，要使學生擁有豐富的想象力，首先要不斷豐富知識，擴大知識面，一旦遇到有通感的事物，聯想就會展開；其次要有聯想意識。對于要解決的問題，要有意識地從它的正面、反面，以及與它相近、相似的關聯事物和經驗中多角度地進行思考，從而找到解決問題的線索。再次，要在學習過程中有意識地進行聯想訓練，使學生聯想技巧得以提高。如在物理學習過程中，對相近概念、規律可運用圖表比較聯想，辨析異同，加深記憶；對于比值定義物理量如R=U/I，E=F/q，B=F/IL等可歸類聯想，可使學生認清本質，理解實質；對于測定性的實驗可由原理進行相關聯想，可使學生準確記憶測量儀表、步驟、設計表格；對章節復習，可使學生抓住主線歸納聯想，化厚為薄。

四、整體思考法

這是把事物或問題作為一個系統，從不同層次、不同角度，全面、完整地思考的一種思維形式。運用這種方法觀察事物，分析問題和解決問題，能使學生思路不僅僅局限于某一點或某一面，二是從點到面，從面到體，點面并存；既思前因，又想后果；既從空間方位、時間順序上考慮，又可從邏輯上來分析；既要考慮整個系統內各要素間的各種關系，又要考慮大系統對子系統的影響及其相互關系，從而形成一個完整地多路互補結構，克服思維的片面性，真實地把握事物的實質。

這種方法的主要特點是多角度、多層次、重整體與結構，重聯系與區別，重發展與變化。因而，在思考問題的過程中，要有全面和整體的觀點，要從多角度、多層次來思考。首先對問題的思考，除了采用從時間、空間、邏輯上考慮具體方式外，還可采用要素分析的方式，即把事物或問題的構成要素一一列舉出來，然后在綜合。如對物理概念的學習，既要重視概念的內涵，又需研究概念的外延，這樣才能從整體上認識物理概念。例如：學習力的概念時首先要對推、拉、壓接觸力與非接觸力等大量力的外延事例進行認識，沒有這些感性材料做基礎，或缺乏某一方面的感性認識，都會造成片面認識；其次，通過比較、概括、抽象、分析等方法歸納出力的內涵是物體對物體的作用。這樣才能抓住概念的本質，把握問題的實質。再次，要有目的、有條理、有步驟、有秩序地從多方面來擴大思路，避免思維的片面性，只有隨著對力的分類、力的性質等力的外延作進一步研究學習，才能對力的概念有全面的認識。endprint

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五、逆向對轉法

這是對一般必須做如此思考的事物，完全從與通常的、固定的對事物認識途徑的相反方向去思考的思維方法。運用它可以加深對概念的理解，使知識深化、活化，找到解決問題的新途徑。

人類思維是按照一定的方法和途徑來運行的，其運行的軌道中凝結著思維的目標與技巧。逆向對轉法就是開拓思路的一種重要方法。例如在高溫環境中用金屬甲做的尺去測量金屬乙做的金屬板的長度，已知測量的結果與常溫情況下相比偏大，問哪種金屬膨脹的快？此題中熱膨脹的不同是原因，測量結果偏大是結果，屬于給出結果，尋求原因的逆向思維訓練。解答此類習題除運用假設法外，另一種方法就是逆推法。讀數偏大——尺相對于被測物的單位長度變小，即尺小物大——被測物膨脹大。這類訓練不僅能使學生更能深刻理解熱膨脹的物理意義，而且可使學生把熱膨脹和測量的知識聯系起來。長期有意識地運用這種方法可以從前人經驗蘊藏的許多相反“隱機”中，引發出無數創新的“井噴”，它是創造思維的重要組成部分。物理學史中，從丹麥物理學家奧斯特在1820年發現了電流的磁效應起，到英國物理學家法拉第的電磁感應現象的發現，就是逆向思維導致重大科學發現的佐證。

這種方法在學習過程中的具體應用，首先思考與已知過程相反的過程，思考與已知條件相反或相對的事物及其功能。再次，思考事物反作用的結果。最后，思考已知條件與結論之間的差距。總而言之，反其道而行之，常常會有驚異的收獲。

六、設問求解法

這是圍繞所要解決的問題而提出一系列相關或相對的輔助性問題，然后通過對這些輔助性問題的逐一解決，進而達到對主問題最終解決的思維方法。

在物理學習過程中，對知識理論的設問一般可從以下幾個方面考慮：1. 什么是研究對象？2. 為什么要引入這個概念？導出這個公式和歸納這個定律的目的是什么？從什么地方著的手研究？3. 研究對象的原有結論是什么？產生這個結論前提及背景是什么？現代人對這個問題有哪些不同的看法？4. 幫助解決這個問題的實驗、事實是什么？還缺什么資料？如何獲取和運用這些資料？5. 這個概念是怎樣得出來的？推導定理、公式的思路怎樣，其關鍵在哪里？6. 概念是怎樣表述的？公式表示的物理意義是什么？適用范圍如何？如果條件改變，這些結論又會發生什么變化？怎樣修正？通過以上六個方面的思考，就完全可以使思維由枯竭、堵塞狀態變為活躍、流暢的狀態。

七、質疑探究法

這是通過對學習材料的質疑而加深對知識理解的一種思維方法。學習過程實質上就是不斷提出問題和解決問題的過程。只有質疑才會有思考。多疑、多思才會有所長進，有所突破。問題是，疑從何來？這是許多學生掌握這種思維方法的難點。實際上能否提出問題與是否積極思考及思維方式有關，而所提出問題的水平又與思維的水平有關。因而，在學習過程中，首先，要有質疑意識，不回避疑難，主動尋找疑問，不為現有結論框死，勇于提出自己的見解。其次，要有靈活多變的思維技巧，對產生現有結論的背景條件進行多種設疑篩選，善于抓住問題的關鍵，適時改變思維方向和角度，尋覓解決問題的最佳途徑。再次，要在解放頭腦的基礎上，進一步解放自己的雙手，盡可能多做實驗，使自己的思維有足夠的時空任其馳騁，為創造性火花的迸發創造良好的氛圍。

（作者單位：江蘇省南京市臨江高級中學 210000）endprint