像科學(xué)家一樣思考

居海軍　于路軍　張平昭

摘要：美國哈佛大學(xué)心理學(xué)家加德納提出人的智力是多元的，舊的應(yīng)試教育方式主要以發(fā)展學(xué)生的語言一言語智力、數(shù)理一邏輯智力為教學(xué)目標(biāo)，忽視了學(xué)生其他幾種智力的發(fā)展；新課程的教學(xué)理念與發(fā)展學(xué)生的多元智能理論不謀而合，在物理課堂上培養(yǎng)學(xué)生的多元智力也是教育發(fā)展的大勢所趨，培養(yǎng)學(xué)生像科學(xué)家一樣從形象思維到抽象思維的思考方式，一直是科學(xué)教育的追求目標(biāo)。物理圖示在物理教材和物理試題中都有著重要的地位，本文擬從物理圖示的分析、讀寫、畫制探討在物理課堂上培養(yǎng)學(xué)生像科學(xué)家一樣的思維方式，發(fā)展學(xué)生的視覺一空間智力。

關(guān)鍵字：物理圖示：視覺-空間智力：形象思維

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2014）1（S）-008-3

1.問題的引出

1983年美國哈佛大學(xué)心理學(xué)家加德納提出，一個人的智力必定會帶來一套解決問題的技巧。它使個體能夠解決自己遇到的真正難題和困難，還使個體創(chuàng)造出一種有效的產(chǎn)品。智力又必定會產(chǎn)生那種找出或制造出難題的潛力。因而便為新知識的獲得打下基礎(chǔ)。1989年他又做了補(bǔ)充定義。認(rèn)為智力有8種組成。分別是語言一言語智力、數(shù)理一邏輯智力、視覺一空間智力、音樂一節(jié)奏智力、身體一運(yùn)動智力、人際一交流智力、自知一自省智力、自然觀察智力，即大家所熟悉的加德納的多元智力理論。視覺一空間智力主要指感受、辨認(rèn)、記憶和改變物體的空間關(guān)系并以此進(jìn)行思維的能力。這種智力占優(yōu)勢的人對細(xì)微的視覺細(xì)節(jié)有敏銳的洞察力，擅長以圖、表、影像來表達(dá)事物，或?qū)⒄Z言文字轉(zhuǎn)換成為心理圖像。具有良好的方向感和定位感。舊的應(yīng)試教育方式主要以發(fā)展學(xué)生的語言一言語智力、數(shù)理一邏輯智力為教學(xué)目標(biāo)，忽視了學(xué)生其他幾種智力的發(fā)展；新課程的教學(xué)理念與發(fā)展學(xué)生的多元智能理論不謀而合，在物理課堂上培養(yǎng)學(xué)生的多元智力也是教育發(fā)展的大勢所趨，培養(yǎng)學(xué)生像科學(xué)家一樣從形象思維到抽象思維的思考方式。一直是科學(xué)教育的追求目標(biāo)。

2.物理圖示在物理教材中的運(yùn)用

認(rèn)知心理學(xué)研究表明，人的大腦對通過不同渠道獲取的知識的吸收比例是大不相同的：視覺83%、聽覺11%、嗅覺3.5%、味覺1%、觸覺1.5%。大腦中儲存的知識，極大多數(shù)是通過視覺和聽覺獲得的。與視覺有關(guān)的“圖形信息”占絕對高的比例。北京教育學(xué)院的張維善教授指出新教材努力做到圖文并茂，圖像魅力與文字特色并舉。新教材中選用了傳遞大量信息的各種圖片和照片，它們也是寶貴的課程資源，對學(xué)生起著潛移默化的作用。教材中的圖片既有色彩鮮艷的實物照片，又有一些圖畫、卡通畫、漫畫，而且圖片數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了舊版教材。這十分貼近學(xué)生年齡特征。易于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。如表1所示，無論是哪個版本的物理學(xué)科新教材，都注重利用圖片、圖表、示意圖等圖像，拉進(jìn)教材與學(xué)生、教材與生活的距離。教師在教學(xué)中應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生識圖、讀圖、畫圖等利用圖形解決物理問題的能力，發(fā)展學(xué)生的視覺一空間智能，提升學(xué)生的思維品質(zhì)。

3.高考試題中圖形的分類以及對試題難度的影響

如表2所示，在高考中，90%的試題都配有圖示。這些圖示有的是精美的圖片，有的是物理示意圖，有的是能反映物理量關(guān)系的表格或函數(shù)圖像。這些圖示的功能可以分為這樣幾種：（1）圖示創(chuàng)設(shè)物理情景。幫助學(xué)生進(jìn)入物理問題。例如江蘇省2008年物理高考題中探空氣球的圖形、2009年的掛畫框圖形、2010年的相機(jī)三腳架圖形，2011年的拋雞蛋的圖形等，這些問題中的文字基本能講清物理問題。圖片只是幫助學(xué)生能更快地進(jìn)入問題。這些圖片去掉，學(xué)生還是可以完成試題的，如果沒有圖片，學(xué)生需要自己構(gòu)建問題的示意圖，會導(dǎo)致試題的難度系數(shù)增大。（2）圖示不但創(chuàng)設(shè)了物理情景。而且物理問題的解決答案就在圖示中，這樣的圖示對于該試題必不可少。例如2013年江蘇省高考題中的桌球碰撞圖、“卡諾循環(huán)”圖等。完成試題時必須要從圖示上入手，分析問題發(fā)生的過程，找準(zhǔn)相應(yīng)的物理規(guī)律解決問題。（3）圖形即是考查學(xué)生知識、能力的方式。例如考試中要求學(xué)生給實驗電路連線、畫黑箱中的電學(xué)元件、實驗中描點作圖等等。

4.借助物理圖示的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的視覺一空間智力

物理教學(xué)中圖示無處不在，新課教學(xué)時教材中各種精美的圖片和可愛的漫畫很容易吸引學(xué)生的注意力。教材中的很多物理規(guī)律利用圖像來表達(dá)非常地形象、清晰，例如，分子力與分子間距離的圖像。氣體分子的運(yùn)動速率與溫度關(guān)系的分布圖像，不同溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系的圖像。光電效應(yīng)中的電流、電壓和各種顏色光強(qiáng)的關(guān)系圖像等等。在教師和學(xué)生處理物理問題時，物理示意圖能夠幫助師生理清物理過程。將文字轉(zhuǎn)化為心理圖像。正如愛因斯坦說過：“我思考問題時。不是用語言進(jìn)行思考。而是用活動的跳躍的形象進(jìn)行思考，當(dāng)這種思考完成之后。我要花很大力氣把它們轉(zhuǎn)換成語言。這正是一個物理學(xué)家的思維過程。首先是右腦的形象思維。然后才是左腦的邏輯分析?！?/p>

隨著新課程的逐步推進(jìn)，物理圖示教學(xué)的要求凸顯為由“注重由圖像獲取信息、對狀態(tài)的判斷”，轉(zhuǎn)化為“注重對過程的理解和處理”、“注重對實驗數(shù)據(jù)的分析處理及得出結(jié)論”、“注重用數(shù)形結(jié)合的思想進(jìn)行邏輯推理、分析、評價”等。

培養(yǎng)學(xué)生利用圖示發(fā)展物理思維能力可以從這幾個方面出發(fā)：

（1）借助圖片閱讀，培養(yǎng)學(xué)生的讀圖、識圖的能力。人教版必修一教材封面是蘋果下落的頻閃照片。給學(xué)生留下了直觀的印象。教師在研究自由落體運(yùn)動時，引導(dǎo)學(xué)生觀察該圖片并讓學(xué)生動手用刻度尺去測量一下各段時間內(nèi)蘋果下落的位移。學(xué)生就會驚喜地發(fā)現(xiàn)它們的位移之比是1：3：5，這恰好是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動的特征。教材編寫者利用了大量的圖片、漫畫、圖表等拉近了學(xué)生和物理知識的距離。每張圖片都有它存在的意義，需要教師和學(xué)生好好體會。在解決一些物理問題時，教師要引導(dǎo)學(xué)生讀題、讀圖，體會圖示的情景，分析圖示中給出的數(shù)據(jù)關(guān)系。物理圖像常用的一些信息如圖像的斜率、截距，圖像的交點等在不同的物理量關(guān)系的函數(shù)圖像中有著不同的含義。

例如。2013年江蘇省物理高考題第7題（如圖1所示），從地面上同一位置拋出兩小球A、B。分別落在地面上的M、N點，兩球運(yùn)動的最大高度相同。空氣阻力不計。比較兩物體的運(yùn)動時間。就需要從圖中讀出兩物體的最大高度相同、射程不同、傾角不同。

（2）挖掘圖示深層次含義，用活圖像解決問題。例如，2013年江蘇省高考題第5題：水平面上，一白球與一靜止的灰球碰撞，兩球質(zhì)量相等。碰撞過程的頻閃照片如圖2所示，據(jù)此可推斷。碰撞過程中系統(tǒng)損失的動能約占碰撞前動能的百分比。這個問題難度較大，只給了一張圖，引導(dǎo)學(xué)生先找出圖中的信息，白球水平運(yùn)動，碰后兩球?qū)ΨQ性地運(yùn)動。兩球的運(yùn)動方向的夾角約為60度，根據(jù)水平方向動量守恒。得到碰后兩球水平方向的分速度與碰前白球的初速度關(guān)系，再結(jié)合角度估算碰后兩球的速度。

（3）培養(yǎng)學(xué)生畫圖的習(xí)慣，先形象思維后抽象思維。在教學(xué)中教師要有意識地引導(dǎo)學(xué)生用好圖、畫好圖，借助圖像幫助學(xué)生思考分析。提高思維能力。解題過程就是還原擬題者構(gòu)建的物理模型的過程，也就是把實際問題模型化，把具體問題抽象成熟悉的典型物理問題，實現(xiàn)從“問題情景”向“物理圖景”轉(zhuǎn)化。

在解決一個物理問題時，完整的思維過程大致經(jīng)歷兩個階段。首先是整體上閱讀審題。定性分析階段，提取題干中有用的信息，從所給的物理過程、物理情景中建立關(guān)于問題的物理模型、物理圖像。然后是定量分析階段，利用相應(yīng)的物理規(guī)律、物理定理、定律解題。很多學(xué)生因為形象思維不夠突出、平時沒有養(yǎng)成畫圖示的習(xí)慣，無法在第一階段建立正確的圖景。不會畫圖也就不會學(xué)習(xí)、不會解題。那么在物理解題過程中需要畫哪些物理圖像呢？

①畫出研究對象的示意圖或模型圖。簡略的形狀圖，建立物理情景。研究對象可否畫成質(zhì)點，周圍的環(huán)境是水平面還是斜面。立體圖畫成平面圖等。或是分析整個電路。畫出等效電路圖和電流電壓隨時問的變化圖像等。

②畫出研究對象的受力示意圖，畫力的合成或正交分解圖示。借助物體的受力情況分析運(yùn)動情況。

③畫出研究對象的運(yùn)動過程示意圖、軌跡圖或狀態(tài)變化示意圖。

④結(jié)合題意，畫物理量之間關(guān)系的函數(shù)圖像，如v-t圖像等。

⑤小結(jié)：學(xué)生利用圖像解決問題的思維方式，不是一天兩天就形成的。需要長時間的引導(dǎo)和訓(xùn)練。教師在日常教學(xué)中經(jīng)常給學(xué)生圖像思維的熏陶，訓(xùn)練學(xué)生敏銳的觀察力和用圖、表、影像等表達(dá)事物的能力。培養(yǎng)學(xué)生像科學(xué)家一樣從形象思維到抽象思維的思考方式。