高中物理學(xué)習(xí)的科學(xué)思維方法

吳明亮

摘要：高中物理教學(xué)的核心是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，科學(xué)思維是科學(xué)素養(yǎng)核心。科學(xué)思維直接影響學(xué)生掌握知識(shí)的速度和質(zhì)量，最終制約學(xué)生的發(fā)展水平?？茖W(xué)思維方法有很多種，本文著重探討在高中物理教學(xué)中常用的幾種方法。

關(guān)鍵詞：高中物理；科學(xué)思維方法；教師；學(xué)生

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2017）07-0034

科學(xué)思維就是主體創(chuàng)造性運(yùn)用各種思維方式和方法高效率地達(dá)到既定目標(biāo)的思維。人類的學(xué)習(xí)活動(dòng)實(shí)質(zhì)上就是主體自覺地運(yùn)用思維的積極活動(dòng)過程，但這種思維是否科學(xué)，將直接影響主體掌握知識(shí)的速度和質(zhì)量，最終制約著主體的發(fā)展水平。因而，科學(xué)思維是學(xué)生掌握知識(shí)的充分和必要條件，是學(xué)生自我完善的有效動(dòng)力，也是學(xué)生為充實(shí)自身而孜孜以求的價(jià)值目標(biāo)。那么，在物理學(xué)習(xí)過程中，如何才能達(dá)到科學(xué)思維的理想境界呢？科學(xué)思維既表現(xiàn)于實(shí)踐活動(dòng)中，又源于實(shí)踐活動(dòng)。只有在學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)中，采用一些適當(dāng)方法，通過自我訓(xùn)練來提高科學(xué)思維能力。近年來，心理學(xué)、思維學(xué)、創(chuàng)造學(xué)等學(xué)科的學(xué)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(duì)中學(xué)生的學(xué)習(xí)性實(shí)踐，進(jìn)行一些理論和實(shí)例相結(jié)合的方法探討。

一、邏輯分析法

邏輯分析法是指在物理學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生通過對(duì)各種物理現(xiàn)象進(jìn)行分析、綜合、比較、抽象和概括，進(jìn)而獲得概念，形成判斷，進(jìn)行合乎邏輯推理的思維活動(dòng)過程。邏輯分析法是人們?cè)趯W(xué)習(xí)活動(dòng)中最常用的一種思維方法，它可以通過以下三個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)：1. 確定思維方向，理解問題實(shí)質(zhì)。如在解題過程中，首先要讀明題意，審清條件，對(duì)題目的已知、未知和整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)加工，從而初步估測(cè)解題的大致方向。2. 擬定解決問題的計(jì)劃。即思考如何達(dá)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(chǔ)上運(yùn)用物理規(guī)律和相應(yīng)的數(shù)學(xué)方法，沿著初步明確的解題方向，進(jìn)一步探尋題目給定的物理模型，并選取相應(yīng)的規(guī)律、公式，制定和選擇最佳的解題途徑。3. 具體執(zhí)行計(jì)劃。這既是具體地檢查和驗(yàn)證每一個(gè)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(jié)果，弄清結(jié)論是否真正符合題意，是否還可以派生出其他結(jié)果。至此，一個(gè)思維過程才算結(jié)束。

二、同中求異法

這是一種與求同式相對(duì)應(yīng)的思維方法，即指對(duì)同一問題可不依常規(guī)，而從多方尋求答案的分析性思維方式。它鼓勵(lì)學(xué)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(gè)人獨(dú)特的解。它在學(xué)習(xí)過程中的具體應(yīng)用，既有利于問題的解決，又能使思維起點(diǎn)和過程都具有高度的靈活性，從而擺脫傳統(tǒng)的束縛，提出新的見解。例如：“速度”和“加速度”的概念的學(xué)習(xí)中，兩者概念定義都是運(yùn)用了比值法，但兩者的物理意義截然不同，教學(xué)中可從二者物理意義不同的比較中進(jìn)行，從而加深學(xué)生對(duì)二者概念的理解。對(duì)于學(xué)生而言，衡量這種方法是否掌握的標(biāo)準(zhǔn)，一是有從不同角度思考問題的意識(shí)和技巧，二是有運(yùn)用不同方法和不同學(xué)科知識(shí)解決問題的能力。那么，如何才能達(dá)到這個(gè)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(gòu)建合理知識(shí)的基礎(chǔ)上采取各種方法來訓(xùn)練學(xué)生的思維。

三、聯(lián)想展開法

這是根據(jù)事物之間的某些方面的相似，推測(cè)它們?cè)谄渌矫嫦嗨频囊环N思維方式，它在幫助人們記憶和理解，溝通知識(shí)間的聯(lián)系，形成具有一定結(jié)構(gòu)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)造性地解決問題等方面都具有十分廣泛的作用。

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中常用的聯(lián)想方式有相似聯(lián)想、對(duì)比聯(lián)想、接近聯(lián)想、關(guān)系聯(lián)想等。由于學(xué)科性質(zhì)與解決任務(wù)不同，其聯(lián)想的方式也會(huì)不同。在物理解題中，最常用的是等效聯(lián)想和類比聯(lián)想。它們由題給的物理模型很快地聯(lián)想到與之等效的熟悉的物理模型，通過進(jìn)行物理模型的變換，使問題中的物理過程得到簡(jiǎn)化。

聯(lián)想既是思維方式，又是思維訓(xùn)練的重要途徑。聯(lián)想的速度、范圍和質(zhì)量都反映著思維的流暢性、深刻性、靈活性等品質(zhì)。同時(shí)，聯(lián)想還是觸發(fā)創(chuàng)造的媒介。因而，要使學(xué)生擁有豐富的想象力，首先要不斷豐富知識(shí)，擴(kuò)大知識(shí)面，一旦遇到有通感的事物，聯(lián)想就會(huì)展開；其次要有聯(lián)想意識(shí)。對(duì)于要解決的問題，要有意識(shí)地從它的正面、反面，以及與它相近、相似的關(guān)聯(lián)事物和經(jīng)驗(yàn)中多角度地進(jìn)行思考，從而找到解決問題的線索。再次，要在學(xué)習(xí)過程中有意識(shí)地進(jìn)行聯(lián)想訓(xùn)練，使學(xué)生聯(lián)想技巧得以提高。如在物理學(xué)習(xí)過程中，對(duì)相近概念、規(guī)律可運(yùn)用圖表比較聯(lián)想，辨析異同，加深記憶；對(duì)于比值定義物理量如R=U/I，E=F/q，B=F/IL等可歸類聯(lián)想，可使學(xué)生認(rèn)清本質(zhì)，理解實(shí)質(zhì)；對(duì)于測(cè)定性的實(shí)驗(yàn)可由原理進(jìn)行相關(guān)聯(lián)想，可使學(xué)生準(zhǔn)確記憶測(cè)量?jī)x表、步驟、設(shè)計(jì)表格；對(duì)章節(jié)復(fù)習(xí)，可使學(xué)生抓住主線歸納聯(lián)想，化厚為薄。

四、整體思考法

這是把事物或問題作為一個(gè)系統(tǒng)，從不同層次、不同角度，全面、完整地思考的一種思維形式。運(yùn)用這種方法觀察事物，分析問題和解決問題，能使學(xué)生思路不僅僅局限于某一點(diǎn)或某一面，二是從點(diǎn)到面，從面到體，點(diǎn)面并存；既思前因，又想后果；既從空間方位、時(shí)間順序上考慮，又可從邏輯上來分析；既要考慮整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)各要素間的各種關(guān)系，又要考慮大系統(tǒng)對(duì)子系統(tǒng)的影響及其相互關(guān)系，從而形成一個(gè)完整地多路互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，克服思維的片面性，真實(shí)地把握事物的實(shí)質(zhì)。

這種方法的主要特點(diǎn)是多角度、多層次、重整體與結(jié)構(gòu)，重聯(lián)系與區(qū)別，重發(fā)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(diǎn)，要從多角度、多層次來思考。首先對(duì)問題的思考，除了采用從時(shí)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(gòu)成要素一一列舉出來，然后在綜合。如對(duì)物理概念的學(xué)習(xí)，既要重視概念的內(nèi)涵，又需研究概念的外延，這樣才能從整體上認(rèn)識(shí)物理概念。例如：學(xué)習(xí)力的概念時(shí)首先要對(duì)推、拉、壓接觸力與非接觸力等大量力的外延事例進(jìn)行認(rèn)識(shí)，沒有這些感性材料做基礎(chǔ)，或缺乏某一方面的感性認(rèn)識(shí)，都會(huì)造成片面認(rèn)識(shí)；其次，通過比較、概括、抽象、分析等方法歸納出力的內(nèi)涵是物體對(duì)物體的作用。這樣才能抓住概念的本質(zhì)，把握問題的實(shí)質(zhì)。再次，要有目的、有條理、有步驟、有秩序地從多方面來擴(kuò)大思路，避免思維的片面性，只有隨著對(duì)力的分類、力的性質(zhì)等力的外延作進(jìn)一步研究學(xué)習(xí)，才能對(duì)力的概念有全面的認(rèn)識(shí)。endprint

（上接第34頁）

五、逆向?qū)D(zhuǎn)法

這是對(duì)一般必須做如此思考的事物，完全從與通常的、固定的對(duì)事物認(rèn)識(shí)途徑的相反方向去思考的思維方法。運(yùn)用它可以加深對(duì)概念的理解，使知識(shí)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(yùn)行的，其運(yùn)行的軌道中凝結(jié)著思維的目標(biāo)與技巧。逆向?qū)D(zhuǎn)法就是開拓思路的一種重要方法。例如在高溫環(huán)境中用金屬甲做的尺去測(cè)量金屬乙做的金屬板的長(zhǎng)度，已知測(cè)量的結(jié)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(cè)量結(jié)果偏大是結(jié)果，屬于給出結(jié)果，尋求原因的逆向思維訓(xùn)練。解答此類習(xí)題除運(yùn)用假設(shè)法外，另一種方法就是逆推法。讀數(shù)偏大——尺相對(duì)于被測(cè)物的單位長(zhǎng)度變小，即尺小物大——被測(cè)物膨脹大。這類訓(xùn)練不僅能使學(xué)生更能深刻理解熱膨脹的物理意義，而且可使學(xué)生把熱膨脹和測(cè)量的知識(shí)聯(lián)系起來。長(zhǎng)期有意識(shí)地運(yùn)用這種方法可以從前人經(jīng)驗(yàn)蘊(yùn)藏的許多相反“隱機(jī)”中，引發(fā)出無數(shù)創(chuàng)新的“井噴”，它是創(chuàng)造思維的重要組成部分。物理學(xué)史中，從丹麥物理學(xué)家奧斯特在1820年發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)起，到英國(guó)物理學(xué)家法拉第的電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，就是逆向思維導(dǎo)致重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的佐證。

這種方法在學(xué)習(xí)過程中的具體應(yīng)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(duì)的事物及其功能。再次，思考事物反作用的結(jié)果。最后，思考已知條件與結(jié)論之間的差距?？偠灾?，反其道而行之，常常會(huì)有驚異的收獲。

六、設(shè)問求解法

這是圍繞所要解決的問題而提出一系列相關(guān)或相對(duì)的輔助性問題，然后通過對(duì)這些輔助性問題的逐一解決，進(jìn)而達(dá)到對(duì)主問題最終解決的思維方法。

在物理學(xué)習(xí)過程中，對(duì)知識(shí)理論的設(shè)問一般可從以下幾個(gè)方面考慮：1. 什么是研究對(duì)象？2. 為什么要引入這個(gè)概念？導(dǎo)出這個(gè)公式和歸納這個(gè)定律的目的是什么？從什么地方著的手研究？3. 研究對(duì)象的原有結(jié)論是什么？產(chǎn)生這個(gè)結(jié)論前提及背景是什么？現(xiàn)代人對(duì)這個(gè)問題有哪些不同的看法？4. 幫助解決這個(gè)問題的實(shí)驗(yàn)、事實(shí)是什么？還缺什么資料？如何獲取和運(yùn)用這些資料？5. 這個(gè)概念是怎樣得出來的？推導(dǎo)定理、公式的思路怎樣，其關(guān)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(jié)論又會(huì)發(fā)生什么變化？怎樣修正？通過以上六個(gè)方面的思考，就完全可以使思維由枯竭、堵塞狀態(tài)變?yōu)榛钴S、流暢的狀態(tài)。

七、質(zhì)疑探究法

這是通過對(duì)學(xué)習(xí)材料的質(zhì)疑而加深對(duì)知識(shí)理解的一種思維方法。學(xué)習(xí)過程實(shí)質(zhì)上就是不斷提出問題和解決問題的過程。只有質(zhì)疑才會(huì)有思考。多疑、多思才會(huì)有所長(zhǎng)進(jìn)，有所突破。問題是，疑從何來？這是許多學(xué)生掌握這種思維方法的難點(diǎn)。實(shí)際上能否提出問題與是否積極思考及思維方式有關(guān)，而所提出問題的水平又與思維的水平有關(guān)。因而，在學(xué)習(xí)過程中，首先，要有質(zhì)疑意識(shí)，不回避疑難，主動(dòng)尋找疑問，不為現(xiàn)有結(jié)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(duì)產(chǎn)生現(xiàn)有結(jié)論的背景條件進(jìn)行多種設(shè)疑篩選，善于抓住問題的關(guān)鍵，適時(shí)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(chǔ)上，進(jìn)一步解放自己的雙手，盡可能多做實(shí)驗(yàn)，使自己的思維有足夠的時(shí)空任其馳騁，為創(chuàng)造性火花的迸發(fā)創(chuàng)造良好的氛圍。

（作者單位：江蘇省南京市臨江高級(jí)中學(xué) 210000）endprint