转变思维方式 学好高中物理
2010年05月20日 08:27
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许多同学反映高一的物理怎么这样难，上课能听懂，作业却不会做，同初中的物理完全不同。在学习过程根据中学生的思维特点，掌握学习物理的方法，就能较快适应高中物理的学习。
在整个中学阶段，学生的思维能力迅速发展，其抽象逻辑思维处于优势地位。因此，中学物理学习应遵循思维发展的规律，着力培养思维能力，掌握研究物理的思维方法。
一．建立合理的物理模型和理想化过程——科学抽象法。
合理的物理模型和理想化过程是抽象思维的产物，是研究物理规律的一种行之有效的方法。比如，研究物体的运动，首先要确定物体的位置。物体都具有大小形状，运动的物体，各点的位置变化一般是各不相同的，所以要详细描述物体的位置及其变化，并不容易。但在一定条件下，把物体抽象为质点，忽略物体的大小形状，问题就简单了。如在平直公路上行驶的汽车，车身上各部分的运动情况相同，当我们把汽车作为一个整体来研究它的运动，就可把汽车当作质点。引入物理模型，可以使问题的处理大为简化而又不会发生太大的偏差。对于比较复杂的研究对象，可以先研究它的理想模型，然后对研究结果加以修正，即可用于实际事物。例如，忽略分子的体积和分子之间的相互作用的理想气体是不存在的，它只是实际气体在一定程度上的近似，对于高温低压下不易液化的实际气体，如氢、氧、氮、氦气和空气等，在常温常压下就可看成理想气体，这样处理误差小，应用简便。“理想气体状态方程”的导出就是把空气当作理想气体，然后在一定条件通过实验观察、研究气体状态变化时，压强、体积、温度三个参量之间的关系，从而得出在不同条件下理想气体的三个实验定律，即玻—马定律、查理定律和盖·萨克定律，再运用逻辑推理和数学方法进行综合，总结出理想气体的状态方程。在常温、常压下，用理想气态方程处理实际问题，带来的误差小且非常简单。但对高压、低温条件下的气体就不适用了。不过，从分子的引力和斥力两方面对理想气体状态方程加以修正、推广，得范德瓦耳斯方程即可应用于实际气体了。
高中教材中，要建立大量的物理模型，如“质点”、“单摆”、“理想气体”、“点电荷”、“核式结构”等都是理想模型，还有大量的理想化过程，如“匀速直线运动”、“简谐振动”、“等压变化”、“绝热变化”、……这就要求同学们反思在初中物理学习过程中了解，建立合理的物理模型和理想化过程，对于学习和研究物理问题的重要性，要提高学习这种方法的自觉性。在学习物理知识的同时，关注处理较复杂的物理问题时采用的具体分析、合理简化、科学抽象的方法，有利于思维能力的培养，以免接触到理想模型时感到陌生，或认为是凭空想象的。
理想实验也是物理学中一种特殊的科学思维方法，它是在系统的观察与实验的基础上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，对实际过程作出更深入的逻辑分析和抽象的一种方法。如伽利略的斜面实验和自由落体实验。初中学习伽利略的斜面实验，目的不是单纯地让同学们了解惯性定律发现的历史，关键是使学生懂得逻辑推理和理想实验相结合的研究方法：①从用力推小车，小车运动，停止用力，小车还能继续运动的感性认识出发，分析得出，运动着的物体，若不受外力作用仍要作直线运动，初步突出了物体不受外力作用仍能保持原来运动状态的本质联系。②用毛巾铺在斜面下端的水平木板上，让小车从斜面滑下，它在毛巾上通过的距离很小。撤去铺在木板上的毛巾，再让小车由斜面同一位置滑下来，它在平板上通过的距离就远得多。在愈光滑的平面，小车运动得愈远。从这一事实分析得到：运动物体速度的变化是受到其它物体作用的缘故。③在以上实验事实的基础上，运用想象和推理，就可设想一个理想实验：让小车在绝对光滑的平面上运动，它不受任何阻碍作用，则它保持匀速直线运动状态。这里突出了小车这个物体不受其它物体的作用时，将保持匀速直线运动这一本质联系，而摒弃那种某一物体要受到其它物体不变的作用（即恒力作用），才保持匀速直线运动这一乍看起来合乎一般“经验”的事实。
二．对感性材料的深加工——归纳法。
归纳法是从个别事实中概括出一般规律的思维方法。它对学习和研究物理学有重要作用。许多定律和公式都是运用归纳法总结出来的。例如，高中必修课《电磁感应现象》的教学过程中，我们可以联系初中学习的阿基米德定律时的思维方法：观察实验→分析推理→归纳结论。首先做一些生动的“电磁感应”实验进行观察，获得鲜明的感性认识，然后再对各种电磁感应现象进行比较与分析，使同学们初步认识到：①闭合回路中部分导线作切割磁力线运动时，产生感应电流；②磁铁与闭合线圈作相对运动时，线圈中产生感应电流；通电螺线管（原）与闭合线圈（副）作相对运动时，闭合线圈（副）中产生感应电流；线圈（原）中的电流突然接通或断开时，闭合线圈（副）中会产生感应电流；通电线圈（原）中的电流强度大小发生变化时，闭合线圈（副）中也会产生感应电流。这些结论，都是从实验事实中抽象出来的，只分别反映了“电磁感应”现象的一个侧面，而没有反映其本质。把这些结论归纳起来，得出“穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，会产生感应电流”的结论。“磁通量的变化”并不是直观感知的对象，而是一个抽象的概念，是在大量实验的基础上抽象思维的产物。我们借助磁通量的变化，便能够形成关于电磁感应现象的相对完整的认识。
应当注意的是：初中物理强调以实验和观察为基础，在此基础上抽象出概念，归纳为规律。因为初中生的思维还属于经验型，需要感性材料作支持。高中生的思维虽属于理论型，但对一些比较抽象内容的理解上，仍需借助于一些经验型思维或形象思维，向抽象思维的更高层次的转化，来理解这些抽象的内容。这种转化在高一年段表现尤为突出。所以，高中物理学习仍要借助观察实验，但有时可以在已有知识的基础上，进行分析推理而得出结论，然后用实验来检验。因此，在高、初中不同阶段的学习，均要重视实验，通过实验获得生动具体的感性认识，在此基础上进行分析、综合、抽象、概括，从而掌握事物的本质和规律。
三．跟已知的理性知识相类比——类比法。
类比推理是人们认识事物的思维形式之一，它能帮助从已知事物的有关理论建立假说去说明新事物；用某些已知的属性来说明未知的属性，以增强说服力，使人们容易理解。例如，惠更斯把光现象与声现象进行类比，提出光的波动说，德布罗意从光的波粒二象性类比得出微观粒子的二象性原理。因此，类比也是物理教学中一种常用的方法。例如，初中“电压”与“水压”类比来说明电压的作用，即抽水机（保持）→水压→水流，类比得出电源（保持）→电压→电流。利用类比方法时要注意，类比推理得出的结论是否正确需要经过实践的验证，才能确定。如“水管中有水流动的必要条件是水管两端有水压”，与此相似“导体中有电流的必要条件是导体两端有电压”，此结论理由不充分，只能说“可能有电压”，至于是否有电压，有待于实验的验证。如果不注意推理的严密性，容易使同学们在将来的学习中滥用类比，导出不正确的结论。
学习初中物理时，同学们已熟悉并能运用类比法，高中物理学习时则应根据已经熟悉的类比法，来处理课本中的重点、难点问题。例如，把电场类比于重力场、电势差类比于高度差、电势能类比于重力势能，就比较容易理解“电势差”与“电势能”两个难点。同样，电容器的电容是一个比较抽象的概念，若把电容器跟盛水的直筒容器比较，水量相当于电量，水深相当于电势差。。不同的直筒容器使它们的水面升高
中学生的思维具有阶段性和连续性，初、高中阶段各有其典型的思维特征，而其特征并非截然分开的，高一阶段蕴含大量初中阶段的思维特点，初三阶段产生高中阶段的思维特点。因此，高中物理学习过程中要学会利用初中物理学习的一些思维方法，并注意加以提高和发展。
总之，根据初、高中学生的思维发展规律，高中物理学习要重视掌握、运用研究物理的思维方法。只要思维方法学会了，高中物理学习的困难就会迎刃而解。
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