轉變思維方式學好高中物理

許多同學反映高一的物理怎麼這樣難,上課能聽懂,作業卻不會做,同初中的物理完全不同。在學習過程根據中學生的思維特點,掌握學習物理的方法,就能較快適應高中物理的學習。

在整個中學階段,學生的思維能力迅速發展,其抽象邏輯思維處於優勢地位。因此,中學物理學習應遵循思維發展的規律,著力培養思維能力,掌握研究物理的思維方法。

一.建立合理的物理模型和理想化過程——科學抽象法。

合理的物理模型和理想化過程是抽象思維的產物,是研究物理規律的一種行之有效的方法。比如,研究物體的運動,首先要確定物體的位置。物體都具有大小形狀,運動的物體,各點的位置變化一般是各不相同的,所以要詳細描述物體的位置及其變化,並不容易。但在一定條件下,把物體抽象為質點,忽略物體的大小形狀,問題就簡單了。如在平直公路上行駛的汽車,車身上各部分的運動情況相同,當我們把汽車作為一個整體來研究它的運動,就可把汽車當作質點。引入物理模型,可以使問題的處理大為簡化而又不會發生太大的偏差。對於比較複雜的研究對象,可以先研究它的理想模型,然後對研究結果加以修正,即可用於實際事物。例如,忽略分子的體積和分子之間的相互作用的理想氣體是不存在的,它只是實際氣體在一定程度上的近似,對於高溫低壓下不易液化的實際氣體,如氫、氧、氮、氦氣和空氣等,在常溫常壓下就可看成理想氣體,這樣處理誤差小,應用簡便。“理想氣體狀態方程”的導出就是把空氣當作理想氣體,然後在一定條件通過實驗觀察、研究氣體狀態變化時,壓強、體積、溫度三個參量之間的關係,從而得出在不同條件下理想氣體的三個實驗定律,即玻—馬定律、查理定律和蓋·薩克定律,再運用邏輯推理和數學方法進行綜合,總結出理想氣體的狀態方程。在常溫、常壓下,用理想氣態方程處理實際問題,帶來的誤差小且非常簡單。但對高壓、低溫條件下的氣體就不適用了。不過,從分子的引力和斥力兩方面對理想氣體狀態方程加以修正、推廣,得范德瓦耳斯方程即可應用於實際氣體了。

高中教材中,要建立大量的物理模型,如“質點”、“單擺”、“理想氣體”、“點電荷”、“核式結構”等都是理想模型,還有大量的理想化過程,如“勻速直線運動”、“簡諧振動”、“等壓變化”、“絕熱變化”、……這就要求同學們反思在初中物理學習過程中瞭解,建立合理的物理模型和理想化過程,對於學習和研究物理問題的重要性,要提高學習這種方法的自覺性。在學習物理知識的同時,關注處理較複雜的物理問題時採用的具體分析、合理簡化、科學抽象的方法,有利於思維能力的培養,以免接觸到理想模型時感到陌生,或認為是憑空想象的。初中物理雖然沒有講什麼是物理模型和理想化過程,但可以讓學生領悟到這種方法。例如,初二《連通器》一節分析連通器中的液麵為什麼相平時,首先設想在連通器下部正中有一個小液片AB(如圖),然後根據二力平衡和液體壓強公式推導出只有兩側液麵相平時,AB才不動的結論。要明確知道:合理假設→邏輯推理→驗證結論是研究物理學的主要方法之一,這對培養抽象思維、空間想象力很有利。又如,分析托里拆利實驗原理時,同樣可以在管口處設想出一個液片進行研究。經過這種思維方法的訓練,同學們對《浮力》一節,分析浮力產生的原因時“假設有一個正方體完全浸沒在水裡”自然就能理解了。這樣,為高中階段學習建立理想模型作了鋪墊。

理想實驗也是物理學中一種特殊的科學思維方法,它是在系統的觀察與實驗的基礎上,抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,對實際過程作出更深入的邏輯分析和抽象的一種方法。如伽利略的斜面實驗和自由落體實驗。初中學習伽利略的斜面實驗,目的不是單純地讓同學們瞭解慣性定律發現的歷史,關鍵是使學生懂得邏輯推理和理想實驗相結合的研究方法:①從用力推小車,小車運動,停止用力,小車還能繼續運動的感性認識出發,分析得出,運動著的物體,若不受外力作用仍要作直線運動,初步突出了物體不受外力作用仍能保持原來運動狀態的本質聯繫。②用毛巾鋪在斜面下端的水平木板上,讓小車從斜面滑下,它在毛巾上通過的距離很小。撤去鋪在木板上的毛巾,再讓小車由斜面同一位置滑下來,它在平板上通過的距離就遠得多。在愈光滑的平面,小車運動得愈遠。從這一事實分析得到:運動物體速度的變化是受到其它物體作用的緣故。③在以上實驗事實的基礎上,運用想象和推理,就可設想一個理想實驗:讓小車在絕對光滑的平面上運動,它不受任何阻礙作用,則它保持勻速直線運動狀態。這裡突出了小車這個物體不受其它物體的作用時,將保持勻速直線運動這一本質聯繫,而摒棄那種某一物體要受到其它物體不變的作用(即恆力作用),才保持勻速直線運動這一乍看起來合乎一般“經驗”的事實。

轉變思維方式學好高中物理

二.對感性材料的深加工——歸納法。

歸納法是從個別事實中概括出一般規律的思維方法。它對學習和研究物理學有重要作用。許多定律和公式都是運用歸納法總結出來的。例如,高中必修課《電磁感應現象》的教學過程中,我們可以聯繫初中學習的阿基米德定律時的思維方法:觀察實驗→分析推理→歸納結論。首先做一些生動的“電磁感應”實驗進行觀察,獲得鮮明的感性認識,然後再對各種電磁感應現象進行比較與分析,使同學們初步認識到:①閉合迴路中部分導線作切割磁力線運動時,產生感應電流;②磁鐵與閉合線圈作相對運動時,線圈中產生感應電流;通電螺線管(原)與閉合線圈(副)作相對運動時,閉合線圈(副)中產生感應電流;線圈(原)中的電流突然接通或斷開時,閉合線圈(副)中會產生感應電流;通電線圈(原)中的電流強度大小發生變化時,閉合線圈(副)中也會產生感應電流。這些結論,都是從實驗事實中抽象出來的,只分別反映了“電磁感應”現象的一個側面,而沒有反映其本質。把這些結論歸納起來,得出“穿過閉合迴路所圍面積的磁通量發生變化時,會產生感應電流”的結論。“磁通量的變化”並不是直觀感知的對象,而是一個抽象的概念,是在大量實驗的基礎上抽象思維的產物。我們藉助磁通量的變化,便能夠形成關於電磁感應現象的相對完整的認識。

應當注意的是:初中物理強調以實驗和觀察為基礎,在此基礎上抽象出概念,歸納為規律。因為初中生的思維還屬於經驗型,需要感性材料作支持。高中生的思維雖屬於理論型,但對一些比較抽象內容的理解上,仍需藉助於一些經驗型思維或形象思維,向抽象思維的更高層次的轉化,來理解這些抽象的內容。這種轉化在高一年段表現尤為突出。所以,高中物理學習仍要藉助觀察實驗,但有時可以在已有知識的基礎上,進行分析推理而得出結論,然後用實驗來檢驗。因此,在高、初中不同階段的學習,均要重視實驗,通過實驗獲得生動具體的感性認識,在此基礎上進行分析、綜合、抽象、概括,從而掌握事物的本質和規律。

三.跟已知的理性知識相類比——類比法。

類比推理是人們認識事物的思維形式之一,它能幫助從已知事物的有關理論建立假說去說明新事物;用某些已知的屬性來說明未知的屬性,以增強說服力,使人們容易理解。例如,惠更斯把光現象與聲現象進行類比,提出光的波動說,德布羅意從光的波粒二象性類比得出微觀粒子的二象性原理。因此,類比也是物理教學中一種常用的方法。例如,初中“電壓”與“水壓”類比來說明電壓的作用,即抽水機(保持)→水壓→水流,類比得出電源(保持)→電壓→電流。利用類比方法時要注意,類比推理得出的結論是否正確需要經過實踐的驗證,才能確定。如“水管中有水流動的必要條件是水管兩端有水壓”,與此相似“導體中有電流的必要條件是導體兩端有電壓”,此結論理由不充分,只能說“可能有電壓”,至於是否有電壓,有待於實驗的驗證。如果不注意推理的嚴密性,容易使同學們在將來的學習中濫用類比,導出不正確的結論。

學習初中物理時,同學們已熟悉並能運用類比法,高中物理學習時則應根據已經熟悉的類比法,來處理課本中的重點、難點問題。例如,把電場類比於重力場、電勢差類比於高度差、電勢能類比於重力勢能,就比較容易理解“電勢差”與“電勢能”兩個難點。同樣,電容器的電容是一個比較抽象的概念,若把電容器跟盛水的直筒容器比較,水量相當於電量,水深相當於電勢差。。不同的直筒容器使它們的水面升高1釐米所需的水量不同,這與使不同的電容器電勢差增加1伏所需的電量不同相類似。這個比喻可以幫助同學們形象地理解電容的含義。

中學生的思維具有階段性和連續性,初、高中階段各有其典型的思維特徵,而其特徵並非截然分開的,高一階段蘊含大量初中階段的思維特點,初三階段產生高中階段的思維特點。因此,高中物理學習過程中要學會利用初中物理學習的一些思維方法,並注意加以提高和發展。

總之,根據初、高中學生的思維發展規律,高中物理學習要重視掌握、運用研究物理的思維方法。只要思維方法學會了,高中物理學習的困難就會迎刃而解。


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