物理思维在实验中的形成

李娜

摘 要：学习物理的过程对学生的思维发展至关重要，思维决定行为，行为影响结果。关于物理思维以及人类思维的共性进行阐述，在实验中物理思维的特点和形成过程进行说明。

关键词：思维；思维特点；物理教学；物理思维过程；测量性实验；探究性实验

一、思维

是人脑对客观事物的间接反映，是借助于已有的知识和经验，来推测未知的事物。它探索与发现事物的内部本质联系和规律性的高级认识阶段。

二、物理思维

是建立在物理实验之上通过概念的建立，规律的发现逐渐形成的。与一般的思维之间既存在共性也有个性之分，更具有现实意义。

三、物理思维在教学中的体现

1.模型法：事物是纷繁多样的，作为研究对象的事物要抓住主要特征忽略次要特征形成抽象概括化的理想模型，这是人脑对思维的加工过程思维形成的过程也是思维的一种形式。

2.逻辑推理：在物理教学中的真空罩实验，随着空气的抽出，铃声越来越小，推理当没有空气既真空时还会听到铃声吗？通过已知事物对未知事物的判断即思维的方式。

3.类比法：水管中的水流类所受的阻力，类比导体中的电流。通过对事物的相似性进行比较分析得出共性的问题属于思维的辩证。

4.控制变量：被研究的对象影响因素多个，要研究的问题是被研究的对象与其中一个因素关系，就要控制其它因素不变，这是思维的辩证。

5.转换法：转换的思维是将不好进行观察的实验现象或结论通过另一种形式表达出来，属于思维的转换。比如焦耳定律中通电导体产生的热量的大小通过温度计示升高温度的变化来表示。另外还有用手按玻璃瓶观察力可以使物理的形状发生改变，因为形变微小用液柱上升的高度来判断形变的大小。

6.等效替代法：等效电阻，力的合成，它们的效果相同，这本身就是一种物理思维，把复杂对象抽象简单化。

四、思维的特点

1.多阶性。一个物理问题的提出到最后的解决，可能有许多个环节，许多个步骤这些问题所经历的过程也是思维的过程既由分析到综合。

2.多面性。许多物理问题的处理，并不只有一种方法途径。同一个问题，从不同的方面出发，用不同角度处理，都可以得到同一个结果这也体现了思维的发散性。

3.创造性。人们具有能从常规、呆板或带有偏见色彩的思维方式中解脱出来，逃脱以往的思维定势，把思维从曾经历过的路上转移开来，以探求新的解决办法，新的途径去解决问题。

4.表述的多样性。物理问题的表达方式也是多种多样的。例如表述物理规律，可以用文字表达，也可以用公式表示，还可以借助于画图像。这些都称之为物理的语言，物理语言的种类有很多表述也有很多种方式，这些都需要思维的转换，通过适当的思考翻译以及简单的处理。

5.思维的转换。物理模型和数学模型的转换是最常见的。物理知识的掌握有时需要借助数学的理论，我们要能够在不同学科之间思维进行切换。

6.猜想与验证。思维过程一般分为四步，即发现问题、认清问题、提出假设、验证假设得出结论。其中这与我们实验环节的7个步骤是完全符合的，学科探究符合人类思维的过程，对认识事物了解事物本身提供了一个良好的前提铺设。验证的结果也提高了人们认识的程度，思维更加得具体。验证结果有直接验证和间接验证它们都锻炼了学生思维的广阔性与深刻性。

7.实践性。理论指导实践是物理学科的一大特点，许多知识都是从实践中来到实践中去，从具体到抽象再到具体的这一思维过程。培养学生联系生活实际的思维品质。

五、物理实验的分类

一类为定量分析型既测量性试验；一类为定性既分析探究性实验。

（一）测量性实验

测量性实验的目的是为了测量出一个物理量结果，如物体的密度、导体的电阻等等。根据实验的要求和现实测量器材的限制，又可以分为直接测量和间接测量两种。（1）直接测量：一般比较简单，限于在生活中或是实验室中能够找到直接测量这个物理量的测量工具。在初中物理中能够直接测量的物理量有：长度的测量使用的测量工具为刻度尺；温度的测量使用的测量工具为温度计；质量的测量使用测量工具为托盘天平；力的测量使用测量工具为弹簧测力计；电流的测量使用的测量工具为电流表；电压的测量使用的测量工具为电压表等等。

对于这些能够直接测量的物理量而言，最重要的就是如何使用这些测量工具，在测量时如何去减小实验的误差。因此，直接测量的实验，最重要的就是测量工具的教学。（2）间接测量：间接测量是因为在生活中和实验室中没有能够满足直接测量物理量的测量工具，转而采用间接测量。如：密度的测量；速度的测量；机械效率的测量；电阻的测量；电功率的测量等等。

在间接测量中，首先要做的就是测量原理，即所用的物理公式，然后根据这个原理找出可以直接测量出来的量，确定测量工具。如测量某未知阻值的电阻原理R=U/I，一般在实验中都要求测量出三组數据。在测量性实验中，测出多组数据的目的是为了通过多次测量求平均值这种最简便可行的方法来达到减小误差的目的。但在实际的实验中，学生操作起来还是有一定的问题：对于直接测量，如物体长度的测量，只要把测出的三个长度相加求平均即可；但在间接测量中，往往学生不明白究竟哪些数据可以求平均，哪些数据不可以求平均。例如电流电压的大小求平均值没有任何意义，还有探究小灯泡的电功率也是不能求平均值的，没有任何意义。教学中应当指出能求平均值的物理量应该是固定不变的，不会受其它因素影响。

（二）探究性实验

探究性实验和测量性实验的本质不同是：探究性实验是为了通过实观察到的现象或测量出的数据处理，从而得到一个物理规律。这要比第一种测量试验对学生处理问题的能力要求要高一些，尤其是数据处理的方面。

探究实验也可以分为两种：一种是观察现象型探究实验；一种是分析数据型探究实验。（1）观察现象型探究实验：只要仔细观察实验中的现象，然后根据现象就能够总结出物理规律。例如真空铃实验，只要往外抽气，通过铃声越来越小，就可推导出真空不能传声，或者说声音的传播需要介质；还有光的直线传播。（2）数据分析型探究实验：欧姆定律，电功率与电流电压的关系。

探究型实验中，有很多的实验并不是分得那么清楚的，它会把观察现象和数据分析结合起来才能全面得出结论，比如：探究平面镜成像规律的实验中，既要观察像与物的位置及大小关系，还要测量出像与物到镜面的距离以判定像与物到镜面距离的规律。对于这一类的实验，要求学生更要具备实验的综合能力。

六、物理在实验环节中的思维过程

1.提出问题（研究的对象可能与什么因素有关）；

2.猜想与假设（可能与……与……有关）；

3.设计方案制订计划（实验的原理，步骤）；

4.進行实验收集证据（观察并收集数据）；

5.分析论证（辩证的阐述是否有关）；

6.评估（实验室否具有普遍性）；

7.交流与合作（分享实验心得）。

七、物理思维方法

1.控制变量：我们所研究的物理问题可能与多个因素有关，要想研究与其中一个因素的关系就要控制其他因素不变。比如牛顿第一定律中控制小车的初速度相同研究物体不受力时的运动情况；研究滑动摩擦力的大小与压力的大小和接触面的粗糙程度的关系；研究物体的动能的大小与质量和速度的关系；研究压力的作用效果与压力的大小和受力面积的大小的关系；研究导体电阻大小跟导体的材料、长度、横截面积的关系；研究电流与电压和电阻的关系（即欧姆定律）等等。

2.理想推理法：很多实验在现实生活中无法操作或者无法完成，我们就需要推理进行验证。例如真空罩的实验说明了声音的传播需要介质，此实验室在空气逐渐被抽出铃声越来越小推理得出完全抽干净后会发生的情况，另外该实验不能抽干净的原因教师应当阐述出来，让学生理解为何用这种物理方法。

3.转换法：有些物理量是很难测量或者难以显示需要转换一下。比如物体吸收或者放出热量的多少，我们借助温度计示数的变化进而比较热量的大小关系；小灯泡的亮暗说明通过灯泡电流的大小；通过扩散现象研究分子的热运动；电磁铁的磁性强弱可通过它吸引大头针的多少来确定。

4.等效替代法：是等效处理的一种方法，效果相同。例如合力是分力的等效替代，力的作用效果相同；串联的等效电阻。

5.类比法：两个事物之间有非常类似的地方，我们可以通过这样的类比分析得出有关的结论，比如电压的讲解引用了水压。研究电阻对电流的阻碍作用的影响因素，通过自来水管里水的流动进行类似的比对。水波类比声波。

6.理想模型法：在研究磁场的分布时，引入磁感线；研究光的传播路径和方向时，引入光线；将光滑表面做是没有摩擦的理想表面；电流表、电压表也是一种理想模型，在实际应用时，电流表的内阻为零欧，电压表的内阻无穷大。杠杆的质量不计且不会弯曲也是理想模型。

7.图像法：将结果进行描点处理，比如：研究固体的熔化和凝固过程；研究水的沸腾过程的特点；研究同种物质质量与体积的关系；研究重力与质量的关系。

参考文献：

[1]心理学[M].人民教育出版社.

[2]物理教材（教科版）[M].

（作者单位：哈尔滨市双城区青岭中学）