高中物理教学中科学思维方法的应用

丁 丁

（大连育明高级中学，辽宁 大连 116023）

物理学科要培养学生的科学思维能力。新高考对于学生的学习能力和思维的要求在逐步提升，因此教师在教学中要创造性地应用科学思维方法。迁移法、类比法、结构化方法和微元法经常应用在高中物理教学中。本文通过高中物理必修和选修部分的几个具体教学内容来展现这些科学思维方法在实际教学工作中的具体应用。

一、迁移法的应用

迁移法是指一种学习对另一种学习的影响，或者已经掌握的经验对完成其他活动的影响。从学习的角度来看，迁移法其实是知识本身在学习者身上内化后，在学习未知知识时，在思想上和技能上的一种反映。在物理知识的学习中，迁移法对于解决物理问题起到了积极的作用。当学生遇到一个新的问题时，迁移法是首选思维。首先分析这道题是否是已经做过的相关类型题，如果是相关题型就找到相对应的解决方案进行处理；如果发现这类问题应用已有知识无法解决的时候，经常采取的方法是将已有的知识和技能进行改良和变化，在已有知识的基础上找到和题目的共同点，或者是将题目的一些条件进行变化，使它能够适应于已有方法。

例如，处理共点力平衡问题就经常用到迁移法。共点力平衡问题中，动态平衡问题的处理方法一般是采用画图的方法，前提是物体受力要满足有一个力的大小方向确定，另一个力的方向一定，这样我们就可以得到第三个力的极小值以及变化情况。当发现物体受到了四个力的作用而平衡时，看上去好像是不满足动态平衡模型的应用条件，但是如果运用迁移思维，将其中的两个力进行合成，就满足了处理共点力平衡问题的条件和前提，这样我们就将四个力的问题转变成共点力平衡问题，即可以采用画图的方法来进行求解。采用迁移法，可以使一些问题的解决更为简单，直观和形象。

二、类比法的应用

类比法，是一种认知与推测的方法，是对未知或不确定的对象与已知的对象进行归类比较，进而对未知或不确定对象提出猜测。如果未知的对象确实与某种已知的对象有较多的相似之处，则类比法有一定的认知价值。类比法在高中物理教学过程中有广泛的应用，物理微观的教学内容与宏观的教学内容十分适合进行类比教学。

例如在高中物理原子物理部分的教学过程中，对于氢原子核外电子的相关能量变化情况的研究过程中，我们就可以将它与天体物理中环绕天体能量的变化情况相类比。通过类比不难发现两者的相似之处：氢原子的核外电子以及环绕天体，动能都是随着轨道半径的增大而减小，电势能和引力势能都是随着半径的增大而增大，系统总能量随着轨道半径的增大而增大。这样我们就可以将微观的原子物体的教学工作和宏观的天体物理的教学工作相联系相统一，使学生形成系统的思维方式。

类比法既可以应用在物理概念和物理结论的学习，也可以应用在解题的过程中，从而获得更为直观和概括的解题思路和步骤。例如在处理动量定理和动能定理的相关问题的时候，可以采用类比的方法获得统一的解题方法和步骤，并可以更为准确地区分不同点。动量定理和动能定理相关问题所共同具有的步骤和方法是首先要明确研究对象，在此基础之上找到所要研究对象的初末状态，即描述状态的物理量速度，然后在对物体受力分析之后，进行不同点的处理。对于动量定理而言，是需要去找到每个力的作用的时间，而对于动能定理而言是需要明确各个力分别作用的位移。上面的例子从高中物理知识学习的角度和解题的角度分别阐述了类比法的具体操作。

三、结构化方法的应用

结构化的思维方法是我们为完成某一既定目标所做的系统性规划。教师可以应用这一思维方法将某一章节内的各个核心知识点进行提炼，形成框架性的结构，从而使学生对本章节内容有前瞻性地了解和把握。

这种结构化的教学策略除了在章节性的教学中可以采用外，在对一个知识点的介绍上也同样可以采用。例如我们在介绍氢原子光谱这个知识点的时候，就可以将知识点所涉及的内容用框架图表现出来（如图1 所示），将本节课的重点和难点进行有序呈现，从而对重点和难点进行逐一击破。这样可以使学生对所学的内容有更直观，更全面的认识，有助于形成更清晰的知识体系和脉络。学生在完成结构性框架图的过程中积极参与，能够增强自身学习信心，大幅提升核心素养。

图1 氢原子光谱结构性框架图

这种结构化的思维方法可以帮助学生形成相对完整的知识单元体系，有助于学生形成科学的物理观念和创造性思维，树立正确的科学态度，为今后的学习提供有力的支撑。

四、微元法的应用

微元法是分析、解决物理问题中的常用方法，也是从部分到整体的思维方法。用该方法可以使一些复杂的物理过程用我们熟悉的物理规律迅速地加以解决，使所求的问题简单化。微元法是物理教学过程中经常会用到的物理方法。例如，教师在对电磁感应中动量相关问题的教学中，微元法的应用起到了至关重要的作用。利用微元法，动量定理中安培力的冲量就可以将速度在时间上进行累积，从而得到物理走过的位移，将状态量与过程量相对应，使复杂的问题简单化。

但是由于学生在数学知识上的局限性，对于微元法的理解可能还不是很深刻，所以教师可以引入一些数学物理方法来将这种微元的方法数值化。例如，可以利用Fortran 语言编一个小程序，通过计算机的运算得到一系列连续的数值，在得到数值的基础上采用作图软件画出对应的图像，从而在数值上对这种微元法进行证明。这样可以激发学生的学习兴趣，开阔学生的眼界和思维，使学生产生更多富有创造性的想法。

科学思维方法不仅可以提高学生学习的效率，使学习更系统化和精确化，还可以提高学生自我学习能力，提升学生的科学素养，对于学生未来的学习和生活起到至关重要的作用。因此教师的教学要重视对学生科学思维的培养，采用最为合适的教学方法和教学策略为学生打下最坚实的基础，形成最深厚的积淀。