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1、论高中物理的思想方法与物理哲学黑龙江省牡丹江市教育教学研究院宋鹏一、什么是“思想方法”和“物理哲学”有人认为“思想方法”包含“思想”和“方法”两个层次的概念，也可。其实无非是两个层次的概念：较上位的是理念、哲学层次的，本文称其为“物理哲学”。较下位的是方法、技巧层次的，因为一些方法和技巧带有很强的思想性，而且这些思想性问题不单单只在物理学科中用到，其他学科也常用，所以本文称其为“思想方法”。例如“隔离法”，是处理物理问题中常用的重要思想方法。其中用到了“凸显对象、淡化其它”的思维技巧，把“研究对象”从问题中突出出来，把“其它外围”的东西淡化或者滤掉。有的教师在教学中画图时，用白色的粉笔画“研究
2、对象”，用另一种颜色的粉笔画“其它外围”的东西。也有的教师，干脆只画“研究对象”，“其它外围”的东西一概略去不画。所谓的思想方法，是指在处理物理问题中所用到的具有条理性、抽象性、解析性、技巧性的思维方法与技巧。它的条理性，表现为它是严谨和规范的。它的抽象性，表现为它具有提升和精炼思维的作用。它的解析性，表现为它具有启发和解释问题的作用。所谓技巧性，表现为它具有简化和方便的作用。思想方法本身，是主观的，能反应人的思维质量和思维技巧，带有很大的个性倾向，与个人的风格和思维习惯相关，可以个人独创。但一些好的思想方法，被多数人认可，可以共享。再如“物体的运动是否需要力来维持？”这不单单是知识性问题，它
3、涉及到人平时生活中的观念甚至是处事哲学。不懂物理的人，往往被错觉所左右，如亚里士多德那样的伟人都如此。就是现在的学生，并不受亚里士多德的直接影响，但却有亚里士多德一样的认识。以致有的学生一方面能机械的做着牛顿第二定律的简单题，另一方面却又违背牛顿第一定律。这样的学生一旦碰到比较复杂的题则“一定”做错，其实还是牛顿第一定律的哲学问题没有解决。看来，牛顿第一定律的地位，要远远高于“单纯知识性”的牛顿第二定律的地位。所谓的物理哲学，是指由于物理知识本身的深刻性而打造出的人的思考问题的观念和逻辑定式，甚至是看待问题的情感、态度。说到哲学的概念，绕开学术上深奥的解释（其实也没有确切的定义，似乎对它的理解
4、，只可意会不可言传。教师们没时间也没有必要去雕琢专业的学术概念），通俗的讲，其实就是指人所信奉的某种观念。物理哲学，是人的意识对客观实际的正确反应，它具有客观性。二、学习“思想方法”和“物理哲学”的意义学习“思想方法”和“物理哲学”，一方面对于学习物理知识本身意义重大。另一方面，对于学生的能力提高，对于学生综合素质的形成都有深远的意义。1激发兴趣，产生快乐高中学生对物理的学习，不存在“因为缺少学习时间所以成绩差”的因果关系，很多学生也不存在“因为脑子慢所以成绩差”的因果关系。凡是成绩好的学生，特别是成绩极好的学生，都是对物理的兴趣浓，学习中产生快乐。以前有人说男孩子物理好的多，其实是以前男孩子
5、对物理感兴趣的人多男孩子在儿童时期的游戏特点（追求刺激和竞争、喜欢创造和探索），造就了男孩子的兴趣特点男孩子就喜欢探究客观奥秘。就是女孩子，也有物理学的很好的，追踪其原因会发现，这样的女孩子在儿童时期就形成了与男孩子一样的性格和爱好。物理知识一般来讲是枯燥的，而一旦钻入其思想方法和物理哲学的境界，将对其产生极大的兴趣。现在人们生活特点的变化以及各种综合因素的原因，使女孩子与男孩子儿童时期的环境特点拉近，所以就课堂上的表现来看，女孩子不逊色于男孩子，也不像过去物理好的多数是男孩子了。那么，进入学生时代，特别是进入高中，如何能保持对物理的兴趣，关键就是能否在“思想方法”和“物理哲学”层面上去学习物
6、理。若不上升到这个层面上学习，物理的知识本身会给学生以“枯燥无味”的感觉，没有了色彩，没有了生气，进而也就没有了对物理的感情。而“思想方法”和“物理哲学”犹如调味剂，它能把学生带到快乐学习的境界之中。2是学习物理知识的必要工具特别高中物理：用力学，也只能学的一般，用心学，才能学的优秀。所谓用力的学，可理解为单纯的、机械的学知识，那么用心的学，则是学思想方法、学物理哲学。思想方法、物理哲学是由于物理知识深刻性的引发，而升华到“方法”、“哲学”层面上的认识。在此层面上学习物理，回头看一些具体的物理知识层面的问题时，会有“居高临下”的感觉，能给物理规律以更深刻、更准确的理解，以致提高人看问题的敏锐性
7、和正确性。物理学与哲学可以说是同系一个源头，很多哲学思想来源于物理学科内容，一些哲学思想的形成和发展，起始于物理规律的发现。就是思想方法的问题也是与物理知识交织在一起是分不开的，甚至二者没有明显的界限。爱因斯坦的相对论就是从哲学的角度来揭示物理规律的，是哲学思想向物理学延伸的最好例证。波粒二象性、量子理论、热力学第二定律等内容，与思想方法、物理哲学交融在一起。特别是高中物理里面有些知识体系本身是比较深奥和复杂的，对于高中学生，要求系统掌握是不现实的。与其说在高中向学生介绍这些知识，还不如说是在向学生渗透这些知识之中的思想方法和物理哲学。3提升抽象思维能力有人说“物理好的人，讲起数学来，条条是道
8、”、“数学好的人，在学习物理上也占优势”，还有人说“过一定时间所忘了的东西是知识，没忘的就是能力”，这些话都有一定的道理。这说明，在思想方法和物理哲学层面上学习物理，收获到的不仅仅是知识，而且提升了思维能力。所谓的打造“物理人”、“物理头脑”，其实是在打造他的思想方法和物理哲学头脑。笔者有个观点：“极端地强调教学的形象化、直观性，是不冷静的，片面的”。来自落后地区的学生，与条件比较好的城市学生比较，如果中考成绩一样，很可能落后地区的学生更有发展，因为他抽象能力强。而那些条件好的城市孩子在课堂上，老师用的多媒体三维动画等教学手段，把孩子抽象思维的锻炼机会给剥夺了。现在孩子的空间想象能力普遍差，可
9、能是因为现代的教学手段太方便了，看来，先进的教学手段也是双刃剑。高中物理的学习，更主要的是抽象和理性的思维形式，它是以“演绎推理”为主线的大量程序性知识的学习。高中物理的内容，很多是比较大块的知识体系，是很严谨的抽象思维的产物。如果说初中物理是用“抽象思维形象化”来降低难度，那么高中物理则是“形象思维抽象化”的锤炼人脑的过程。这“形象思维抽象化”，是学习高中物理的工具，也是学生将来学习和工作的法宝，是学生重要的能力之一，是高中学生必修的课程。初中常常进行“举三反一”的归纳推理的学习，而高中更多更主要的是“举一反三”的演绎推理的学习。初中常常“品尝”问题的滋味而回避问题的难点，高中却要迎着困难“
10、知其所以然”。4提高人的综合素质，使人更加崇高起来打造智慧，反过来更会学习，学习了丰富的知识，使人更加智慧。这种良性的循环，又渗透在其他领域，而且，使人更加提高了学习的兴趣，热爱学习。这样，使整个人更加崇高起来、智慧起来。大多数家长们都知道“应该让孩子上高中，有好处”。若问孩子上了高中，所学的那些知识以后能用到多少？可能回答是否定的。但大多数的人都知道上了高中的“人群”比不上高中的“人群”素质好，当然，上了大学，更好。显然，使人素质好，或者使人崇高起来的，并不一定是所学知识本身的影响，而是被那些方法和哲学所熏陶了的结果。三、高中教学中的思想方法问题举例1微元法与极限法它本是高等数学中的知识领域
11、问题，但在高中物理中只是思想方法领域的问题。在高中也根本不可能把具体知识体系教给学生，但作为思想方法，它的地位反而更高。虽然对问题的分析都是定性的，却反应了思维的质量和深度。在处理匀变速直线运动的位移、瞬时速度，曲线运动速度方向、万有引力由“质点”向“大的物体”过渡、变力做功，等等，要大力向学生渲染这种思想方法。2隔离法除前面提到的对物体系统进行隔离的例子，还有对问题的过程或问题性质进行隔离的思想方法问题。例如我们把电源隔离成无阻理想电源和电阻串联的两部分；把碰撞问题分隔成纯粹碰撞阶段和纯粹运动阶段很多教师说“碰撞瞬间完成，还没来得及运动，忽略其位移”，其实这话不严密：不是没位移，而是把位移成
12、分（哪怕很微小的位移）在运动阶段中体现了。再如，在讨论卫星运行中的变轨问题时，往往分隔成变速、变轨，再变速、稳定在另一轨道等等几个理想段，实际中这些过程并不是界限分明分阶段进行的，而是交融在一起、伴随在一起的。隔离法的运用，不是忽略了什么，也不是允许了什么误差，而是思维的一种方法与技巧。运用这种方法，研究的结果是精确的。3忽略次要因素思想很多学生在讨论问题时，有两个误区：一是看问题不全面，类似的如电路中的功率等于电压与电流二者的积，电压增大为原来二倍时，有的学生就说功率就变为原来二倍；二是不知道多个因素影响中，需要忽略无穷小的和次要的因素。例如随温度的增加导体的电阻究竟增加还是减小？再如在研究
13、光学的成像时不用考虑色散、在研究干涉问题时不考虑衍射影响、在研究声速时不考虑温度影响等。对此，应该让学生归纳出理性化的思绪：第一，精确度方面。例如，研究铁球的自由落体运动，不做精确测量时，不考虑空气阻力。但要进行精确研究，即便下落的是铁球，也要考虑空气阻力。第二，在关注点方面。例如还是铁球下落，看你关注的是什么。如果你关注的是空气阻力影响，就不能忽略空气阻力。再如一个物体既有平动又有转动，当关注平动时就忽略转动，当关注转动时就忽略平动。第三，为了思维推演的简化，认可一定的误差存在。例如在研究理想气体时，忽略分子体积。4单位制中的思想方法单位制的统一，也存在思想方法问题。例如，教师可以大讲特讲以
14、前的单位制多么的混乱、讲讲各个国家及各个地区用的单位的不同有多麻烦、说说我们国家以前的教材“力”和“质量”单位都用“千克”给学生的学习带来多大的困惑，讲一下美国1999年发射的火星探测器失踪就是因为单位换算错误造成的，讲讲为了避免麻烦国际上多次开会进行单位制的统一等。让学生换位思维，你是世界知名科学家你感觉是否有必要统一单位制？在这些渲染和铺垫下，再展开国际单位制的概念，其中有主单位，有大大小小的换算单位，有几个基本单位，有几十、几百个的导出单位等。甚至给学生渗透点“量纲”的内容也未尝不可。5理想化模型高中物理的重要特点就是理想模型用的多。对理想模型的概念，要让学生明确三点：概念、特点、目的。
15、如质点，概念：有质量的几何点；特点：有质量，无尺寸，现实中不存在，假想的，虚构的；目的：用它代替现实中的实际物体，使问题难度降低和容易表述。对于学生，某一理想模型定义的本身并不重要，而人们之所以要引入它的目的却十分重要。如无内阻的理想电源、理想气体、光滑表面、点电荷、磁感线等等，在教学的应用中要经常让学生体会和感受它的目的性，更要让学生知道，这种思维方法是简捷的、高明的。对理想模型运用的意义有二。第一，是抽象思维训练的重要方法。这种训练，有个循序渐进的过程，就像语文课上背诗词一样，是个逐渐熏陶而成的过程。第二，是解决实际问题的基础。实际问题是复杂繁琐的，不能直接研究，必须先从理想模型入手，再向实际问题过渡。例如，研究理想气体是研究真实气体的第一步。也有一些物理量，是从理想模型角度引入的。例如，磁通量的引入，纯粹是为了思维上的方便而先入为主引入的，不免有些理想模型的味道。再如平均速度、电压有效值等等一些概念的引入，完全是为了人的主观思维需要，而且是理想化了的模型。6代换法力的分解与合成、交流电的有效值、理想无阻电源与内阻的串联等，是用到了代换法思维。用质点代替实际物体、把平抛用两个直线运动代替、用一个字母
