從思維方法談初高中物理學(xué)習(xí)的銜接

每次總有學(xué)生反映高一的物理怎么這樣難，上課能聽(tīng)懂，作業(yè)卻不會(huì)做，同初中的物理完全不同。

上了高一后，學(xué)生應(yīng)著力培養(yǎng)自己思維能力，掌握研究物理的思維方法。下面我從物理的思維方法方面談?wù)劤醺咧形锢淼你暯訂?wèn)題。

一、建立合理的物理模型和理想化過(guò)程------科學(xué)抽象法

合理的物理模型和理想化過(guò)程是抽象思維的產(chǎn)物，是研究物理規(guī)律的一種行之有效的方法。比如，研究物體的運(yùn)動(dòng)，首先要確定物體的位置。物體都具有大小形狀，運(yùn)動(dòng)的物體，各點(diǎn)的位置變化一般是各不相同的，所以要詳細(xì)描述物體的位置及其變化，并不容易。但在一定條件下，把物體抽象為質(zhì)點(diǎn)，忽略物體的大小形狀，問(wèn)題就簡(jiǎn)單了。如在平直公路上行駛的汽車(chē)，車(chē)身上各部分的運(yùn)動(dòng)情況相同，當(dāng)我們把汽車(chē)作為一個(gè)整體來(lái)研究它的運(yùn)動(dòng)，就可把汽車(chē)當(dāng)中質(zhì)點(diǎn)。引入物理模型，可以使問(wèn)題的處理大為簡(jiǎn)化而又不會(huì)發(fā)生太大的偏差。對(duì)于比較復(fù)雜的研究對(duì)象，可以先研究它的理想模型，然后對(duì)研究結(jié)果加以修正，即可用于實(shí)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(shí)際氣體在一定程度上近似，對(duì)于高溫低壓下不易液化的實(shí)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(yīng)用簡(jiǎn)便。“理想氣體狀態(tài)方程”的導(dǎo)出就是把空氣當(dāng)作理想氣體，然后在一定條件通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察、研究氣體狀態(tài)變化時(shí)，壓強(qiáng)、體積、溫度三個(gè)參量之間的關(guān)系，從而得出在不同條件下理想氣體的三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律，即玻-馬定律、查理定律和氣體的狀態(tài)方程。在常溫、常壓下，用理想氣態(tài)方程處理實(shí)際問(wèn)題，帶來(lái)的誤差小且非常簡(jiǎn)單。但對(duì)高壓、低溫條件下的氣體就不適用了。不過(guò)，從分子的引力和斥力兩方面對(duì)理想氣體狀態(tài)方程加以修正、推廣，得范德瓦耳斯方程即可應(yīng)用于實(shí)際氣體了。

高中教材中，要建立大量的物理模型，如“質(zhì)點(diǎn)”、“單擺”、“理想氣體”、“點(diǎn)電荷”、“核式結(jié)構(gòu)”等都是理想模型，還有大量的理想化過(guò)程，如“勻速直線運(yùn)動(dòng)”、“簡(jiǎn)諧振動(dòng)”、“等壓變化”、“絕熱變化”、…

…這就要求學(xué)生了解到，建立合理的物理模型和理想化過(guò)程，對(duì)于學(xué)習(xí)和研究物理問(wèn)題的重要性。學(xué)生要主動(dòng)思考在處理較復(fù)雜問(wèn)題時(shí)采用的具體分析、合理簡(jiǎn)化、科學(xué)抽象的方法，這有利于思維能力的培養(yǎng)，以免學(xué)習(xí)接觸到理想模型時(shí)感到陌生，或認(rèn)為是憑空想象的。

合理假設(shè)→邏輯推理→驗(yàn)證結(jié)論是研究物理學(xué)得主要方法之一，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維、空間想象力很有利。

理想實(shí)驗(yàn)也是物理學(xué)中一種特殊的科學(xué)思維方法，它是在系統(tǒng)的觀察與實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，對(duì)實(shí)際過(guò)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(shí)驗(yàn)和自由落體實(shí)驗(yàn)。初中介紹伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)，目的不是單純地讓學(xué)生了解慣性定律發(fā)現(xiàn)的歷史，關(guān)鍵是使學(xué)生懂得邏輯推理和理想實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法：

①?gòu)挠昧ν菩≤?chē)，小車(chē)運(yùn)動(dòng)，停止用力，小車(chē)還能繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的感性認(rèn)識(shí)出發(fā)，分析得出，運(yùn)動(dòng)著的物體，若不受外力作用仍要作直線運(yùn)動(dòng)，初步突出了物體不受外力作用仍能保持原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的本質(zhì)聯(lián)系。

②如圖，用毛巾鋪在斜面下端的水平木板上，讓小車(chē)從斜面滑下，它在毛巾上通過(guò)的距離很小。撤去鋪在木板上的毛巾，再讓小車(chē)由斜面同一位置滑下來(lái)，它在平板上通過(guò)的距離就遠(yuǎn)得多。在愈光滑的平面，小車(chē)運(yùn)動(dòng)得愈遠(yuǎn)。從這一事實(shí)分析得到：運(yùn)動(dòng)物體速度的變化是受到其它物體作用的緣故。

③在以上實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用想象和推理，就可設(shè)想一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)：讓小車(chē)在絕對(duì)光滑的平面上運(yùn)動(dòng)，它不受任何阻礙作用，則它保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這里突出了小車(chē)這個(gè)物體不受其它物體的作用時(shí)，將保持勻速直線運(yùn)動(dòng)這一本質(zhì)聯(lián)系，而摒棄那種某一物體要受到其它物體不變的作用（即恒力作用），才保持勻速直線運(yùn)動(dòng)這一乍看起來(lái)合乎一般“經(jīng)驗(yàn)”的事實(shí)。

二、對(duì)感性材料的深加工------歸納法

歸納法是從個(gè)別事實(shí)中概括出一般規(guī)律的思維方法。它對(duì)學(xué)習(xí)和研究物理學(xué)有重要作用。許多定律和公式都是運(yùn)用歸納法總結(jié)出來(lái)的。例如，高中必修課《電磁感應(yīng)現(xiàn)象》，學(xué)生可以聯(lián)系初中學(xué)習(xí)的阿基米德定律時(shí)的思維方法：觀察實(shí)驗(yàn)→分析推理→歸納結(jié)論。首先在生動(dòng)的“電磁感應(yīng)”實(shí)驗(yàn)中獲得鮮明的感性認(rèn)識(shí)，然后對(duì)各種電磁感應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行比較與分析，就可以初步認(rèn)識(shí)到：

①閉合回路中部分導(dǎo)線作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電流；

②磁鐵與閉合線圈作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流；

通電螺線管（原）與閉合線圈（副）作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，閉合線圈（副）中產(chǎn)生感應(yīng)電流；線圈（原）中的電流突然接通或斷開(kāi)時(shí)，閉合線圈（副）中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流；通電線圈（原）中的電流強(qiáng)度大小發(fā)生變化時(shí)，閉合線圈（副）中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。

這些結(jié)論，都是從實(shí)驗(yàn)事實(shí)中抽象出來(lái)的，只分別反映了“電磁感應(yīng)”現(xiàn)象的一個(gè)側(cè)面，而沒(méi)有反映其本質(zhì)。把這些結(jié)論歸納起來(lái)，得出“穿過(guò)閉合回路所圍面積通量發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流”的結(jié)論。“磁通量的變化”并不是直觀感知的對(duì)象，而是一個(gè)抽象概念，是在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上抽象思維的產(chǎn)物。我們借助磁通量的變化，便能夠形成關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的相對(duì)完整的認(rèn)識(shí)。

應(yīng)當(dāng)注意的是：初中教學(xué)強(qiáng)調(diào)以實(shí)驗(yàn)和觀察為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上抽象的概念，歸納為規(guī)律。因?yàn)槌踔猩乃季S還屬于經(jīng)驗(yàn)型，需要感性材料作支持。高中生的思維雖屬于理論性，但對(duì)一些比較抽象內(nèi)容的理解上，仍需借助于一些經(jīng)驗(yàn)型思維或形象思維，向抽象思維的更高層次的轉(zhuǎn)化，來(lái)理解這些抽象的內(nèi)容。這種轉(zhuǎn)化在高一年段表現(xiàn)尤為突出。

三、跟已知的理性知識(shí)相類比------類比法

類比推理是人們認(rèn)識(shí)事物的思維形式之一，它能幫助從已知事物的有關(guān)理論建立假說(shuō)去說(shuō)明新事物；用某些已知的屬性來(lái)說(shuō)明未知的屬性，以增強(qiáng)說(shuō)服力，使人們?nèi)菀桌斫?。例如，惠更斯把光現(xiàn)象與聲現(xiàn)象進(jìn)行類比，提出光的波動(dòng)說(shuō)，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(xué)中一種常用的方法。例如，初中“電壓”與“水壓”類比來(lái)說(shuō)明電壓的作用，即抽水機(jī)（保持）→水壓→水流，類比得出電源（保持）→電壓→電流。利用類比教學(xué)時(shí)要注意，類比推理得出的結(jié)論是否正確需要經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，才能確定。如“水管中有水流動(dòng)的必要條件是水管兩端有水壓”，與此相似“導(dǎo)體中有電流的必要條件是導(dǎo)體兩端有電壓”，此結(jié)論理由不充分，只能說(shuō)“可能有電壓”，至于是否有電壓，有待于實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。如果不注意推理的嚴(yán)密性，容易使學(xué)生在將來(lái)的學(xué)習(xí)中濫用類比，導(dǎo)出不正確的結(jié)論。

高中學(xué)習(xí)時(shí)則應(yīng)根據(jù)已經(jīng)熟悉的類比法，來(lái)處理教材中的重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題。例如，把電廠類比于重力場(chǎng)、電勢(shì)差類比于高度差、電勢(shì)能類比于重力勢(shì)能，就比較容易突破“電勢(shì)差”與“電勢(shì)能”兩個(gè)難點(diǎn)教學(xué)。同樣，電容器的電容是一個(gè)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(dāng)于電量，水深相當(dāng)于電勢(shì)差。不同的直筒容器使它們的水面升高1厘米所需的水量不同，這與使不同的電容器電勢(shì)差增加1伏所需的電量不同相類似。這個(gè)比喻可以幫助學(xué)生形象的理解電容的含義。

中學(xué)生的思維具有階段性和連續(xù)性，初、高中階段各有其典型的思維特征，而其特征并非截然分開(kāi)的，高一階段蘊(yùn)含大量初中階段的思維特點(diǎn)，初三階段產(chǎn)生高中階段的思維特點(diǎn)。因此，初中物理教學(xué)要有預(yù)見(jiàn)性，高中物理教學(xué)要注意連續(xù)性。

總之，根據(jù)初、高中學(xué)生的思維發(fā)展規(guī)律，對(duì)初、高中學(xué)生和物理學(xué)習(xí)如好搞好銜接，重在交給學(xué)生掌握、運(yùn)用研究物理的思維方法。只要思維方法學(xué)會(huì)了，從初二到高三學(xué)習(xí)物理知識(shí)，自然就會(huì)水到渠成，因而銜接問(wèn)題也就自然而然地解決了。