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物理教学应重视形象思维的运用
物理教学应重视形象思维的运用文/王青心
摘 要：教学中发现学生很难把实际问题转化为形象化的物理模型，暴露了学生的形象思维能力的缺乏。总结了形象思维在物理教学中的应用，并阐述了具体的实践，帮助学生形成正确的物理形象，培养学生运用物理形象思维思考问题的习惯。
关键词：形象思维；物理教学；实验教学
一、教学中遇到的问题引发的思考
近几年浙江省高考理科综合物理命题方向趋向于理论与实际相结合的问题，如2013年理综卷第25题，这类题打破了过去那种建立在理想化模型基础上的命题思想，用情景、问题、知识、方法考查学生的能力。而对这些问题我们的学生得分并不高，究其原因，题目看不懂，确切地说是图形看不懂，对生活中的实际问题很难转化为物理模型。
赵凯华先生在《我国赴美物理研究生考试历届试题集解》的序言中写道：“在我们教学中，同一物理问题，既可以把原始的物理问题提交给学生，又可以由教师把物理问题分解或抽象成一定的数学模型后提交给学生。习惯于后一类问题的学生，在遇到前一类问题时，往往会不知所措。”赵凯华先生提的这一问题也正是我们学生碰到的问题，笔者分析，原因主要是教师在平时教学工作中对思维认识的片面性所导致思维培养的偏颇，即重视抽象思维，忽视形象思维的培养，导致许多学生在解决物理问题时习惯数学计算，缺少画图的意识或者不会画图，这种情况下许多问题就会成为学生的一种思维障碍，特别在处理实际问题时学生的表现更为明显。
可见，从题目转化为图像的过程是形象化的物理模型建立的过程，思维跨越是很大的。在这过程中形象思维起了非常大的作用，因此，在平时教学过程中对学生的形象思维能力的培养是很有必要的。
二、从物理学发展的角度看形象思维的作用
钱学森先生认为：“人认识客观世界，首先是用形象思维，而不是抽象思维，比如，小孩子的思维也是从形象思维开始，然后到抽象思维的。科学家们面对问题的思考，也不总是严密地按照一步一步的逻辑顺序进行的，有时跳跃的直觉思维在他们的发明创造中起来关键性的作用。”从我们高中物理教材中发现，科学发现中有很多事实与形象思维密切相关。如，伽利略的自然科学本质观点是实验科学，观察和实验是科学真正的出发点，特别强调定量的实验研究，并运用数学语言来概括和总结实验规律，在理论建立的过程中，他的思想实验或理性推断都是用了想象化的图景来进行的。例如，他对亚里士多德自由落体规律概括的否定，他设想用一根绳子把两块重量不同的物块绑在一起，然后再将其自由下落，那么将以多大的速度下落呢？借助这形象化的图景，并运用了逻辑的力量推翻了亚里士多德重的物体比轻的物体下落快的观点。又如，牛顿发现万有引力定律之后，他又思考，重力的作用是否可以延伸到月球所在的地方呢？如果能，那么月球为什么不像地面附近的物体那样在重力的作用下向地球坠落呢？因此他设计了一个形象化的思想实验图：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远。如果速度足够大，物体就不再落回到地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。可见牛顿也是用形象化的图形来完成的。又如，在研究电磁场中法拉第不但提出了场的概念，而且直观形象地描绘了场的清晰图像。他用电力线和磁力线形象地描述电场和磁场。(www.fwsir.com)力线密的地方场就强，力线疏的地方场就弱，力线上每一点的切线方向表示场强的方向，使物理学深奥的原理变得如此简单形象和容易接受。
爱因斯坦说过：“我思考问题时，不是用语言进行思考，而是用活动的、跳跃的形象思维进行思考。”形象思维作为一种创造性思维，它的重要性和表现形态从物理学史的角度在我们教材中给予较为系统的阐述和分析，使我们对形象思维在科学方面，特别是物理学中的地位和作用有一个更深更全面的了解和认识，从而为科学和教育工作者们提供一些有价值的参考。
三、形象思维在物理教学中应用实践
1.形象思维在新课程教材中的应用
近年来，人们越来越多地认识到形象思维的重要性，物理教材中与形象思维有关的素材越来越丰富，新教材采用了大量的图片，这些图片直观、真实、风趣地向我们说明了也许很多文字才能说明的科学道理，对于我们的表象储备和概念理解有很大帮助。一些演示实验、STS也是以图片的形式出现在教科书上，如，“曲线运动”这一章中，用砂轮打磨下来的微粒飞出的方向研究曲线运动速度的方向；用汽车转弯来研究离心运动的危害等与实际生活相关的例子就是以图片来说明的。这些栏目的采用，在一定程度上都促进了学生形象思维能力的养成与提高。“说一说”“做一做”“STS”等栏目的采用促进了学生对知识的理解，锻炼了学生的动手能力、语言表达能力和理论联系实际的能力，最重要的是极大地培养了学生的思维能力。
2.形象思维在课堂教学中的应用
物理学是一门集观察、实验和物理思维于一体的科学。在长期的发展过程中形成了系统严密的研究问题和解决问题的方法，其中笔者认为画图分析方法无论在解决问题还是在培养学生思维能力上都起到了极其重要的作用。
（1）运用形象思维促进学生对物理概念、规律的理解和掌握
在物理教学中，学生对某些物理概念和规律是很难理解和接受的。往往只能根据教材中的叙述，通过教师的讲授，似懂非懂地记忆，真正应用这些物理概念和规律时，就很难把握其本质，经常只能跟着感觉走。如果教师能引导学生通过日常熟悉的现象去用形象的图形描述它或进行物理情景的联想，往往能收到很好的效果。
案例片段1:在瞬时速度概念的教学过程中，学生第一次很难接受极限的思想与方法，因为可复习匀速直线运动位移时间图象，进而用图象比较平均速度与瞬时速度。平均速度的几何意义：在位移时间图象中，图象中两点之间割线的斜率表示这两点之间时间内的平均速度。瞬时速度的几何意义：在位移时间图象中，图象在某点的切线的斜率表示在该时刻物体的瞬时速度，这样的教学设计可以让学生从图象中自然地得出平均速度与瞬时速度之间的区别与联系，为后面理解平均加速度与瞬时加速度等教学都埋下了伏笔。
案例片段2:在研究电源、电动势的概念时，教材中所述：电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。我们可以画一个抽水机工作图，将低处的水抽到高处来增加水的重力势能，又可以进一步说明不同的抽水机抽水的本领不同，这样可以让学生很形象地理解电源和它的特性（电动势）。
（2）形象思维在实验教学中的应用
教师在教材的探索性实验中，让学生自己设计并完成实验，让学生在亲自操作中更细心、全面地观察物理现象，体验物理规律的奥妙。探索性实验是在较高层次上培养学生实验能力的一种实验形式，它没有给定的实验器材，更没有规定的实验步骤，这些都需要学生自己预先设计，形象思维在这里就显得更加重要。学生根据实验的目的要求，构思实验方案，选择实验器材，并要将实验过程在头脑中像过电影一样显示一遍，以便确定实验方案的可行性，确保实验的成功率，提高实验效率。
案例片段3:研究电磁感应现象
目的：研究产生电磁感应的条件和判断感应电流的方向
让学生课前思考：需要的仪器，电路的设计。（让学生在头脑里显现出画面）
实验中讨论：如何使感应电流大小增大的方案？（让学生交流、想象，最后去实施）
（3）形象思维在习题教学中的应用
物理习题是实际物理问题、物理现象的科学简化、科学抽象和理想化模型。物理习题的教学是通过习题解答，对解决实际问题的一种模拟演习，是中学物理教学中培养能力、开发智力的重要途径和手段，形象思维是正确分析、把握物理问题的依据。然而，目前学生普遍缺乏运用物理形象思维的习惯，他们常常只习惯用公式去讨论问题，得出一些数学结论，而不习惯运用物理形象去思考现象或过程的本质。因此，在物理习题教学中，教师可以采取这样的教学策略：①在讲解例题时，教师应先引导学生通过对问题信息的知觉来想象问题情境，揣测物理变化的趋势，同时在纸上画出示意图或受力图、光路图、电路图等草图，并在草图上标明各个过程、状态的物理量；②要求学生根据已画出的详细情境图，理性地分析各过程、状态的特征，将这些特征与大脑已有的规律表象对应起来，寻找适合的规律解题；③让学生运用物理概念、规律进行推理和演算，得出定量的结论。
新课程改革的最终目标要求教师必须一开始就要注重学生的思维能力，特别是学生的形象思维能力的培养和发展。我们教师都要有强烈的意识，紧紧抓住学科特点，将形象思维应用贯穿于整个物理教学过程的各个环节，不论是概念教学、规律教学，还是习题教学，努力挖掘和发挥教材中的过程图景、理想化图景、几何图景以及图形表象等，创设条件激发学生运用形象思维的兴趣，锻炼学生画图分析的能力，强化学生运用形象思维的习惯，让学生的能力在运用中获得锻炼，实现学生的全面发展。
参考文献：
[1]赵凯华。CUSPEA与我国物理教学：《我国赴美物理研究生考试历届试题集解》代序[J].物理教学，1986（02）。
[2]林金辉。大学生的形象思维与创造[J].煤炭高等教育，1995（01）。
[3]闫晋峰。在物理教学中培养学生的形象思维能力[J].太原城市职业技术学院学报，2004（S4）。
[4]张敏。物理形象思维能力培养的问题与对策[J].物理教师。2006（02）。
（作者单位 浙江省金华市艾青中学）
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