物理中四个基本“思想方法”教学引发的思考

中学物理中知识是物理教学的显性目标，而蕴涵在知识中的思想方法则是物理教学的隐性目标.这些思想方法是建构物理理论大厦的重要支撑，也是物理知识的灵魂，更是学习物理知识的真谛.古人云“授人以鱼，仅一饭之需，教人以渔，终身受益”.德国教育家第斯多惠曾说“教育的艺术不在于传授知识，而在于唤醒、激发、鼓舞”.这些名言折射出思想方法教育的弥足珍贵.物理学中思想方法的教育，对于提高学生学习物理知识的效率和效益有直接意义.学生懂得了物理中的思想方法，仿佛得到了开启物理大门的钥匙，学起来会如鱼得水、事半功倍，且终身受益.

能力是人的素质中重要组成部分，而思想方法则是形成能力的内核.因此，中学物理的思想方法教育才是践行新课程理念的根本宗旨.

思想是客观存在在人的意识中经过思维提炼而形成的结果，方法则是思想指导具体实践而产生的操作性智慧、方案和技能.思想与方法是不可分割的统一体.一般思想起先导作用，而方法起践行作用.思想在引领实践的过程中催生并优化方法，而方法又会在运用时激活创新思想的火花和灵感.在物理学的思想方法中，思想有时会直接以方法形式来出现，思想已具象为一种方法，方法已概化为一种思想.因此，思想与方法常以“思想方法”的连词整体化出现.

思想的价值取向在于它对客观事物的内在本质的一种逻辑性推理和判断，进而形成某种有指导或统领意义的宏观准则.物理思想方法是人们对各种物理现象的观察、分析和提炼、运用、批判、完善后产物，贯穿一条非常严谨的逻辑主线.在物理“思想方法”教学中，一定要把握住其中的逻辑主线，精心设计教学流程，引导学生剖析内涵、规范思维、潜心感悟和灵活迁移.思想方法教育会影响学生一生，可谓举足轻重，不可举重落轻，虎头蛇尾.笔者物理教学多年，深感“思想方法”教学之重之难，现将自己对几个基本“思想方法”教学的一点思考呈现于下，敬请同仁们斧正.

1“理想化模型思想方法”教学引发的思考

应让学生知道，理想化模型的思想方法（简称“理想模型法”）是物理学中常用的科学研究方法，在后续的物理内容中，会不断地遇到它.如：在探究落体运动规律时，如果同时考虑影响其运动过程的各种因素（重力、空气阻力、风、体积和形状等），研究将陷入举步维艰的困境.此时若暂不考虑空气阻力、风、体积和形状等次要因素，只考虑“重力”这一主要因素，纯化出“自由落体运动”的理想过程模型，并得出其运动规律，再回头分别考虑其他因素对运动的影响，将前述规律加以适当修正便容易得出结果了.

“理想模型法”之所以成为物理学中常用的科学研究方法，是因为任何自然现象都是错综复杂的，总会受到来自各方面多种因素的影响，不可能以完全纯粹的形态自然地展现在人们面前.人们在长期的科研中，不断反思总结，逐步摸索出了“略去次要因素，突出主要因素，建立能反映原研究对象本质特征的理想模型”的方法.一般地说，“理想模型法”是人们按照科学研究的特定目的，在一定的假设条件下，用物质形态或思维形态，再现原型客体某种本质特征的方法.它也是人们认识和寻找物理现象本质特征与内在规律的捷径.

“理想模型”是知识和思维的产物，更是智慧和能力的完美结合体.物理学中涉及到的“理想模型”有实体模型和思维模型；有状态模型和过程模型；还有经验模型和理论模型等等.它们在呈现物理特征、探究物理规律和建构物理理论中发挥着十分重要的作用.

2“控制变量思想方法”教学引发的思考

高中物理中，开先河运用“控制变量思想”的是“探究加速度a与合外力F和物体质量m关系”的实验.通过实验，学生得出了“物体质量m一定时，加速度a与合外力F成正比；合外力F一定时，加速度a与质量m（或质量倒数1/m）成反比（或成正比）”的结论.但有部分学生对课本上由此顺理成章地推得 “a正比于F/m”的结论不太理解.了解对此推理未提出疑意的学生，他（她）们说“好像有道理，没多思考，就这么接受了”.询问其他老师，他们也说“一直就按课本上这么讲的，习惯了”.为了真正弄清楚这个问题，我刻意要求学生思考一下课本上那个“顺理成章”背后的理由是什么？问题很快暴露出来了，有一学习小组学生提出了一种不知错因的推理，要我给他们纠错：

“因，a∝F，即a=k1F（1）

学生问：怎么得不到a正比于F/m 呢？

为了使学生能容易理解课本上由“控制变量思想”引出的“多元正比”关系的推理，避免学生再走入类似上述的思维误区，笔者在后续类似内容的教学中，采取逆向思维的推理策略，引导学生作如下一般性推理：

“若有Z∝XY，即Z=kXY，k为比例系数，

则必有

当X一定时，Z∝Y

当Y一定时，Z∝X

反过来，若有

当X一定时，Z∝Y

当Y一定时，Z∝X

则自然有Z∝XY，

即Z=kXY，k为比例系数”

通过这样的思维铺垫，学生清晰地看到了这种“多元正比”关系的逻辑线索，更增强了应用的自觉性和积极性.后来，在运用牛顿运动定律和开普勒定律推导万有引力定律数学表达式时，没有任何同学再提出类似上述的疑意，顺利地跨越了这一思维难点.

3“比值定义思想方法”教学引发的思考

“比值定义法”是物理学中最常用的思想方法，如“速度定义”、“电场强度定义”、“电容定义”、“电阻定义”和“折射率定义”等等.由于数学思维的“负迁移”作用，对此定义法学生常会产生错误理解.如在学习电场强度定义E=F/q时，总有一部分学生对“场强E与电场力F、点电荷q无关”说法不愿接受，认为E是用F和q的比值来定义的，为何“E∝F，E∝1/q”又不成立？在跟学生课后交心中得知，他们“纠结”的根源在于机械地将“物理关系数学化”，只考虑物理量间的纯数学关系，而不考虑物理量间的概念关系.

这一案例告诫我们，在进行物理教学中，一定要跟学生讲清，物理思维与数学思维联系和区别.物理概念和规律的表述、物理推理的过程及物理知识应用的计算，离不开数学思维及数学表达式的演变，但在用数学思维和数学表达式来阐述物理知识及推理时，若抽去物理意义而进行纯数学化陈述或推理可能会导致数学上正确而物理上错误的结果.失去了物理灵魂的物理数学思维是极易走向物理思维的误区.因此，在中学物理教学中，一定先要强化物理知识的意义建构，让物理思维占领学生的思想阵地，数学只能以辅助资态介入物理.在进行电场强度定义时，应先从物理概念建立入手，将同一试探电荷q分别放在电场中不同点，通过比较各处电场力的大小和方向，让学生间接地觉察到电场各处的强弱性和方向性；再改用不同电量的试探电荷q投放于各场点，比较其所受的电场力F与电荷量q的比值F/q，让学生发现：在电场中同一点比值是定值，而在电场中不同点比值不同，且电场强处比值大，电场弱处比值小，比值具有表示电场强弱的“功能”，物理上才用它定义电场强度.电场各处的强弱随电场的确定而已客观地确定，与外界是否引入的试探电荷q无关.引入试探电荷q只是一种间接显示电场强度的手段.让学生感悟“数学在物理中的工具性作用”.

教学中发现，有不少学生错误地认为只要数学好物理就一定会学好.因此，在物理学习中轻视物理基础知识和物理思维，比较简单的定性定量分析都要借助于数学表达式，热衷做简单的计算题，不愿做概念性强的选择题和综合性强的计算题，导致物理分析和解决问题能力难以提升.

在物理教学中，为了强化和规范物理意义的教学，本人要求学生在表达物理公式或物理方程时，一定要坚持连同物理意义和字母一起说，如：表述牛顿第二定律a=F/m时，一定这样说：“加速度a等于合外力F比物体的质量m”.在解完一道物理题后，一定要求学生养成检验或审视答案是否合理的习惯.有意选择含有二次方程求解或利用二次函数图象求解的物理题，给学生求解，让学生看到数学解不一定是物理解.

4“微元-极限思想方法”教学引发的思考

“微元-极限思想”（以下简称“微元法”）是数学中微积分的原型.在物理学中，它具有“化变为恒”、“化曲为直”的效能，用于变力作用、变速直线和曲线运动等过程的细节研究，体现了由量变到质变的辩证思想.“微元法”是中学生学习物理的一大思维难点，尽管各种教材在编写时，为降低学生认知高度，多采用定性直观描述（如趋近法），很少采用定量抽象描述（极限法）.但随着微积分逐步下放到中学数学，“微分法”就以“微元法”面貌悄然进入高中物理，一度时期还作为提升高考试题品味的重要方法元素镶嵌于由竞赛题改编成的高考物理试题中.在物理教学中，学生常在笔者面前流露“微元法”难以理解的情绪.

变速直运动的瞬时速度是高中物理率先运用“微元法”进行定义的物理量.课本上借助于平均速度定义运用“趋近法”启发学生理解，课后有不少学生对“位移元Δx”和“时间元Δt”达到足够小后，平均速度Δx/Δt就由“量变到质变”为瞬时速度难以接受，他们说Δx和Δt取得再小，Δx/Δt还是平均值.为了化解此难点，本人先采用类比法帮助学生理解“长变而短不变”现象：在讲台上按红橙黄绿蓝靛紫顺序循环直线排列多个不同颜色的乒乓球让学生观察，学生从远处整体地看是一条颜色“连续”变化彩条，而到近处局部观看每一个球颜色却是相同的.我还从实验室里拿来连续光谱挂图，用硬纸事先做好一个狭窄方框贴着光谱顺着颜色分布方向缓慢移动，让学生通过狭窄方框观察框中颜色是不断变化的，停止移动发现框中颜色几乎相同，肉眼已无法分辨出其中颜色的变化.聪明的学生用这种“长变短不变”现象去类比变速直运动，立即明白了“长变速短匀速”的道理.

这里要让学生感悟到物理理论系统建构的思想：匀速直线运动是研究变速直线运动的基础，变速直线运动可看成是若干个匀速运动“微元”的“集合”，这也为用“面积法”，求算变速直线运动位移打下伏笔！

有了运用“微元法”的化变为恒功能去定义变速直运动瞬时速度的基础，便可将“微元法”的化曲为直的功能直接迁移到曲线运动瞬时速度的定义中.

通过这样“化曲为直”的教学，让学生初步感悟到直线运动知识及研究方法将成为研究曲线运动的基础.

还应向学生指出，运用“微元法”，“取元”是关键.除可取“时间元”外，还可取“空间元”.空间元中除有直线元外，还有面积元和体积元，它们均具有化曲为直（或平）、化变为恒的效能.利用“微元”的相似性、全息性和叠加性，可将宏观复杂的物理过程化为微观简单的物理过程来研究，从而使问题的解决途径得以优化和简化.限于篇幅，省略例析.

物理学中思想方法很丰富，除了上述的理想化模型思想、控制变量思想、微元-极限思想外，还有整体-部分思想、类比-等效思想、对称-守恒思想等.知识、思想和方法是形成能力的重要元素，是物理教学的三大要素，而思想方法更应成为物理教学的精髓和灵魂！客观地讲，物理思想方法的教育和教学是教师“教”的难点，更是学生“学”的难点.需要教师站得高、善提炼、巧诱导；更需要学生潜心探究、静心感悟，细心归纳.在物理教学时，我们除了要看到知识目标的明线，还要挖掘思想方法的暗线.要善于深察知识背后的方法、方法背后的思想.让物理教学成为以深奥的物理知识作载体、用丰富的物理思想激活学生心智的平台！