張　亮　張　敏　張開楊

物理形象思維是一種具體的以物理表象為思維材料而進(jìn)行的思維,而物理表象則是物理形象在人腦中的間接和概括的反映。這些形象包括事物的物理宏觀形象、微觀形象、時(shí)空形象、局部形象、靜態(tài)形象和動(dòng)態(tài)形象等。我們可以圍繞物理表象的形成、積累、運(yùn)用等,培養(yǎng)學(xué)生的物理形象思維。

一、培養(yǎng)策略

表象在形象思維的過程中占有重要地位。形象思維的各種活動(dòng),都是在表象的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。因此,表象的形成、積累、判斷和運(yùn)用是培養(yǎng)形象思維的有效途徑。圍繞物理表象,筆者提出物理形象思維的培養(yǎng)策略。

1.形成正確的物理表象,建立物理表象庫

所謂“巧婦難為無米之炊”,學(xué)生頭腦中若沒有豐富的物理表象,形象識(shí)別、聯(lián)想、想象也就沒有了依據(jù)。因此,形成正確的物理表象,豐富物理表象的積累,應(yīng)擺在第一位。這包含兩方面:其一是“質(zhì)”的要求,即要求儲(chǔ)存的表象是正確的、有序的;其二是“量”的要求,即通過多種途徑豐富學(xué)生頭腦中物理表象的儲(chǔ)備。在此,筆者引入“庫”的概念,物理表象庫就是各種物理表象的集合,是存放各種物理表象的倉庫,學(xué)生可以進(jìn)行入庫、調(diào)用、更新等操作。

2.培養(yǎng)運(yùn)用物理表象進(jìn)行思維的習(xí)慣

通過聯(lián)想把儲(chǔ)存在頭腦中的物理表象聯(lián)系起來,建立表象之間以及表象與客觀事物之間的聯(lián)系,應(yīng)用時(shí)迅速將物理表象用語言或圖形再現(xiàn)出來,活化物理表象,這樣學(xué)生頭腦中的物理表象將會(huì)更加鮮明。要有效地培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力,必須將運(yùn)用物理表象進(jìn)行思維貫穿在物理學(xué)習(xí)的各個(gè)環(huán)節(jié)。

3.培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的想象力

想象是人腦對(duì)已有的表象進(jìn)行改造、加工形成新形象的思維過程,是對(duì)形象信息加工的高級(jí)形式。在中學(xué)物理學(xué)習(xí)中,培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的想象力主要是指喚起對(duì)多種物理圖景的記憶及對(duì)其進(jìn)行變換的能力、形成理想化物理圖景的能力、建立空間關(guān)系與直觀映像的能力、獨(dú)立形成新的物理圖景的能力。

二、實(shí)踐嘗試

筆者從上述的培養(yǎng)策略出發(fā),著眼于發(fā)展學(xué)生的形象思維能力,借助信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì),嘗試開發(fā)了一個(gè)訓(xùn)練學(xué)生形象思維的實(shí)踐平臺(tái)。

1.平臺(tái)結(jié)構(gòu)

平臺(tái)的結(jié)構(gòu)要包括三大功能模塊,即“看一看”、“玩一玩”、“測(cè)一測(cè)”。

“看一看”模塊即是將日常生活中的物理現(xiàn)象構(gòu)建成一個(gè)有形的物理形象庫。該模塊包含“游樂場(chǎng)”、“競(jìng)技場(chǎng)”、“神秘太空”、“實(shí)驗(yàn)室”四個(gè)子欄目,以視頻和圖片為載體,讓學(xué)生通過視覺和聽覺來感受豐富的物理形象。

“玩一玩”模塊是一組具有交互性和可視化的程序庫。每一個(gè)互動(dòng)程序展現(xiàn)一系列模擬的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,每一個(gè)現(xiàn)象都反映了一些基本概念之間的聯(lián)系。學(xué)生可改變參數(shù),通過信息雙向傳輸進(jìn)行互動(dòng)。該模塊根據(jù)學(xué)生的思維,創(chuàng)設(shè)和輸出在不同條件下的現(xiàn)象和結(jié)果,并能動(dòng)態(tài)地顯示運(yùn)動(dòng)過程,便于學(xué)生從多個(gè)角度觀察物理現(xiàn)象。“玩一玩”為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了一個(gè)良好的思維情境,在運(yùn)動(dòng)過程中可以隨時(shí)“叫?！?便于學(xué)生弄清物理過程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)。另外,針對(duì)每一個(gè)互動(dòng)程序,我都設(shè)計(jì)了思考題,以“想一想”的方式來呈現(xiàn),旨在用問題指引觀察的方向,使學(xué)生在玩中觀察、在做中學(xué)習(xí),保留充分想象和思考的空間。在互動(dòng)中,學(xué)生自覺糾正先前錯(cuò)誤的表象,形成正確的物理表象,并大膽想象,勇敢嘗試。“看一看”和“玩一玩”模塊旨在幫助學(xué)生建立物理表象庫。

“測(cè)一測(cè)”模塊則是相應(yīng)的習(xí)題庫。這些題目是針對(duì)以上兩個(gè)模塊的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)的,主要訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用物理表象進(jìn)行思維的能力,及時(shí)給予反饋信息——答對(duì)了給予鼓勵(lì),答錯(cuò)了則給出提示。這樣一來,學(xué)生在解決相應(yīng)的物理問題中,將先前積累的物理表象活化,發(fā)展其形象思維能力,并且將形象思維與抽象思維結(jié)合起來。

本平臺(tái)設(shè)計(jì)對(duì)象主要是針對(duì)高中學(xué)生。高中生在物理學(xué)習(xí)中出現(xiàn)形象思維障礙表現(xiàn)得很突出,這主要是因?yàn)楦咧形锢硐鄬?duì)于初中物理而言,知識(shí)的呈現(xiàn)方式、知識(shí)的廣度、深度都有較大的不同,如教材中的文字?jǐn)⑹龈鼑?yán)謹(jǐn),物理現(xiàn)象更復(fù)雜,物理概念和規(guī)律更抽象等等。學(xué)生此時(shí)正處在由形象思維向抽象思維過渡的時(shí)期,在實(shí)際的教學(xué)中,教師若過分強(qiáng)調(diào)思維的抽象性和嚴(yán)密性,學(xué)生的形象思維則容易被“過渡”掉了。因此,高中階段發(fā)展學(xué)生的形象思維,將形象思維和抽象思維結(jié)合起來,就顯得尤其重要。

2.范例——向心力問題

向心力是高中階段要求必須掌握的一個(gè)重要概念。人教版新教材是在勻速圓周運(yùn)動(dòng)和牛頓第二定律的基礎(chǔ)上提出向心力的概念和公式的。從邏輯思維的角度出發(fā),教材中向心力的概念和公式的得出是順理成章的,但是學(xué)生仍然對(duì)向心力的含義難以理解和接受,其根本原因是學(xué)生頭腦中沒有建立正確、清晰的向心力這一物理表象,以至于對(duì)向心力的特點(diǎn)和作用認(rèn)識(shí)模糊,對(duì)向心力的來源和公式的意義理解不透。

本設(shè)計(jì)從以下三個(gè)方面來幫助學(xué)生建立和鞏固向心力的概念,在形成向心力的概念中發(fā)展學(xué)生的形象思維。

看一看:在“游樂園”里,呈現(xiàn)“空中秋千”、“翻滾過山車”、“巨型摩天輪”、“自控飛機(jī)”等圖片。

在“實(shí)驗(yàn)室”里,視頻播放“物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力”。分析光滑圓盤上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的小球,得出向心力的概念;分析“隨著圓盤做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的木塊”,闡述向心力的來源;用向心力演示器演示向心力的大小與哪些因素有關(guān);列舉“火車轉(zhuǎn)彎”、“賽車轉(zhuǎn)彎”、“水流星”的向心力來源。

學(xué)生通過觀看圖片和視頻,形象感受圓周運(yùn)動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式,以及向心力的方向、大小和來源,在頭腦中形成一個(gè)完整的向心力的形象。

玩一玩:通過Java Applet互動(dòng)程序模擬空中秋千,讓學(xué)生在互動(dòng)中學(xué)習(xí)向心力。

想一想:做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力有何特點(diǎn)?頻率、角速度、半徑等物理量之間有哪些關(guān)系?若改變周期等參數(shù),其他物理量發(fā)生哪些變化?這些問題旨在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步深入探索。

測(cè)一測(cè):設(shè)計(jì)了5道單項(xiàng)選擇題,給予即時(shí)反饋。

思維能力的培養(yǎng)需要一個(gè)長期的過程。重視物理形象思維能力的培養(yǎng),更需要各方面的努力。信息技術(shù)是一個(gè)可供利用的手段,而教師才是真正的魔法師。新的初中、高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)均強(qiáng)調(diào)“使學(xué)生養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣”。筆者希望大家更多地關(guān)注學(xué)生的思維過程,重視發(fā)展學(xué)生的思維能力,在實(shí)踐中探索發(fā)展學(xué)生思維能力的途徑和方法。

參考文獻(xiàn)

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(作者單位:廣西師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院江蘇南京曉莊學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 江蘇南京師范大學(xué)物理與科學(xué)技術(shù)學(xué)院)