中学物理解题中科学思维方法的教学策略，本文主要内容关键词为：思维论文,教学策略论文,中学物理论文,科学论文,方法论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
义务教育物理课程标准总目标要求“学习一定的物理基础知识，养成良好的思维习惯，在解决问题或作决定时能尝试运用科学原理和科学研究方法”。物理教师在指导学生学习物理基础知识、进行问题解决的教学过程中，要善于应用物理方法的教学策略，培养学生良好的思维习惯、掌握科学研究方法。物理解题中常用的科学思维方法是物理教学中的科学方法教育的重要内容。
中学物理解题活动中常用的科学思维方法有逻辑思维方法和非逻辑思维方法（直觉思维方法）两种。逻辑思维方法有：分析与综合，比较与分类，抽象与概括，归纳与演绎，类比与联想等。非逻辑思维方法有：直觉与猜想、假设与灵感等。熟练掌握这些思维方法，并灵活运用于物理问题解决的实际活动中，能提高问题解决的能力和效率。下面对科学思维方法中的逻辑思维方法进行分析。
一、分析与综合的方法及教学策略
分析与综合是从整体到部分，从部分到整体的逻辑思维方法。具体来说，分析是将整体分解为部分，把复杂的事物分解为简单的要素，然后分别研究的一种思维方法；综合则是将对象的各个部分、各个方面和各种因素联系起来，重新结合为一个整体，从而在整体上把握事物的本质和规律的一种思维方法。二者之间的关系可以表示为：
分析的思维方法具有如下的几个步骤：首先，将整体分解为组成它的各部分；其次，研究各个部分的本质属性；第三，研究各部分问的相互关系、相互作用的情况。
例如，在研究一个物体（可视为质点）的斜抛运动中，可以把它分解成竖直方向的匀变速直线运动和水平方向的匀速直线运动，并分别进行研究，找出各自的规律，从而为整体上研究斜抛运动提供依据。
分析法在解题时，是从题中要求解的问题出发而进行“执果索因”的过程。即只需从题目的待求量出发，找出与待求量有关的公式，然后看式中的其他物理量是否已知，如还有未知量，再找出与未知量有关的公式，再看式中的各量是否已知，直到没有新的未知量为止，把上述分析过程反过来就是解题过程。
例1 如图1所示，从高h=24 m处以10 m/s的速度水平抛出物体A，从地面上与上述抛出点水平距离为s=15m处同时竖直上抛另一物体B，A、B二物恰好能在空中相遇，求竖直上抛物体B的初速度。
图1
最后，进一步分析各方向、各物体运动的相互联系，这种联系可从两个方面去把握：①时间上，各方向、各物体的运动都具有同时性（t相同）；②空间上，各方向各物体的位移有如图1所示的关系，即
综合的思维方法具有如下的特点：第一，以物理分析为基础，在搞清物理事物的组成要素及相互关系的基础上，把各要素重新结合起来，从而在整体上把握物理事物的本质规律。第二，由局部到整体，由分离到统一。
综合法在物理学发展中占有很重要的地位。当感性材料积累到一定程度时，物理学家们就统观全局，对这些材料进行综合整理，提出重要的物理假设或建立物理学理论。例如，牛顿的万有引力定律和力学三大定律的建立，主要是他对前人关于力学和天体力学的研究基础上加以创造性综合的结果。
综合法解题时，是从已知入手，进行“循因导果”的思考过程。即先通过相应的已知条件解决一个问题，然后把解决的问题当成新的条件，与另一个相关的条件一起再解决一个新的问题，如此下去，直到解决最后的问题。
二、比较与分类的方法及教学策略
比较是确定事物之间差异点和共同点的逻辑思维方法。分类，则是以比较为基础，根据研究对象的共同点和差异点，把事物分门别类的逻辑思维方法。比较与分类是中学物理教学中经常应用的一种科学思维方法，可以帮助学生正确理解、掌握与记忆物理概念、物理规律。如将电场与磁场作对比、将库仑定律与万有引力定律作对比、将电势差与电动势作对比等，通过对比，找出它们的共同点和不同点，从而更深入、更全面地理解这些知识。
比较主要运用于下列几个方面：
1.通过比较，找出表面上差异极大的事物之间在本质上的共同点，即异中求同的比较
比如，在地球表面附近的平抛运动和自由落体运动表面上差异极大，自由落体运动的轨迹是直线，而平抛运动的轨迹则是抛物线，但是，它们有本质上的共同点，即均为匀变速运动，加速度均为重力加速度，受力均为重力。又如，摆长相等，带电量相同的刚球分别在重力场、均匀电场、均匀磁场中振动，它们的振动周期均可用单摆在重力场中振动的周期公式计算。所以，通过比较可以透过现象看本质，对貌似不同而物理规律却相同的问题，可以找到相同的处理方法。
2.通过比较，找出表面上极为相似的事物之间在本质上的差异点，即同中求异的比较
比如，万有引力定律
和库仑定律
在数学形式上很相似，但通过比较，可以找出它们在本质上的不同点。前者是力学规律，反映了两个质点间的相互吸引力的规律；后者是电学规律，反映了两个静电荷间的相互作用力的规律。
3.对多种解题方法的比较
一道题目往往有多种解法，如一个动力学问题，常常从牛顿第二定律和运动学规律、动量定理或动量守恒定律、动能定理或能量守恒定律这三条路径中任一条进行求解。通过对不同解法的比较，不仅使学生可以找到最优的解法，获取解题规律，更重要的是培养了学生的发散思维能力。
分类主要具有以下两方面的作用：
(1)使人们对物理事物的认识更加深入
只有将所比较的物理事物进行有效的分类，才能更准确地对它们的本质进行比较，找出它们之间本质上的区别与联系，进而使认识不断深化。
例如，根据恢复系数的不同，可将碰撞问题划分为完全弹性碰撞、完全非弹性碰撞、非完全弹性碰撞三类。对于完全弹性碰撞，还可分为对心碰撞、斜碰撞情形，这样的划分，不仅突出了完全弹性碰撞，可用机械能守恒定律，还明确了其间的差别，加深了对各种形式碰撞的理解。
(2)使物理知识更加系统化、条理化
物理知识只有经过分类整理，才能够寻找出知识之间的联系，才能够把众多的物理现象抽象为简单的原理，把分离状态的知识归纳出清晰的脉络，把内在的实质表述成定量的公式，使物理概念、物理规律、物理方法更加系统化、条理化，以便更好地掌握物理知识。如在中学物理教学中，形成概念的一种抽象思维方法，是归纳一类事物的共同本质属性；力、功、蒸发、沸腾、干涉、衍射等等概念就是根据这种方法划分的，把物理现象的相同属性分为一类，使物理知识系统化、条理化。
三、归纳与演绎的方法及教学策略
归纳是从个别（特殊）中概括出一般规律的推理过程，演绎则是从一般规律出发得出个别结论的思维方法。二者之间的关系可以表示为：
归纳法按照它概括的对象是否完全而分为完全归纳法和不完全归纳法。
完全归纳法是根据某类事物全体对象作出概括的推理方法。如解决物理问题的穷举法就是一种完全归纳法。完全归纳法是一种必然性推理，但它的运用有一定的局限性，如对含有无限多个对象的事物，根本不可能穷举。所以，人们在进行科学研究时，往往只根据部分对象具有某种属性作出概括，这种推理方法叫不完全归纳法。如简单枚举法就是一种不完全归纳法。
用归纳法解题时，经常用来研究运动规律为已知，在某种特殊条件下连续进行的过程。这种过程分为若干阶段，过程的各阶段虽然性质相同，但具体的数量特征不同。关键是联系各过程所遵循的普遍规律，发现各段过程中某些物理量在数量上的关联规律，以求得问题的解答。
例2 三节相同的干电池，每节电池的电动势为ε，内阻为r，三节电池如图2所示连接，下列说法正确的是：
图2
A.A点电势高于B点电势；
B.A点电势低于B点电势；
C.A点电势等于B点电势。
分析与解 A、B两点的电势高低，题述三种情况必属其一。设A点的电势高于B点电势，根据电路对称性可看出：B点电势高于C点电势，C点电势高于A点电势……；即
，这显然是荒谬的，排除选项A。
同理，设A点电势低于B点电势，根据电路的对称性可看出：B点电势低于C点电势，C点电势低于A点电势……；即
，这显然也是荒谬的，应排除选项B。
由于A、B都被排除，故正确答案为C。此题采用的是穷举法，属完全归纳法。
虽然归纳法在物理学中有着重要的作用，但它毕竟是一种或然性的推理方法，推理结论不一定可靠，其正确性要经过实验等方法进行检验。
演绎法推理的主要形式是三段论。这一方法是由大前提、小前提和结论三部分组成的，其模式如下：
所有M是PM→P
所有S是MS→M
所以，所有S是PS→P
用演绎法解题时，关键应抓住某个一般性的原理作前提，推出个别对象的结论。物理学中，常常运用已获得的物理规律的公式进行演绎推理，来导出其他物理规律；证明题也属演绎的方法。
例如，从牛顿第二定律出发，可导出动量定理和动量守恒定律（推论略）。
又如，下列固态物质属晶体的是
A.雪花 B.黄金
C.玻璃 D.食盐
在教材中，学生可以知道食盐、雪花是晶体，玻璃是非晶体，而黄金属于哪一类呢？这就需要学生进行如下推理：
所有的金属是晶体；→黄金是金属；→所以，黄金是晶体。
从上述例子可以看出，演绎法是由一般到个别的推理形式，因此，演绎是一种必然性的推理，但演绎法本身并不能证明大前提的真伪，即使是推理无误，也只能说明符合逻辑规则，因此，演绎结论仍应接受实验检验，只有通过大量实验验证之后，才能正式成立。
值得注意的是，传统教材和课堂教学都偏重于演绎法，为了应付考试，教师和学生都热衷于推导和解题，而对现象、方法的归纳不重视，教学中应加强归纳法。如现行大学普通物理教程中介绍用气桌上的两滑块碰撞实验，就是用归纳法归纳出动量守恒定律，进一步把两质点组成的质点系的动量守恒定律推广到多个质点的质点系中。
四、类比与联想的方法及教学策略
类比是从两类不同事物之间找出某些相似关系的思维方法。联想，则是由一般事物想到另一事物的心理过程。
例如，在用天平测量物体质量时，为消除测量中的系统误差，提高测量的准确度，常常采用变换法，与此类比，在用电桥测量电阻时，也采用变换法，以消除测量中的系统误差。
又如，卢瑟福和他的助手通过著名的α粒子散射实验发现，原子核与电子之间的关系与太阳和环绕它运动的行星之间的关系极为相似，于1911年正式提出了原子结构的“太阳系模型”假说，认为原子也可能由电子环绕原子核构成。即把原子的核式结构和太阳系相类比。
再如，惠更斯在研究光的特性时发现，光的很多特性与声音的很多特性相同。他采用了类比推理进行研究：
声现象具有：直线传播、反射、折射、干涉、波动的特性
光现象具有：直线传播、反射、折射、干涉的特性
所以，光可能也具有波动的特性。这一结论为后来的研究和实验所证实。
由上述例子看出，类比是根据两个（或两类）对象之间在某些方面的相同或相似，而推出它们在其他方面也可能相同或相似的推理方法，即它实际上是一种由特殊到特殊的推理。类比具有如下的思维方式：
特殊——————特殊
类比不是逻辑推理的方法，而是一种猜测的方法。它的本质特征，就在于抓住类比对象之间的相似的“关系”，利用联想思维，发挥丰富的联想力，从一类事物所得的研究方法和规律，应用于另一类事物，求得问题的解答。
图3
分析 铁球射入弧形槽后与小车发生相互作用。如把铁球和小车视为一系统，由于水平方向无外力作用，水平方向动量守恒，又由于弧形槽光滑，铁球与小车相互作用过程中机械能守恒。根据铁球与小车相互作用过程的特点，可把它类比为两弹性球相碰撞的问题，由此很快可解出答案（做自由落体运动）。
由上述例子可看出，类比在物理问题的解决过程中，具有启发思路、提供线索，借助于某种范例而举一反三、触类旁通的作用，但需要指出的是：类比不同于逻辑推理，它本质上是猜想或推想。它提供的只是一种可能性，需要通过实验验证其结果的正确性。