体现物理学思想，展现物理学魅力_物理论文

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物理思想是物理客观存在反映在人们意识中，并经过思维加工提炼而成的物理知识形成和发展的观念性产物。物理思想属于意识形态的范畴，它既是物理学发展的意识保障，又是研究物理问题的智慧支撑，更是一种物理文化。“运动的描述”是高中物理人教版教材必修1的第1章，挖掘本章蕴含的物理思想，显化物理思想教学，用物理思想引领学生步入物理学殿堂，对学生学好高中物理具有潜在作用。

一、“运动的描述”体现的物理思想分析

1.理想化思想

人的认知过程都是从实践到理论，再由理论到实践的过程。理想化是人们在实践过程中对事物臻于最完善境界的观念。理想化的物理思想就是在从物理实践到物理理论的建立过程中，忽略研究对象的次要因素，抓住研究对象的主要因素的一种物理观念。基于理想化物理思想的研究物理问题的方法就是理想化的方法，理想化的方法就是用与研究对象有差别的、便于处理的简化形式，代替研究对象进行研究的方法，它是从观察和经验中通过想象和逻辑思维，把物理研究对象、过程和条件简化、纯化，使其升华到理想状态，从而便于研究物理问题和揭示物理规律。理想化的方法既是研究物理问题的科学方法，又是促进物理学发展的重要研究手段。

理想化的物理模型是用理想化的方法对物理客体进行源于客体但又有别于客体的一种科学抽象和简化。本章的质点模型就是理想化思想的产物。质点模型是高中学生接触到的第一个物理模型，理解和认识质点模型，既便于学生建立后续学习的单摆、点电荷、理想气体等对象模型，又为学生建立物理条件模型（如光滑斜面等）和过程模型（如自由落体运动等）奠定思想基础。

2.相对性思想

相对性是指衡量事物的标准，而且这个标准会发生变化，使得衡量事物具有相对性，相对性是逻辑思维的产物。

在物理学中为了研究物体运动的方便，选择一些假定不动的物体做参考，这种用来做参考的物体叫参考系。如果被研究的物体相对参考系的位置发生变化，物体就是运动的；如果被研究的物体相对参考系的位置不发生变化，物体就是静止的。基于运动的相对性，描述物体运动的物理量位移、速度、加速度都是相对参考系而言的，也即位移、速度和加速度都具有相对性。鉴于参考系也是运动的，因此物体的运动情况相对于不同的参考系一般也不同，在没有特别说明的情况下，研究物体的运动都是以地面为参考系。

其实，相对性思想不但是研究物体运动的基本思想，而且也是人们认识和评价事物的基本观点。由于自然界和社会中的任何事物和问题都具有相对性，因此，用相对性的观点观察事物、分析问题，对培养学生分析和解决问题能力大有裨益。

3.比较思想

比较是两个事物之间在形式、特征、属性等方面异同、差别的辨别和鉴定。而任何两个事物的比较，比较的前提都是要找到一个统一的标准，在此标准下能够使人们对事物的认识更深刻，对事物的描述更具体、更准确，对事物的研究更方便、更深入。

物质和运动都具有一定的自身属性，在物理学中表征属性的物理量之定义都是在比较的基础上采用比值定义法定义的。所谓比值定义法就是用两个物理量的“比”定义一个新的物理量的方法。

速度是描述物体运动快慢的物理量，物理学中用位移与发生这个位移所用时间的比值表示之；加速度是描述物体速度变化快慢的物理量，在物理学中用速度的变化与发生这一变化所用时间的比值表示之。前者把比较位移和时间统一于比较速度这个物理量来比较物体运动快慢，后者把比较速度变化和时间统一于比较加速度这个物理量来比较速度变化快慢。物体运动快慢和运动速度变化快慢是物体运动的两个属性，而这两个属性只由运动本身决定，与描述运动的其他属性量无关，所以用比值定义法所定义物理量的定义式是该物理量的量度式而不是决定式。

4.微元思想

微元思想是整体与部分关系哲学观的体现。在物理学中把物理过程或物理研究对象的整体分成无限多个很小的过程或部分，这“很小的过程或部分”叫做微元，从微元到整体之研究物理问题的物理思想就是微元思想。

在建立平均速度的概念后用极限思想建立瞬时速度的概念时，教材上指出：“显然，平均速度只能粗略地描述运动的快慢。为了使描述精确些，可以把Δt取得小一些，物体在从t到t+Δt这样一个较小的时间间隔内，运动快慢的差异也就小一些。Δt越小，运动的描述就越精确。当Δt非常小时，我们把

称做物体在时刻t的瞬时速度（instantaneous velocity）。”这里非常小的Δt就是微元思想的萌芽；在加速度概念的教学中，既可以从v-t图像看加速度，也可以从v-t图像将时间无限分割，然后各无限短时间内位移的累加得到一定时间内的位移，进而体现微元思想在物理学中的应用。

5.数理结合思想

数学既是物理学的符号语言，又是物理学形成和发展的工具和支撑。数理结合思想就是在物理实践过程中将数学知识和方法与物理概念、规律及方法等物理学知识有机结合，从而促进学生对物理概念的理解、规律的建立和问题的解决。鉴于初中物理现象多、规律少、定性多、定量少以及数学知识要求低，而高中物理概念抽象、规律复杂、数学知识要求高的特点，对刚开始学习高中物理的高一学生来说，高中物理学习心理的适应、初高中数学和物理知识的衔接以及数理结合思想的建立，对学好高中物理起着不可低估的作用。

“运动的描述”一章中的数理结合思想表现在以下2个方面，一是瞬时速度的大小。瞬时速度等于极短时间内的平均速度渗透了极限思想，从而把变化的物理过程转化为不变的物理过程。二是瞬时速度的变化。速度时间图像的建立渗透了平面解析几何的数学思想，从而把运动过程直观化、明晰化，以便于分析、研究和解决运动问题。瞬时速度大小及其变化的图像表达集数学知识与物理知识于一体，提升了学生对数学知识在物理学发展以及解决物理问题作用的认识，促进了高一学生数理结合思想的形成和建立，为高一学生学好高中物理奠定了认识基础。

6.因果关系思想

原因和结果是揭示客观世界中普遍联系着的事物具有先后相继、彼此制约的一对范畴。原因是指引起一定现象的现象，结果是指由于原因的作用而引起的现象。因果关系思想是指一定的现象必然存在着产生现象的原因，一定的原因必定产生一定的结果的物理观念。毋庸置疑，自然界的各种变化总是处于一定的因果关系之中。在物理教学中，探寻物理现象的产生原因以及一定原因产生的物理现象，为理解和认识物理现象、探索物理现象的归因与变化规律以及研究物理问题提供了思维路向。

电压是产生电流的原因，电流是电压产生的结果，这样，对欧姆定律中“电流与电压成正比”而不能说成“电压与电流成正比”的认识就甚为深刻。鉴于高一学生已经建立了力是改变物体运动状态原因的因果关系思想，探寻力和加速度之间的因果关系是理解加速度与速度和速度变化三者之间是否存在因果关系的认识保障。

总之，检索“运动的描述”中的物理思想，让物理思想改善学生认知结构，把物理学灵魂转化为学生的思想意识，以此为高一学生学好高中物理浸润物理思想元素。

二、显化物理思想的教学策略

1.教学理念：以物理思想为引领

机械运动是自然中最普遍、最基本的物理现象，研究机械运动的规律及其原因是物理学形成和发展的原点。鉴于物理思想是物理学的灵魂，因此，隐含在本章中的6种物理思想，既是本章知识的引领，也是本章概念理解的支点。

怎样研究机械运动和机械运动属性的表征是研究机械运动所要解决的两个基本问题，“运动的描述”就是围绕这2个问题展开的。然而，物理思想对解决这两个问题起到了引领性作用，如图l所示。

物理思想是建立和理解运动学概念的前提和基础，因此，使学生形成和建立物理思想对理解运动学概念具有促进作用。在质点概念的教学前要建立理想化思想，在参考系、位移、速度和加速度概念教学前要建立相对性思想、比较思想、微元思想、数理结合思想和因果关系思想。也即将“思想教学”前置于“概念教学”，凸显物理思想的前导性。同时，在物理思想教学中要做到物理思想显性化、思想内容具体化、运用思想方法化。

2.教学实施：以知法合一为策略

知法合一教学策略就是在物理课堂教学过程中，以知识的形成以及其所运用的科学方法为基础，将知识和方法在教学过程中相互渗透、融为一体的课堂教学方法。以此使科方法教育显性化、物理能力培养方法化。本章知法合一教学内容如下页表1。

三、能力培养：以思想方法为桥梁

在物理知识向物理能力转化的过程中物理思想方法起着桥梁作用。物理思想方法就是基于物理思想研究和解决物理问题的方法，本章中的6种物理思想方法（见表1），既有助于学生理解本章概念，又有助于学生理解能力以及解决问题能力的提升。现就其中3种思想方法在培养学生能力中的桥梁作用加以阐述。

相对性的方法是理解和解决相对运动问题的基本方法。例如，在空中沿水平方向以900 km/h的速度做匀速直线运动的飞机上自由释放一个重物，若重物相对飞机的速度与时间的关系为v=10t（m/s），那么，当重物从飞机上自由释放后相对飞机的速度为20 m/s时，飞机相对地面前进的水平距离是多少？重物相对地面的速度和相对飞机下落的高度用初中所学的物理知识是否能求出？如果不能，请说明理由。学生经过分析这个相对运动问题，既提高了学生对相对运动问题的认识，又自然形成了研究曲线运动问题要从研究直线运动入手的物理思想，以此通过对不同参考系的运动问题研究，提升学生对相对运动问题的理解和分析能力。

因果关系法是通过原因理解结果或者通过结果探寻原因的基本方法。“力是改变物体运动状态的原因”是初中学生对动力关系的初步认识，其中“力”是原因，“运动状态改变”是结果。本章中的加速度是采用比值定义法定义的，即速度的变化与发生这一变化所用时间的比值。鉴于速度的变化就是运动状态的改变，即速度变化的原因是力，也即力是产生加速度的原因，加速度是力作用的结果。换句话来说，就是加速度随力这一因素发生改变，也就是说对于某一物体受到一定的力产生一定的加速度，这个加速度就不会随其他运动物理量而变化，从加速度的定义式来看，速度的变化就与其变化所用的时间成正比，即加速度与速度和速度变化没有必然的因果关系。因此，通过“力是改变物体运动状态的原因”、速度的改变就是运动状态的改变，过渡到“力是产生加速度的原因”，进而对学生理解加速度与速度和速度变化的关系起到了催化剂的作用。