借助物理图学习 提升思维品质，本文主要内容关键词为：思维论文,物理论文,品质论文,图学论文，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。
物理学是一门实验科学，物理学植根于生活、社会、生产、国防和科技领域中，而它的成果又深刻地影响着人类文明的进展。它高度重视实验验证和逻辑思辨，相比于其他学科，物理学习对逻辑思维的要求无疑是较高的。本文拟就引导高中学生借助物理图进行物理学习，加强形象思维训练，提高思维品质的探索实践，谈一点粗浅认识。
一、物理思维品质
人的思维分为三类——形象（直感）思维、抽象（逻辑）思维和灵感（顿悟）思维。
人脑是思维的器官，它分为左、右两半球，左半球侧重于抽象的、逻辑的、理性的思维，进行语言文字的处理（如说话、阅读、书写、数学运算、时间判断、符号识别、逻辑推理等），总之，左脑处理信息的特点是逻辑的、线性方式的；右半球侧重于形象的、直觉的、感性的思维，进行空间关系、艺术欣赏、情绪感受、图像描绘等思维活动，善于联想概括和直觉顿悟。总之，右脑处理信息的特点是视觉空间的、形象的、非线性方式的。
优良的物理思维品质，是运用已知物理知识，以各种智力一非智力因素为基础，进行科学想象、推理、分析、综合等高级思维活动，从而获得新知识的思维方式。学生的思维是学生在学习活动中，在感性和表象的基础上，利用语言、图像和符号为工具的一种认识活动。如果能在文字的基础上再出示具体的、生动的、丰富多采的图像，学习的质量、效益将因信息量的大大丰富而成倍提高。
二、高中生思维特点
高中物理难教难学，不少高中新生感叹自己的物理学习情况是“一听就懂，一教就会，一做就错”。主要原因是高中新生尚未进行系统的物理思维训练，其物理知识、经验有很大的局限性，其逻辑思维能力、思维品质还比较低下。
学生思维方式、学习习惯的改变关键在教师。长期以来，我们的中小学教育阶段，数理学科教学侧重于逻辑思维、数学运算，语文外语偏重于字符识别、语法、书面或口头表达训练，这些训练都过于依赖左脑。在物理教学中大量的抽象分析、数学运算、时间判断、逻辑推理等，都促进了左脑的发展，教师重语言的科学性、严密的逻辑推理和严谨的数学演算、轻演示、挂图、动手实验等直观形象思维能力的培养；学生认为看演示、做实验、画草图或受力图和用图像解题等仅是抽象思维的辅助，可有可无，因而常被“省略”了。在评价时，只把文字陈述和数学演算的结果作为物理学习评价的惟一标准。
传统物理教学方法使学生习惯于接受由教师一手包办的、简化了的物理对象或物理模型，习惯于抽象的逻辑推理和数学演算，使学生误认为背概念、套公式计算就是物理的全部，因而在实际问题面前便束手无策。如果学生不能在教师的指导下，尽快转变思维方法和学习习惯，必然严重影响高中物理的学习。
三、物理图画包含的内容
物理图画，泛指与物理学有关的所有动态的、静态的图形画面。它包括——
1.物理过程、状态示意图（如物体受力分析图，运动过程草图，气体状态图等、电场线、磁感线图等）。物理问题通常以文字形式呈现，文字是抽象的符号，读者能否从一段文字中获取足够的信息，从而画出相应的示意图，取决于他的语文阅读理解水平，取决于他的物理知识积累，更取决于他从文字符号复现出相应的物理图景的思维能力。
2.经过再加工处理的物理图（如表示力的分解、合成的矢量平行四边形、三角形图，等效电路图等）。就是应用已知物理知识对给定信息进行“去粗取精”的再加工，这是画物理图的关键一步，惟如此才能使认识发生质的飞跃，才能透过现象看到事物运动变化的本质，物理思维由此开始进入“跨越式”大踏步的发展阶段。
3.物理图像（例如运动学的s-t图、v-t图、a-t、1/v-s图等，动力学的a-F图，振动图像和波的图像等，电磁学的U-I图、P-R图、
-t图、ε-t图等，热学的p-V图、p-T图、V-T图等）。物理图像是逻辑思维的形象化，是抽象思维和形象思维综合交融的有效载体，是训练看图、画图、用图，以及提升物理思维品质的主阵地。
四、物理图画对提升物理思维品质的作用
1.在教学中，辅以语言和其他信息载体的物理图画，可以帮助师生创设直观的问题情景，化抽象为具体，对教学中提出悬念，引入课题，以激发兴趣，以便于思维的顺利展开。
2.物理状态示意图能将抽象的文字符号转化为直观的形象，清楚地显示力学量、热学量、电磁学量之间的关系，抽象思维具体化、形象化，复现物理情景使思维有了载体。
3.物体受力分析图以及经过再处理的矢量图，能揭示各种物体运动、变化的动力学本质，全面体现学习者思维的深刻性、敏捷性和独创性。
4.迅速正确描绘等效电路图，体现了学习者思维的灵活性、变通性和空间想象力。
5.各种物理图像高度体现了思维的逻辑性、直观性、简捷性、深刻性（对物理量之间的本质联系的深刻理解）、广阔性（图像所含的信息量极其丰富），以及臻美的思维品质。有时借助物理图像解题要比其他常规解法更简捷，有时甚至能用图像来解决一些疑难问题。
五、实例
问题1 在离地高为h的同一点先后同向平抛出A、B两球，A球第2次碰地点与B球第一次落地点重合。求两球运动轨迹交点离地高度（设A球与地面发生的碰撞无能量损失）。
附图
图1
这是一道技巧性很高的习题。据题意画两球运动轨迹如图1(a)，过轨迹交点D作水平辅助线ED交抛物线OH于F如图1(6)，根据平抛运动规律和对称性原理，可知B球的初速度是A球的3倍，则EF=ED/3=FD/2，故A球经过OF、FH、HD三段轨迹的时间相等，A球在竖直方向上的分运动为自由落体，经过OE的时间为经过OG时间的一半，则OE:EG=1:3，故轨迹交点D离地高度为3h/4。
问题2 A、B两球从地面上同一点竖直上抛的初速分别为
，A和B先抛出。若要使两球在空中相遇，则两球出发的时间间隔应为多大才行？
这是研究时间间隔范围的问题。由于两球开始上抛的初速度、时刻都不同，两球在空中同一竖直线中你上我下，凭空想象较难把握其中的时间关系。若建立以时间为横轴、高度为纵轴的直角坐标系，就可以用抛物线分别表示A、B两球的运动轨迹，若两球在空中相遇则两轨迹应在地面以上某处相交。此时两球抛出点的水平距离大小即反映两球出发的时间间隔的长短。显然，若出发的时间间隔最短，则两球将相遇在落地前瞬间［图2(a)］，若出发的时间间隔最长，则当A球着地前瞬间B球刚抛出［图2(b)］，由此可得时间间隔应在
之间。
附图
图2
问题3 B船正以速度
沿直线MN行驶，港口P与MN的距离为a，当A船自港口P出发准备去拦截B船时，B船距离港口P为b，且b＞a如图3(a)。忽略A船的加速过程（即设A船一出发就匀速前进），求A船能拦截上B船的最小速率。
附图
图3
附图
附图
图4
附图
本题的矢量图使我们能从直观的角度理解牛顿第二定律，并使思维从加速度同向顺利地延伸到反向的情况，培养了思维的深刻性和广阔性。
问题5 如图5(a)所示，电源电动势ε已知、内阻r以及各电阻
均等于r，滑动片p位于中点处，则当M、N间连接一电压传感器时，屏幕上的示数应为____；当M、N间连接一电流传感器时，屏幕上的示数为______。
附图
图5
电路不算复杂，但学生若不能正确地画出连接电压、电流传感器后的等效电路图，便无法确定各电阻之间的串、并联关系而无法得出正确结论。我们可以电压表、电流表符号代替传感器符号，滑动片P将电阻R分成
两部分。根据电压表内阻极大相当于断路、电流表内阻极小相当于短路，画出相应的等效电路图。则在图5(b)中电压表示数应为电阻
上的电压之和，在图5(c)中电流表示数则应为通过电阻的电流之和。
问题6 已知某电源［图6(a)］的外电阻变化过程中的U-I图像如图6(b)所示，有的学生仅能从中知道电源的电动势的大小(3V)和短路电流的大小(0.5A)。有的学生则能将U-I图像进行再加工，例如在图6(c)中，他能从图线的斜率求得电源的内电阻r；从以图线上任一点B和坐标原点O的连线OB的斜率求此时的外电路电阻R；从求矩形OABC的“面积”得到此时外电路上消耗的功率
；从求矩形ABFD的“面积”得到此时内电路上消耗的功率
；则矩形OCFD的“面积”就是此时电路消耗的总功率。由几何知识知：当OB与DE的斜率大小相等时，矩形OABC的“面积”最大，就是说外电阻R等于内电阻r时，电源的输出功率最大。在图6(d)中，表现为当Ob的斜率(R=6Ω)等于原图线斜率的绝对值(r=6Ω)时，路端电压(1.5V)恰等于电源电动势的一半，此刻电源的输出功率最大
。
附图
图6
问题7 如图7所示，S点是上下做简谐振动的频率为20Hz的波源，它激起的横波向左右方向传播，波速为16m/s，已知P、Q两点距离S点分别为PS=15.8m和QS=14.6m，则当S点向上运动经平衡位置的时刻，P、Q两点分别处于什么位置？
附图
图7
本题可先求波长等于0.8m，能算出PS间恰为19.75λ，QS间恰为18.25λ。但本题的难点和突破口则在于能否正确地画出波源左侧的第一个波的波形图。抓住题给条件中的关键——“S点向上运动经平衡位置”，可知波源左侧的第一个波的波形图应如图8(a)所示。于是便知道向左的第19个波形也是如此形状，最后再向左画3/4个波，便知P在波峰位置［图8(b)］。同进，右侧第一个波形（应和左侧对称）、第18个波形画出来了，再向右画出1/4个波，于是便知Q点在波谷位置了［如图8(c)］。
附图
图8
不同学生的学习风格是不同的，有的习惯于抽象思维，凭借抽象的文字、符号进行思考分析，进行逻辑推理，我们不妨把这种思维归到逻辑思维类型中。有的则习惯于形象思维，就是当出现了具体形象图画、图表、电影时，他的思维才空前的活跃、敏感，能从图像中领略到比别人更多的东西，我们可以将这种思维归到形象思维类型中。每一种思维侧重类型各有自己的优势和不足，我们要在教学中发现个体间的差异，扬其长补其短。如果你已经是“印刷符号型学习者和语言型学习者”，请用图像和声音来强化学习信息，因为图形包含的信息量远大于文字或语言。如果你已经学会读图、看图，请进一步学会自己画图，用各种图来描绘你大脑中形成的物理图景，因为你在动手做，手在大脑的指挥下运动，运动的成果，以及各种感觉器官的协同动作，又反过来刺激了大脑的活动，你的亲身体验使你身心愉悦，头脑兴奋而清醒，学习效率大增。在物理图的帮助下，你一定会学得更好。