物理中的数学思维

物理中的数学思维（共12篇）

物理中的数学思维 篇1

一、引言

物理是一门最基础的自然科学, 其研究内容重要是自然界中非生命物质的一般自然规律, 因此物理在人类认识自然的发展中扮演着非常重要的角色。在科学史的发展过程中, 物理和数学关系极为密切。关于物理问题的思考导致了许多数学理论的出现, 比如变分方法的创立是为了解决物理上的“最速降线”问题。同时, 数学的发展也推动了人类对物理理论的建立, 比如黎曼几何和群论的建立为后来的广义相对论和粒子物理的建立提供了关键的数学工具。因此可以说, 物理和数学是密不可分的两门学科, 今天的各种物理理论几乎都要用一套严格的数学语言来表述, 因此在物理的学习中, 对数学工具的灵活运用就非常必要。培养学生把物理问题转化为数学问题的能力, 运用数学知识进行推理、计算是物理教学的重要环节。

本文将初步讨论在中学物理教学实践中, 如何更好的运用学生已有的数学知识, 并培养正确的数学思维来促进对物理知识的掌握和运用。

二、在物理教学中首先掌握好数学语言的应用

物理内容的表述有两种语言形式, 一种是文字语言, 这是帮助学习者理解物理情景, 提高学习效率的语言阐述。另一种是数学语言, 物理中概念、规律、因果关系及物理问题的运算等, 除了文字叙述外, 一般都通过数学符号、数学公式及其推演和几何图像等数学语言表达。因此, 只有在物理教学中准确、多方面地运用数学语言, 把数学融入物理, 才能使学生对概念、规律真正理解和应用。第一, 在物理教学中在使学生弄清文字表述、公式表达、图像描述三者间关系的基础上, 引导学生运用数学语言思维、表达、推理和论证, 让学生尽早实现从运用文字语言到运用数学语言的转变。第二, 在物理公式推导过程中和解答运算过程中, 也应力求用准确的数学语言和规范的数学推算来充实讲解。如从“平均速度”过渡到“即时速度”的讲解过程中, 需要运用数学中“极限”的知识。第三, 从物理实验抽象出数学形式, 引导学生把物理概念上升到数学概念加以理解。

例如, 在进行阿基米德浮力定律的时候, 在简单介绍完这个理论的发现历史之后, 教师可以首先阐述这个定律的文字“浸在液体里的物体受到向上的浮力, 浮力大小等于物体排开液体所受重力。”然后, 写出这个定律的公式F浮=ρ液g V排, 接着讲解其中各个物理量的物理意义。最后通过实验强化学生对这个定律的理解。

三、把物理问题转化为数学问题

表述物理概念及定律可以用数的运算, 代数式, 函数及图象等数学知识和数学方法, 便于学生理解其物理内涵, 并把数学思维方法迁移到解决物理问题的过程中去, 从而促进物理知识的学习。

用数学知识理解物理概念, 物理概念分为两类:一类是只有质的规定性概念, 如运动、静止、磁场等;另一类不仅有质的规定性, 还有量的规定性, 这类概念叫做物理量。如速度、密度、功、压强、比热容、电流等。物理量中有两种模式与数学运算关系密切。其一为分式模式。即“单位……的……, 叫做……”。把一个物理量当成分母, 并且取相同的量, 也就是取单位数量, 把另一个物理量当成分子, 比较分子的大小就能比较物理量的大小或强度。如:密度为单位体积某种物质的质量。电流强度为单位时间内流过导体形横截面的电量。其二为积的模式。如:功等于力跟物体在力的方向上通过距离的乘积。公式为:“W=F·S”。运用数学知识去理解物理量的概念内涵才能够全面, 准确地把握住概念。

四、解决物理问题时渗透和运用高等数学知识

应用高等数学知识解决物理问题, 在中学物理的电学中还有一个电阻匹配问题, 已知电源电压为r, 内电阻为R, 求负载电阻多大时, 输出功率最大?这个问题在中学时只要求大家记住一个结论:就是当R=r时, 输出功率最大。但很多同学都要问为什么, 这个问题实际上是高等数学中的极值和最值问题, 通过高等数学知识的学习, 我们知道, 在实际问题中, 求函数的最大值或最小值就是先求该函数的导数, 找出使导数等于零的自变量的取值, 然后求出相应的函数值即为最大值或者最小值。

所以, 当R=r时, 输出功率P最大。

运用数学解决物理问题不仅要具备系统的数学知识, 还包括掌握好一些数学方法。如:数学上要求或证明某一个问题, 可设一个条件, 在求和证明的过程中可把这个条件去掉, 物理中解决某些问题时也采用这种方法。

在研究物理时数学是作为工具使用, 切忌把物理问题“数学化”, 数学有它的内在特点, 物理有自身特定内涵, 用数学模式硬套物理问题就要造成错误。

例:密度公式为ρ=m/v从数学的角度讨论, 密度与物体质量成正比, 与物体体积成反比, 而密度是物质的一种特性, 它由物质种类决定, 故前面用数学讨论错误。

五、结束语

数学是物理定量分析的重要工具, 因此中学物理教师应该着重培养学生运用初等数学来解决物理问题的思维。作为教育者也应该经常从学生角度和学生理解能力出发, 对物理教学中的数学方法进行深入思考和理解, 从而培养起学生的科学思维能力。

在物理教学中要充分利用好数学思维就要根据物理问题恰当地选择运用数学知识, 在引导学生用数学解决物理问题时必须注意物理知识的内在特点, 不能盲目瞎套, 要找准物理问题与数学知识的联系, 防止数学方法在解决物理问题中的负迁移作用。

摘要：在高中教学实践中, 物理这门课程, 使得部分同学感觉压力陡增。其原因, 除了物理学科自身的艰深外, 物理学习中的数学方法的运用, 也是容易导致学生困惑的一个重要因素。物理学是一门自然学科, 它是探究物质的结构和基本运动规律的科学, 是研究大自然普遍规律的一门科学, 学好物理学能帮助我们认识和改造世界, 高中物理虽然与其他学科有区别, 但是同时也存在着重要的联系。其中, 物理与数学的联系最为紧密, 数学方法是物理学的进行科学研究和分析的理论工具。本文主要从对数学思想的描述, 数学语言以及数学知识的应用方面阐述数学方法在物理教学中的运用, 以此为学生学好物理提供了一种方法和途径。

关键词：物理教学,数学方法,数学思维

参考文献

[1]韩长明.如何使物理演示实验取得更好效果[J].大学物理, 1993, 12 (3) :38.

[2]宋秀英.高等数学在物理学科领域中的应用[M].科技文汇, 2006 (10) .

[3]周庆平, 李伶利.谈数学思维与物理教学[J].教育与职业, 2006 (6) .

[4]冯立华.例说数学思想方法在物理解题中的应用[M].数理化教材研究, 2005 (11) .

[5]张绍民.浅议数学知识在物理教学中的应用[M].洛阳师范学院学报, 2002 (5) .

物理中的数学思维 篇2

尽管摆在我们面前的物理习题浩如烟海，模型花样翻新，可谓五花八门，但其设计方法，大都采用变式，即依据提出的曲型（或理想化）模型交替变更提供材料的形式，设计新的模型，以显示其物理本质。其目的在于帮助读者扩大视野、加深理解、巩固知识、增强思维变通性，进而促进创造性思维能力的发展。

学生在练习中遇到新模型时感到陌生棘手，其思维障碍在于不善于把貌离神合的新模型与典型进行比较，去认识和把握新、旧模型物理本质上的共性，从而望题兴叹，无处下手。对此，教师应当通过组织有效的习题教学，帮助学生在形态各异的模型分析和对比中，抽象出共性，洞察共同的物理本质，从而跨越思维障碍，促进其创造性思维能力的发展，实现由知识到能力的质的飞跃。

譬如：在动量守恒定律的教学中，课本中的典型模型多是以两个相互作用的小球为例来展开讨论的，但在设计试题时，却在不改变系统物理本质——动量守恒适用的条件不变的前提下，把球魔术般地演变为各种形状的物体。请看 例1 A、B两小车质量都为m，它们静止在光滑的水平轨道上，一质量为m的人先从A车跳到B车，而后又跳到A车，来回几次手，人又跳回A车，则此时

A.A车和人的动量大小等于B车动量大小。

B.A车和人的速率小于B车速率。

C.在此过程中，两车和人的总动量守恒。

D在此过程中，两车和人的总动能守恒。

在这里，习题所提供的模型与课本提出的典型小球相比，已面目全非。但我们若把题中A车与人视为甲球，把B车视为乙球后，就不难发现，人在两车之间尽管来回几次跳来跳去使人眼花缭乱，这不过是施行障眼法，借以扰乱你的视线，干扰你的定势思维。其物理本质是：人从两车间跳来跳去仍等效于两球的相互作用，仍未跳出动量守恒定律，照样适用这一物理本质上的共性。一旦明确了这一点，学生的思维就立即变得开朗流畅，其结论显而易见：A、B、C正确。

例2 质量为m的光滑斜面静止在光滑的水平地面上，另一质量为m的滑快A以初速度V滑上斜面底端：

A.若能越过斜面,则它落地速度为V。

B.若B不能越过斜面，斜面速率小于V/2。

C.若A不能越过斜面，则它滑回到地面时速度与初速方向相反。

D.若A不能越过斜面，则它滑回到地面时，斜面速度为V。

对于此题，同样地，我们仍可以把滑块A和斜面B等效为两个质量相等的弹性球相作用，它们遵从的物理规律（动量、能量守恒）仍不变，即二者在相互作用中不断地传递着动量与动能，而系统总动量不变。由此，读者很快即能得到答案：B、D。

可以说，变式的运用几乎所有中学物理习题里都得到体现。如在电磁感应教学中，关于楞次定律的应用习题，其母式（典型模型）是以条磁铁与线圈的相互作用来展示其物理性质的。

例3 如附图，闭合金属圆物从高为h曲面顶端自由滚下，又沿另一面滚上，非匀强磁场沿水平方向，环平面与运动方向均垂直于磁场，环在运动过程中磨擦阻力不计，则：

A.环滚上的高度小于h。

B.环滚上的高度等于h。

C.运动过程中环人有感应电动势，无感应电流。

D.运动过程中环内有感应电流。

上面例中，我们看不典型模型中的磁铁与线圈了，可谓面目全非。但我们把它与典型模型加以比较，对其进行去伪（表面形状）存真（物理本质）的分析，就不难看出其共同的物理属性而显示出其庐山真面目。在例3圆环从曲面自由滚下又沿另一曲面滚上的过程中，同样等效于一条形磁铁一端靠近或远离线圈的情形。根据楞次定律，感应电流的磁场择引起感应电流磁场变化的阻碍作用。当它滚至最低点时的速度必小于没有磁场时的速度；而在上升中同样受到阻碍作用，因而回升高度h′必小于h（若从能的转化与守恒定律考虑，其结果的产生更简捷，即mgh=mgh′+Q，所以hh′）故正确答案是A、D。

限于篇幅，仅举以上几例。

通过上述例析，我们可以得到这样一个解析通过变式的物理习题方法，都就是：反变式过程（从典型到一般）之道而行，从一般的模型中去发现、分析、对比，从中抽象与已知的典型模型所具有的共性——物理本质，然后选择反映这种物理本质的物理知识（概念、规律、理论等）进行解答。从这种“分析、对比、选择、解”答过程中去加深对所学物理知识的进一步理解和掌握，从而得到思维变通性的训练，进而促进创造性思维能力的发展。

浅谈物理探究思维中的类比思维 篇3

关键词 探究思维；物理；类比法

探究式教学在物理教学中得到了广泛的应用，探究式思维模式无论是在教材上、课堂上还是习题中都得以体现。伽利略的观察、实验、猜想、验证的探究思维方法也得到广大师生的重视、学习和应用。可以说探究式思维已成为教师授课方式和学生学习方式的首选。在科学知识日新月异的今天，在探究式思维中有一种方法是用已经掌握的知识帮助学习理解新的知识，它对提高学习效率，发展新能力，培养创新意识都有事半功倍的效果，这种方法在物理新教材中也多次出现，那就是类比思维方法

一、类比思维是一种创造性的思维形式

类比思维是根据两个对象在某些属性上相似而推出其在另一些属性上也可能相似的一种思维形式。其过程特点是：通过对两个不同的对象进行比较，找出其相似点和不同之处，然后以此为依据，把其中某一对象的有关知识或结论推移到另一对象上去。由此可见，运用类比思维，是以被研究的对象与被类比的对象是否具有相似性作为出发点，对相似关系进一步引深或重新构造，最后构建被研究对象的知识体系。这本身就是一个抽象思维，形象思维和直觉思维的创造性思维过程。比如，在磁场的学习过程中，指导好学生把磁场和电场的知识进行类比，不但能很快的掌握好磁场知识，而且能使学生更好的对比出电场和磁场的相似和不同以及各自的特点。在物理学的发展历史上运用类比思维取得重大成就的也不乏其人。如，托马斯*杨提出的光的波动说，是将光现象与声波、水波进行了类比提出的；狄拉克著名的“正电子”假说；是根据物质的对称性关系提出来的；卢瑟福原子结构的“太阳系模型，是将原子结构与太阳系类比提出的。库仑定律的确立更是类比思维方法直接得出物理定律和物理规律的成功典范。在库仑定律建立之前，人们已知带电金属空腔对空腔内的电荷没有作用力，有人将这一现象与质量分布均匀的球壳对壳内质点无作用力这一现象类比，猜测电荷力与万有引力相似，与距离的平方成反比。正是基于这一猜测，卡文迪许设计了相应的实验进行了测量，使库仑定律成为当今最精确的实验定律之一。因此，研究类比思维，重视类比思维对于全面训练学生的思维能力，培养学生的创造力具有重要意义。

二、类比思维在物理教学中的应用

类比思维法，虽然是一种非逻辑的思维方法，但却是最富有创造性的方法之一。通过类比，无论异同，都是思考问题的一个很好的切入点，都可以借助已知的熟悉的知识达到对未知的生疏的知识的某种理解和启发，起到由此及彼，触类旁通的作用。类比虽然不是逻辑论证，但可为新内容的阐述提供依托和支持，对十分陌生的东西很快有“似曾相识”的感觉，特别是对新遇到的难以说明的问题，一个恰当的类比往往能使人很快进入“柳暗花明”的境地。它可以使学生原有知识与新知识之间架起一座桥梁，因此，类比思维法在物理教学中可以有广泛的应用。

（1）可以加强对物理概念的理解。 我们知道物理量分为基本物理量和导出物理量，导出物理量需要用到一定的数学知识和物理属性，学生有时掌握的并不好。如在比值定义物理量时，学生对导出量中的几个物理量的正、反比关系的理解只从数学方面看，不去关注物理量的物理属性。在电场强度E=F/q和磁感应强度B=F/IL的教学中，就可以类比速度的定义V=S/t，利用学生对速度的理解，掌握好电场强度和磁感应强度，即E和B的大小均由被描述的物质本身性质所决定，与F和q或IL的大小无关，S/t、F/q、F/IL都是一个整体，不存在正、反比关系，目的就是把电场和磁场的强度进行定量化描述。

（2）可以进行物理规律的教学。 物理概念和规律是构建物理学大厦的基石，是教学中的重点，利用学生已有的知识和生活经验直接迁移到所学的内容上，使生疏、枯燥的概念和规律与大脑中原有知识发生同化，降低理解和思维的难度。如在讲电动势的概念时，电流通过电源时，电荷的电势能会增加，学生理解起来很困难。我们就把这个问题类比成儿童时期玩过的滑梯梯，上梯就类比为电荷通过电源内部，下梯就类比为电荷通过电源外部，很是形象生动，通俗易懂。学习电势能和分子势能时，可以类比重力势能，弹簧的弹性势能的规律，把看不见感觉不到的电势能和分子势能形象化、具体化，降低了思维的难度。

（3）可以提高分析和解决问题的能力。在解决物理问题时，经过一段时间的学习，学生对解决物理问题有了一定的认识和体会，这为学生进一步深入学习，解决比较复杂的问题打下了良好的基础，这时帮助学生做好积累典型、建立模型、提炼方法是非常重要的工作。有了这些可以帮助学生在解决复杂问题时能有一个有益的启迪，提供解决问题的基本模式或大体程序。所以，在物理教学过程中，我们有必要向学生介绍类比法，并通过一定的解题训练，使学生掌握这种方法，达到培养学生能力的目的，并可使学生终身受益。

三、类比思维要有丰富的知识作保障

类比法有助于创造性的解决问题，它只钟情于那些知识广博、联想丰富、直觉敏锐的学习者。光的粒子性被光电效应和康普顿效应所证实后，德布罗意在他的博士论文中以似乎纯粹类比的方法提出的物质波的猜测，实在超越了人们的想象力，以至于德布罗意本人也说，他的这些思想，很可能被看做“没有科学特征的狂想曲”。然而，在读罢德布罗意的论文后，愛因斯坦却说：“瞧瞧吧，看似疯狂，不过的确站的住脚。”可见进行类比的对象间有相似也有差异，类比不同于逻辑推理，其本质是猜想和推测，提供的只是可能性，不能代替理论分析和实验研究。类比是有条件的，局部性的，不能刻板的理解为一一对应，不能随意推广。

物理中的数学思维 篇4

在上古时代,当人们仰望星空的时候,就已经开始思考宇宙.宇宙是什么模样,又从何而来?西方人认为是上帝创造了世界;在东方则有盘古开天,女娲造人的传说.不同的古代文明对同样的问题给出了不同的回答,然而在今天看来,这些回答并不正确,其错误的根源在于人们仅凭自己的想象去解释自然,没有可靠的事实为基础.

而在古希腊时代,出现了一些非常聪明的人,其中最具代表性的就是亚里士多德.他学会了观察自然并加以思考,得到了许多结论.如,他通过观察月食现象并论证了地球是球形的,之后他又以太阳东升西落为依据,提出了“地心说”.由于封建社会禁锢了人们的思想地心说又恰好与圣经相吻合,所以亚里士多德的理论延续了近两千年.不过,在今天只把他划入思想家而非科学家一类,原因在于其理论有许多都与事实相悖,而最根本的原因是他虽然学会了观察与思考,但只观察了个别现象就草率地作出结论,当然很难得到普遍规律.

直到文艺复兴时期,人们的思想才开始逐渐被解放,从而出现了一批又一批科学家.哥白尼就是其中著名的先驱者之一,他通过几十年的天文观测提出了“日心说”.而他最重要的贡献并不是日心说本身,而是他在研究日心说时所使用的方法,即通过大量观测实验总结规律.随后在哥白尼的影响下,开普勒找到了行星运动的规律,伽利略发现了地上物体在没有阻碍时运动的规律.但新的问题随之而来,为什么天上的物体与地上的物体遵循不同的运动规律?自然与自然规律隐藏在黑暗中,上帝说:“让牛顿去吧,一切将随之变得光明!”牛顿坚信时间万物都遵循相同的规律,他站在巨人的肩上看到了万有引力与运动三定律.他还告诉我们之所以会看到千变万化的世界并不是因为它们遵循的规律不同,而是它们各自的初始条件不同.随后,在牛顿奠定的经典力学基础之上,热学、光学与电磁学发展得更加迅速.科学家们不断将过去认为是不同领域的学科统一起来,其中最具代表性的就是电与磁的统一.

不过到了19、20世纪之交,新的实验迫使人们重新开始认识宇宙.此时爱因斯坦发现了能更好描述时空结构的相对论,而以波尔为首的科学家们建立了可以精确描述微观世界演化规律的量子理论.但就像牛顿那个时代面临的问题一样,现在又如何将广义相对论与量子理论统一成一个更加完美的理论呢?

二、中学物理思维及数学工具地演变

物理学发展到今天,人们早已坚信宇宙万物都遵循相同的规律,考试也无非是将题目中所给的初始条件代入正确的自然规律并求解,绝不可能让考生在考试过程中发现一个新的物理规律.列出正确的方程是物理思维过程,求解则更注重数学能力.历史上常有物理学家得到方程后请数学家帮助求解的故事.

初中只学习了一些最简单的物理规律,在求解过程中用到的数学知识大多也是小学的数学.给学生的感觉往往是先代入一个公式算出一个量,再代入另一个公式算出另一个量,最后又代入一个公式算出结果.而到了高中学物理时,大部分学生都会觉得教材上的公式和习题并不复杂,但做起题来总是不顺.用一个公式列出方程又发现有多个未知量因而难以求解,容易陷入先用一个公式求一个量,再用一个公式求另一个量的怪圈中.这种思维方式多是小学数学或小学奥数遗留下来的,而到了中学(特别是高中)以后,这种思维必须作相应的调整.

分析物理问题应先从最基本的地方入手,如,对力学题一般先进行受力分析,对电路题先分析其电路结构等,再根据其遵循的规律列出相应的方程组联立求解.在列方程时除了依据基本公式以外,还有数学关系(特别是几何关系)及隐含条件.不妨把题中已给明的条件称为第一类初始条件.常见的隐含条件称为第二类初始条件,其标志词一般为“恰好”,如,物体恰好通过竖直平面内的圆轨道等.而还有些隐含条件是结合该题目特点而给出不常见的隐含条件,称为第三类初始条件.这类隐含条件一般需要先对系统的演化情况作出正确地分析找到其中关键的环节后,用物理思维将其表述成数学的语言,从而得到更多方程与其他方程一并联立求解.

丁肇中曾经说过:“学物理并不是要背多少公式,做多少难题,关键是一种物理的思维.”而这种思维的精髓就在于对实际问题进行分析后,抽象出其中的关键部分,并将其表述成数学的语言.回顾那些伟大的物理理论,其中都一定有巧妙地物理思维,科学大师总能抓住问题的本质并翻译成优美的数学语言.对隐含条件的理解正是物理思维的体现,不过冰冻三尺非一日之寒,培养物理思维是一个长期的过程.切不可仅仅为了提高成绩盲目地采用题海战术,只为在考试中能遇到原题或相似题.这样不仅违背了学习物理的本质,还极容易禁锢学生的思维,把兴趣和想象力都扼杀在摇篮中.

与此同时,数学能力也非常重要,物理从初中过渡到高中之所以很多学生难以适应,其中有个重要的原因就是高中解物理题很多时候都需要联立方程组进行求解,而在初中则很少遇到需要联立方程组求解的问题.物理学在发展的过程中,其运用的数学工具也不断在发展.如果平常忽略了数学能力的训练,考试时列出方程后往往就会感到束手无策.

物理中的数学思维 篇5

引言

如何培养面向21世纪高素质创新人才，根据大学物理课程的要求，结合我校大学物理课程的教学实践和我校的授课大学生的心理状态和他们对大学物理课的认识。在对大学物理课程教学内容讲解的过程中加入了一些物理思想、“政治思想教育工作”————物理学家的故事、物理学各分支的发展历史、物理学前沿科学发展情况、就业方向、考研信息等的传播。极大的增加了学生的学习兴趣和思想认识。

一、物理学中体现的思维美。物理学从表面看好像是枯燥乏味的。然而它却具有一种隐蔽的、深邃的、持久的美，一种理性的美。以至历代各国的一些物理学家们在探究物理学的过程中，无一不对物理学的思维赞不绝口。有人说物理学的思维是启迪思想和明晰思想的重要源泉之一，是自然科学、社会科技发展的动力之一，这是不无道理的。通过多年的物理学学习，深知物理思维的重要，以至于在大学物理课的教学过程中慢慢的、一点点的把物理思想渗透给学生。我觉得这比教给他们知识更重要。

二、激发学生学习物理学的兴趣。对于我校来说，我们面对的学生是一些非物理专业的理工科学生，他们自认为学大学物理课程对他们来说无论对于眼前的学习、还是将来的工作都是没有什么用处的，这使我们的教学陷入了一种被动的状态。根据多年的教学经验及上课的观察以及课后与学生们的交谈，了解了他们的想法后，在物理课堂上，尽量做到使学生对所学的课程感兴趣，使他们明白为什么学本门课程，以及对后续课程的学习有哪些影响。即学习之前先让他们明确学习目的，知道完成本课程后应达到什么程度。例如，对于电子信息专业的学生，在上课时告诉他们学好大学物理课是学好电路分析的基础，又是学好数字电路和模拟电路的基础等。对于机械工程专业的学生来说，大学物理课是学好理论力学的前提。等等。这样学生们做到了心中有数，在学习大学物理课程的时候，目的明确、有的放矢、变被动为主动，大大的增加了他们的学习兴趣。其次，教师要精心教学、创新教学。教学过程中师生的情感交流总是伴随着知识信息的传递、接受及反馈过程互动的。在教学过程中，教师在明确学生为教学主体的前提下，结合学科教学任务的要求和教学活动性质特点，精心设计教学活动教案，改变传统的灌输式、问答式教学模式，用饱满的热情，和谐、宽松、充满信任的教学氛围和学生共同学习。让学生在这种氛围中积极讨论交流、探究、大胆尝试，使学生在学习过程中意识到自己的主体力量，从而形成强烈的创新意识和动机，最大限度地开发自我潜在的创造能力，增强学生创新精神。在过去的教学过程中，教学组织形式单一，学生认识活动高度程序化，教学模式单一，甚至完全与实践活动脱节，不利于学生情感意志和创造力培养。应重视实践，从而在实践中培养学生的创新意识和创新能力，达到学以致用的目的。这就要求教师在教学过程中，要善于培养学生的创新思维，在选择教学内容、教学手段和教学方法等方面，要用新奇、独特的方式呈现给学生。以增加学生的学习兴趣。再次，教师要因势利导，鼓励学生敢于从不同的角度思考问题，从而探索出解决问题的最佳思维方法。最后，要在教学过程中恰当的使用幽默感，使学生在轻松的学习气氛中记住重点、理解难点，从而收到较好的教学效果。这一点我深有体会。要做好这点需要相当的功夫。我认为“教经验比教知识更重要”，尤其学习大学物理课程，不仅仅学习其中的知识，更重要的是学到处理问题、解决问题的物理思维方法，用物理人的特有的思维方式思考问题、解决问题。有的学生的认知能力很强，书上有的内容，他们预习后就完全能够理解，对于这样的学生就更应该强调物理思维的重要。而对于一些难点、不易理解的内容，用例子的形式或用物理学家的故事，把它们由浅入深地讲授。例如，在讲解爱因斯坦狭义相对论中的“时间延缓”一现象时，许多学生不明白“运动的时钟变慢”这一概念。我通过“双胞胎兄弟的故事”，把这一问题讲得既透彻又明了。学生一下就接受了。同时我在教学过程当中，不失时机的抓住机会，将他们身边熟悉的教师的工作与学习经验、方法融汇进课堂，使学生每一堂课都有所收获，永远保持新鲜感。

三、提高教师队伍的专业素质。提高教师专业理论素质和业务工作能力，使教师的教学理论和专业知识及时跟上社会的发展、适应时代的要求。教学第一，要热爱教学、精心教学、创新教学；不断更新我们的知识、提高我们的水平。知识和水平不是光靠看书或学习就能看得出来或学得出来的，还要靠自己的实践。这就要求教师要参与到各种科研活动当中去，使教师成为学生的学术导师。

四、根据物理课的特点及学生特点因材施教。目前，课堂教学基本上是满堂灌，师生交流少，极易造成少数学生因前期知识欠佳，越压越多从而影响后期的学习。造成这个结果的原因，我认为一个是课程安排的原因，一个是教师的教学方法的问题。提倡压缩课时，所有的同学一样对待，我认为这种方式不一定适合我校有的专业。原因是我们的学生生源不如教育部直属院校，特别是有的专业有专业对口升学的学生，他们没有学过高中物理、高中数学接受起大学物理课程来相当困难。这就造成了他们对大学物理课学习的恐惧。我在教学过程中注意到了这一点，经常利用课后时间与这样的学生交谈，答疑，增进了我们师生的感情，增进了他们学习的信心。使他们因我而乐于学大学物理。另外，我认为还应根据各非物理专业的不同特点，大学物理课程的设置重点应有所不同。例如，电子信息专业的学生，在大学物理课程当中，电磁学的知识面应该广一些、难度应该深一些。机械工程专业的学生，在大学物理课程当中，力学知识应该多一些。等等。这样，有的放矢的教学，对于学生将来的某些专业课程的学习是非常有好处的。

五、思想工作的重要作用。目前高校普遍存在着一种现象——厌学。这是因为学生对前途的迷茫以及对现状的不知所措所造成的结果。对于大多数学生来说，毕业就业形势情况和考研各方面的信息是不易获得的信息。在授课过程中我偶尔插入了这方面的内容，发现反映很好。就此机会，告诉他们将来的社会需要的是高素质的复合型人才既具有扎实的专业基础知识又具有实用的应用技术能力的人才。建议他们利用假期时间走出校门进行社会实践。对于就业信息的采集与社会实践的实施，我认为最好由学校组织这项活动。以保证信息的全面准确。这些信息最好在新生入学时就传递给他们，使他们从低年级就有紧迫感，从而能积极主动地完成学业。社会实践由学校组织，目的性、安全性会大大地增加。毕业时我们的学生在经验方面会比其他院校的学生更有优势。就大学物理课程而言，掌握好物理思想，具有了这种思想，办起事来，会更得心应手，人比较大气，会具有高瞻远瞩的眼光，容易干成大事业。例如，我校的党委书记、校长、人事处长、教务处长等等的人都是物理专业毕业的人才。通过细小的事、身边的人的真实事迹，使学生们确实感到学习大学物理课程的重要性。大大的增加了学生们学习大学物理课程的动力。

物理中的数学思维 篇6

【关键词】物理模型思维法  高中  物理  教学

模型思维法对于高中物理课程的教学可以起到非常好的辅助效用。合理的构建物理思维模型不仅能够化解很多知识点理解上的障碍，这也能够帮助学生在很多问题的解答中找到好的突破口，进而更为灵活的展开对于相关知识的应用与实践。教师可以结合很多知识的教学来有针对性的构建物理思维模型，也可以在很多具体问题的分析探究中用模型来指导大家思维过程的良好展开。这些都会为知识教学效率的提升带来极大推进作用。

一、提升学生对知识的感性认知

物理模型思维法的应用首先可以很好的提升学生对于知识的感性认知，这一点对于物理课程的教学非常重要。课堂上研究的很多内容都是基于对于一些特定状态的构建，尤其是对于很多物体的运动过程的研究，这首先需要学生们能够对于物理的运动方式形成感性认知。如果单纯靠教师的口头讲述，学生们对于这些动态过程很难有直观领会。然而，借助思维模型的构建则能够很好的化解这一障碍。教师可以透过一些相关模型来模拟具体的运动过程，并且有针对性的对于学生的思维展开引导，让大家能够更好的想象物体的运动过程与运动方式。当学生们对于这些内容能够形成感性认知后具体问题的研究才能够进一步展开，这也是对于知识教学的一种很好的辅助。

以下述问题的研究过程为例。垂直固定在水平桌面上的等距螺旋线圈，其长度为L，总高度为h，并将铁质小球穿在线圈上，小球从静止开始，进而无摩擦自由滑下，求出小球从最高点到桌面所用的时间。对于这一问题情境单纯从文字上来体验学生很难在脑海中清晰的构建这一运动场景，学生头脑中的情境相对也十分模糊。教师可以给予学生一些有效引导，可以让学生尝试应用“无限分割法”进行思考。让学生将螺旋线分割为多个长度相等的小段，并将每一小段的曲线想象为由直线构成的微型斜面，进而将整个螺旋作为若干斜面的组合体，然后便可将等距的螺旋线圈作为光滑的斜面模型进行思考。这一思维模型的构建很好的化解了学生思维上的障碍，这也帮助大家迅速对知识形成感性认知，大家对于问题的解答也会更准确。

二、促进学生思维能力的发展

物理模型思维法的另一个显著功效便是能够很好的促进学生思维能力的发展与锻炼，这一点对于物理课程的教学很有意义。很多具体的知识点在分析与讲授时往往需要用到一些基本模型，随着学生接触的知识不断增多，这些模型的种类也变得丰富起来。学生有时候会对一些相关模型造成混淆，对于每一个模型间的差异会难以区分。对于这一问题教师可以有针对性的给予学生一些引导，可以透过对知识的梳理来帮助学生避免认知上的混乱。这不仅能够巩固学生对于知识的掌握程度，这也是对学生思维能力发展的一种有效促进。

例如，在复习教学中，教师可以引导大家对轻杆、轻绳和轻弹簧当中的力学进行基本模型的整理，进而形成相应的概念性模型。细绳指的是不计质量的柔性体，较容易发生弯曲，仅能够从长度方向进行相应的拉伸操作，并且长度延伸的尺度极不明显。而比较常见的弹簧为一类不计质量的弹性体，存在明显的压缩或是拉伸形变，对物体既存在拉力还具有推力，但弹簧的弹力并不会出现突发性的改变;轻杆为一类不计质量的刚体。因为杆具有拉伸和压缩变形的特性，所以存在推力或拉力。这三种模型是学生最容易弄混淆的。透过这个对比过程不仅能够帮助学生很好的区分三者间的差异，这也会很好的提升学生的思维能力。

三、提升学生的知识类比与迁移能力

提升学生的知识类比与迁移能力是物理课程的教学中一个非常重要的目标，物理模型思维法的合理渗透则能够很好的培养学生的这方面能力。随着学生课程学习的不断深入，大家会越来越直观的感受到知识点间的相互联系，对于一些概念以及知识要点也很容易发生混淆。教师可以透过相关模型的对比或者是相似模型的共同作用来引导大家深化对于这些内容的理解与感知，这也是帮助学生区分知识点间的差异的一种有效模式。最为重要的是这将会很好的促进学生对于知识的类比与迁移，进而全面提升学生的综合物理素养。

如在进行磁场相应内容的学习时，教师可以有意识的将其同电场概念相结合，因为磁场当中的磁极和电场电荷存在相互作用力，对于学生思维体系的形成具有较大的帮助。另外，在建立相应的物理规律和概念的模型时，教师可以结合学生生活中的常见场景，以及所学的规律和知识进行类比迁移或是比较，结合不同思维方法的应用，提高学生分析问题的能力。这不仅是对于物理模型思维法的一种很有效的应用，这个过程也会帮助学生更好的构建自身的知识体系，并且深化对于学生知识类比与迁移能力的培养与锻炼。

【参考文献】

[1] 王治国. 高中物理教学中课堂论坛的构建与应用[D]. 苏州大学，2008.

[2] 包莉. 图在高中物理教学中的应用研究[D]. 苏州大学，2009.

浅析物理解题中的思维定式障碍 篇7

1.引用旧经验、旧知识时的思维定式障碍。

初中生在学习物理以前, 其生活经验已经形成了一些对事物和现象固定的看法, 即形成了一定的思维定式, 这些先入为主的观点有些是正确的, 但相当一部分是错误的, 那些错误的生活经验干扰了他们对物理本质的认识, 在具体解题中导致错误。

例1用弹簧测力计拉着木块在水平桌面上做匀速直线运动, 若使木块运动的速度增大, 且仍在原桌面上做匀速直线运动, 则弹簧测力计的示数 ( ) 。

A.小于原来的读数

B.跟原来的一样

C.大于原来的读数

D.无法判断

错误解法:选C。

错误剖析:上述解答似乎顺理成章, 理由是速度增大了, 物体所受的力肯定变大 (学生根据生活经验) 。这种解法未考虑到木块作匀速直线运动的性质, 木块在水平方向只受到两个力的作用 (即弹簧测力计对它的拉力及地面对它的摩擦力) , 因它做匀速直线运动, 所以这两个力为平衡力, 它们大小相等、方向相反, 由于地面对木块的摩擦力未变, 故弹簧测力计对它的拉力大小也不变。

正确解法:选B.

2.运用公式解题的思维定式障碍。学生在学习物理时往往会出现死记公式的情况, 缺乏对公式深层次的理解, 特别是不重视公式的适用范围或公式中物理量的含义, 不能形成良好的认知结构。具体表现在解题时, 把各个物理量张冠李戴, 导致错误。

例2电路如图1, 总电压U=12V, 总电流I=0.6A, I1=0.4A, R2=40Ω.求:R1, I2。

错误解法:R1=U/I1=12V/0.4A=30Ω,

I2=U/R2=12V/40Ω=0.3A。

错误剖析:上面的解答根据欧姆定律得出, 似乎无懈可击, 其实缺乏电路的具体分析。式子R=U/I1中的U代入的是总电压, 而在本题中总电压并非等于R1两端的电压, 因为滑动变阻器R也要分去一部分电压, R1两端的电压小于总电压U, 因此根据式子R1=U/I1算出R1是错误的。同理根据I2=U/R2算出I2也是错误的。

正确解法:不要考虑整个电路, 只要考虑R1、R2并联的那部分电路。

I2=I-I1=0.6A-0.4A=0.2A,

U2=I2×R2=0.2A×40Ω=8V,

U1=U2=8V,

R1=U1/I1=8V/0.4A=20Ω。

3.应用实验结论的思维定式障碍。物理课中有较多的演示实验和学生探究实验。有的学生的注意力停留在观察到的实验现象上, 缺乏对实验所得出结论本质的理解。因而当条件发生变化时, 仍用旧的实验结论进行分析, 得出错误的结论。

例3下列说法中正确的是 ( ) .

A.水可以在80℃时沸腾

B.水只能在100℃时才沸腾

C.沸腾的水一定比不沸腾的水温度高

D.水达到沸点就沸腾

错误解法:选B或选D。

错误剖析:选B的同学认为在实验中水在100℃时沸腾, 平时也经常说水在100℃烧开。选D的同学则认为水达到沸点就沸腾这是很正常的, 在实验时, 水的温度达到沸点就沸腾了。实际上这两类同学在解题中均为实际表象所蒙蔽, 忽略了实验的条件, 水的沸点是和气压有关的, 在1个标准大气压下水的沸点是100℃。 (在做实验时, 当时的气压近似认为1个标准大气压) 如果气压改变了, 水的沸点也就改变了, 因而水不一定在100℃沸腾, 选B是错误的。同时水沸腾要满足两个条件: (1) 水的温度达到沸点; (2) 要继续吸热。这样选D也是错误的, 它少了水沸腾的第2个条件。

正确解法:选A.当气压减低到一定程度时, 水可以在80℃时沸腾.

4.理解和掌握概念的思维定式障碍。物理学中的概念定律都有其特有的定义范畴, 学生对某些概念及定律没有从本质上进行理解和掌握, 只停留在概念的简单记忆上。在具体应用时, 往往牵强附会, 对物理概念的理解产生偏离, 造成错误。

例4质量为8.9kg的正方体铜块 (ρ铜=8.9×103kg/m3) 放在面积0.5m2的正方形桌面的中央, 铜块对桌面的压强为多大? (g取10N/kg)

F=G=89N,

P=F/S=89N/0.5m2=178Pa。

错误剖析:做以上解答的同学没有弄清压强的概念。根据课本压强的概念“把物体单位面积上受到的压力叫做压强”, 这个面积是指受力面积, 而在本题中桌面的面积并非是铜块作用于它的受力面积。

正确解法:铜块体积V=m/ρ=8.9kg/8.9×103kg/m3=10-3m3, 可得正方体铜块的面积S=10-2m2, 这个面积才是桌面的受力面积。

所以铜块对桌面的压强P'=F'/S=89N/10-2m2=8900Pa。

5.利用数学知识解题的思维定式障碍。物理和数学是紧密联系的, 数学是学习物理的工具和基础, 但数学和物理是有区别的。有的学生从纯数学的角度来考虑物理问题, 无视物理内涵而把数学的思维方法一成不变地迁移到物理上, 导致错误。

例5下列对公式R=U/I的说法中, 正确的是 ( ) 。

A.导体的电阻跟电压成正比

B.导体的电阻跟电流成反比

C.当导体两端的电压为0伏时, 电阻也就等于0欧

D.导体的电阻可用导体两端的电压和通过导体的电流的比值来表示

错误解法:选C。

错解剖析:选此答案的同学认为, 从式子R=U/I中, 根据学过的数学知识, 当U=0V时, R也等于0Ω。实际上这些同学片面地从数学角度来考虑, 在本题中, 导体的电阻是导体身的一种属性, 它和导体的长度、横截面积、材料和环境温度有关, 而跟加在它两端的电压无关, 也就是说加在它两端的电压为0V时, 电阻R保持不变。

正确解法:选D。

6.分析物理过程的思维定式障碍。有些教师在平时教学中不注重物理过程的分析或淡化物理过程的教学, 不讨论和研究概念、定律的来龙去脉, 直接给出公式或结论, 形成了“重结论, 轻过程”的教学方法, 这种缺乏物理过程的教学方法, 往往导致学生思维狭窄封闭、缺乏灵活性、变通性, 对稍复杂的问题就束手无策。

例6如图2所示, 放在水平桌面上的物体, 在力F1、F2的作用下作匀速直线运动, 关于F1和F2的大小关系, 下列说法正确的是 () 。

A.F1>F2

B.F1=F2

C.F1

D.以上答案都有可能

错误解法:选B。

错解剖析:选上述解答的同学理由是该物体在水平桌面上做匀速直线运动, 所以在水平方向所受的力应该是平衡力, 由此得出F1=F2。实际上这样考虑的同学没有仔细分析物理过程, 忽略了桌面对物体摩擦力的作用。在题目中未注明水平桌面是否光滑, 因此在水平方向该物体可能受到三个力 (F1、F2及摩擦力) 。F1有可能等于F2, 也有可能不等于F2。

正确解法:选D。在题中没有给出水平桌面是否光滑, 若水平桌面是光滑的, 则在水平方向只有F1和F2两个力作用, 且两力平衡, 可得F1=F2;若水平面是粗糙的, 同时物体向右做匀速直线运动, 则物体还受到一个向左的水平摩擦力f (如图3a) , 物体在水平方向受到三个力的作用 (F1、F2、f) , 根据力的平衡条件, 可得F1=f+F2, F1>F2;反之, 若水平面是粗糙的, 且物体向左做匀速直线运动 (如图3b) , 同理可得, F1

7.采用逻辑方法解题的思维定式障碍。

物理解题中的逻辑方法很多, 如联想、类比、演绎、归纳等等。正确运用逻辑方法, 对我们解题有很多帮助, 往往能达到事半功倍的作用。但若运用不当, 也会导致错误。

例7若加在某一定值电阻两端的电压从6V增大到12V, 通过该电阻的电流相应变化了0.3A, 则该电阻消耗的电功率相应的变化是 ( ) 。

A.1.8W

B.3.6W

C.5.4W

D.7.2W

错误解法:选A, 根据△U=12V-6V=6V, △I=0.3A, 所以得到△P=△U×△I=6V×0.3A=1.8W。

错误剖析:上述解答看上去符合逻辑推理, 实际上是错误的。我们可以进行下述推导。

△U=U2-U1, △I=I2-I1,

得到△P=△U×△I= (U2-U1) (I2-I1) =U2I2-U2I1-U1I2+U1I1,

而实际的电功率的变化是△P'=P2-P1=U2I2-U1I1显然△P≠△P'。

正确解法:I1=U1/R=6/R,

I2=U2/R=12/R,

△I=I2-I1=12/R-6/R=0.3A,

即:6/R=0.3, R=20Ω。

I1=U1/R=6/20=0.3A,

I2=U2/R=12/20=0.6A,

△P=U2I2-U1I1=12V×0.6A-6V×0.3A=5.4W。

应该选C。

上面分析了几种在物理解题中常见的思维定式障碍, 作为教师应该多方面、多途径克服其消极影响, 通过课堂教学、物理实验、习题练习等不断引导学生正确解释身边的物理现象, 深刻理解物理规律及其本质, 使学生形成一种科学的学习习惯和研究方法, 这样有利于提高学生科学思维能力, 有利于学生掌握新知识。

物理教学中的思维能力培养 篇8

一、加强概念、基本规律教学, 形成知识逻辑结构———思维起点

物理学科是由基本概念、基本规律、基本方法组成的。概念、规律、方法间是相互联系的, 不同的概念、规律方法之间也是相互联系的, 从而形成了学科的知识和逻辑结构。爱因斯坦说:"科学力求理解感性材料和知觉材料之间的关系, 也就是用概念来建立一种逻辑结构, 使这些关系作为一种逻辑结果而纳入到这样的逻辑结构"。因此, 物理教学也要从基本概念、基本规律出发, 而不能仅仅要求学生掌握公式, 并会套用解题。而应该是从知识网络的搭建整体考虑, 以此为出发点, 最后通过习题的训练回归到这一点, 这样才能够使学生脱离题海战术, 以高姿态看这些知识、习题。这样也利于学生对知识的理解和解题能力的提高。在高中物理教学中, 只要能搭建起这个知识网络, 力、运动、电、磁等之间的联系就能了然于心。

二、复杂问题简化、实际问题向物理模型转化———思维方向

华罗庚先生说过:"把一个比较复杂的问题'退'成最简单最原始的问题, 把这最简单最原始的问题想通了, 想透了, 然后再来一个飞跃上升。"这是一个十分精辟的思维方法, 用这种方法解决问题, 不仅可以培养学生良好的心理素质, 使之遇"新"不惧, 还可以使学生养成良好的解题习惯。

在高中物理中会遇到很多的物理现象、物理情景, 然而在学习解释这些现象的知识的过程中都是独立的, 如平衡、各种形式的运动、碰撞、爆炸、反冲等。物理学所分析、研究实际问题往往过程很复杂, 通常是这些独立情景的组合, 对每一个复杂问题, 我们都可以把它分解为若干个简单的基本问题。处理问题时, 要把重点放在物理过程的分析, 并把物理过程图景化, 让学生建立正确的物理模型, 形成清晰的物理过程。

物理模型是中学物理知识的载体, 通过对其进行分析与讲解, 是学生获得物理知识的一种基本方法, 更是培养学生创造思维能力的重要途径。总结出一些非常典型的物理模型。例如: (1) 运动类:匀速直线运动、匀加速直线运动、变加速直线运动、 (类) 平抛运动、圆周运动; (2) 物体间相互作用:碰撞模型、人船模型; (3) 流体模型:风力发电、太阳辐射、磁流体发电机; (4) 动力学模型:机车起动、弹簧振子、导体棒切割磁感线的动态分析等。每种模型都有特定的处理方法, 通过归纳, 能够让我们顺利地找到思维的方向。

三、多种途径描述问题、多个角度看问题———思维发散

在物理中, 我们可以通过多种途径表达问题, 例如图象、表达式, 我们要能把图象和公式联系起来, 实现形象思维和抽象思维的有机结合, 这样更容易把握问题的本质。同时, 多个角度来看问题, 多种方法来解决问题, 也有利于我们对整个知识网络的构建和对知识体系的理解, 加强对概念之间联系的把握。

解题过程是思维活动展开的过程, 也是进行思维训练的有效途径。在习题教学中, 可以经常编排一些富有启发性的习题, 或是改变问题的条件, 或是对某一问题采用多种途径和方法进行求解。如: (1) 一题多解, 训练学生变换思维角度, 多向思考。 (2) 一题多变, 使题目在原有基础上变得更有新意, 这样训练发散思维能使学生的知识得到进一步深化。经过一题多解, 一题多变的训练后, 还要引导学生将情景不同但物理实质相同的题目进行归类分析, 总结共同特征, 正所谓"多解归一"。这样学生才能掌握解题规律, 达到举一反三、触类旁通的效果。

四、透过表面, 看到本质———深化思维

物理现象十分广泛, 几乎涉及到物理学学习和研究的各方面内容。如声现象、热现象、光现象、力现象、电现象、磁现象。很多同学看到一些不熟悉的物理问题或是平时没有遇到的情景就手足无措, 不知如何下手, 其实所有的物理问题归根结底都是对我们已学知识点的一个考查, 对我们熟悉的物理模型, 运动过程的考查, 所谓的物理思维, 或者是物理能力, 就是把复杂的问题简单化, 把新问题转化成为老问题的能力。

高三物理学习中的思维障碍 篇9

1.思维的组织性、条理性差。

2.思维具有片面性。

3.思维缺乏逻辑性和严密性。

这些是学生物理认知结构中的一些常见缺陷, 纵观中学物理教与学的全过程, 我认为形成学生思维障碍的原因有以下几个方面:

一、前概念对物理学习的影响

学生先前得到的这些概念和经验的积累大多是自然而然地形成的, 是缺乏引导的, 有些生活经验是正确的, 有些则是片面的, 甚至是错误的。针对这种前概念造成的思维障碍, 教师应适时地、有针对性地纠正学生长期以来形成的错误生活经验或概念, 引导学生科学地分析物理现象, 对形成科学的思维方法是非常必要的。

二、用数学关系代替物理概念

数学是学习和研究物理的重要工具, 运用数学工具来解决物理问题是对学生的重要能力要求。但物理不是数学, 物理更重要的是物理事实、物理本质和物理关系。因此在教学中, 凡涉及到易给学生造成思维混乱的物理公式时, 应着重讲清其物理意义、公式的适用条件, 讲清物理公式与数学公式的区别, 用物理的思维方法去学物理, 促使学生形成科学的分析方法。

三、思维定势带来的思维障碍

所谓思维定势就是人脑多次受到某种外界信号刺激作用而形成的一种固定的思维方式。思维定势往往在分析处理实际问题时起一定的消极作用, 而且同一方法使用次数越多, 这种倾向就越强烈, 当具体条件稍有改变时, 往往跳不出过去的一套框框, 使思维误入歧途。

物理中的数学思维 篇10

1.通过研究对象物理模型的建立提高学生的感性认识

在物理知识的学习中, 根据不同的划分依据可将物理模型划分为不同的类型。其中研究对象模型包括物理知识当中的质点、单摆、光线、点电荷、磁感线和均匀流体等。在解决该类问题的过程中, 因为其所具有的抽象性, 在具体的问题解决过程中, 应找出主要的问题, 并将次要问题适当忽略, 进而给出能够对原物质特性进行反映的过程或理想物质的假象结构。而物理学的基本规律和基本概念等均为物理模型方面的描述, 同时物理习题的设计也通常结合相应的模型进行。为此, 在解决相应物理问题时便把具体的问题抽象成为理想模型, 进而结合相应的物理规律得出结果的过程。

例如, 垂直固定在水平桌面上的等距螺旋线圈, 其长度为L, 总高度为h, 并将铁丝小球穿在线圈上的体小球从静止运动开始, 进而无摩擦自由滑下, 求出小球从最高点到桌面所用的时间[1]。在该物理问题中, 尽管有物理情境方面的设置, 但因为其弹簧并不是弹簧振子的模型, 在建立小球从等距螺旋中无摩擦滑下的情境模型时, 学生的思维会显得较混乱, 不能结合已知的物理模型进行解答。此时, 教师可让学生尝试应用“无限分割法”进行解答 , 让学生将螺旋线分割为多个长度相等的小段, 并将每一小段的曲线想象为由直线构成的微型斜面, 进而将整个螺旋作为若干斜面的组合体, 进而可将等距的螺旋线圈作为光滑的斜面模型进行思考。最终结合运动学公式和第二牛顿定理就可将其解答出, 具体模型如图1所示。

2.强化学生对基本模型的认识 , 提高其思维能力

在物理课程教学中, 教师应引导学生认识物理学习过程中经常遇到的各类基本物理模型, 并让学生明晰解决物理问题的适用范围和相应的条件, 进而将隐性的模型挖掘出来, 展现给学生, 结合相应的解释促使学生形成清晰的认识。而在高中物理教学中的大多模型均是隐性的, 因此, 教师可结合语言解释的应用帮助学生建立起相应的模型。但对于某些约定成俗的隐语, 应尽量将其转化为能够让学生感知的模型, 对于容易混淆的模型应进行相应的比较。

例如, 在复习教学中, 教师应对轻杆、轻绳和轻弹簧当中的力学进行基本模型的整理, 进而形成相应的概念性模型。细绳指的是不计质量的柔性体, 较容易发生弯曲, 仅能够从长度方向进行相应的拉伸操作, 并且长度延伸的尺度极不明显。因此, 在力学当中一般可将其作为不可拉伸的非弹性体, 其对物体仅能够产生拉力作用。所以细绳中的拉力均相等, 力的大小可出现瞬间改变。而比较常见的弹簧为一类不计质量的弹性体, 存在明显的压缩或是拉伸形变, 对物体既存在拉力还具有推力, 但弹簧的弹力并不会出现突发性的改变;轻杆为一类不计质量的刚体。因为杆具有拉伸和压缩变形的特性, 所以存在推力或拉力[2]。结合该类语言性的分析, 可较好地锻炼学生思维, 并建立相应的物理模型。

3.应用类比迁移法建立相应的物理模型

物理教学中的大多模型均是通过熟悉的模型转换而来的, 部分新模型的建立采用的是旧模型的思维方法, 而部分模型是对已学模型的延伸和拓展。如自由落体运动和匀速运动, 匀速运动为自由落体运动的特殊形式。所以在进行新模型的应用时, 可将旧模型作为理论的基础和思维的基础。如在进行磁场相应内容的学习时, 可将其同电场概念相结合, 因为磁场当中的磁极和电场电荷存在相互作用力, 对于学生思维体系的形成具有较大的帮助。所以, 在建立相应的物理规律和概念的模型时, 教师应结合学生生活中的常见场景, 以及所学的规律和知识进行类比迁移或是比较, 结合不同思维方法的应用, 提高学生分析问题的能力[3]。

在高中物理教学中, 结合物理模型思维方法的应用, 可有效锻炼学生分析问题和解决问题的能力, 有效促进学生传统学习思维的转变。因此, 教师应注重物理教学中各类物理模型的建立及相应思维方法的应用, 提高教学质量。

摘要：物理模型思维法对于学生思维能力的培养及学习方法的改进具有重要作用。本文就模型思维法在高中物理教学中的具体应用进行了分析, 以期对促进高中物理教学质量的提高有所启示。

关键词：物理模型,思维方法,高中物理教学

参考文献

[1]赵松年.对高中物理解题思维方法的探究与运用[J].教育教学论坛, 2013, 3 (37) :72-73.

[2]储成节, 郭长江, 冯杰, 翁崇涛.例谈物理解题中的科学思维方法——等效思维的运用[J].物理教师, 2014, 8 (2) :91-92.

逆向思维在中学物理教学中的运用 篇11

关键词：逆向思维；中学物理教学；运用；思维方式

中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148(2008)2(S)-0020-4

逆向思维是一种与传统的、逻辑的或群体的思维方向完全相反的思维方式。它善于从相反的角度、不同的立场、不同的侧面去思考问题，当某一思路受阻时，能够迅速转移到另一思路，从而使问题得到顺利的解决。［1］在中学物理教学中灵活运用逆向思维，对于促进学生深刻理解物理知识，培养学生良好的思维品质，提高学生的创造能力，都有着非常重要的作用。

1 在概念、规律教学中运用逆向思维

1.1 列举反例，纠正学生错误的前概念

建构主义理论认为，学习是一个自主建构知识意义的过程。学生在学习任何知识之前，都有自己的前概念，教师的任务就是暴露并动摇学生错误的前概念，进而纠正学生错误的认识。列举反例，能使学生的思维发生激烈的冲突，动摇并纠正错误的前概念。如在学习运动和力时，针对大部分学生头脑中固有的“力是维持物体运动状态的原因”这一错误观念，教师可以通过列举反例“快速行驶的汽车在刹车之后，还要继续行驶一段距离才会慢慢停下来”来说明物体在不受外力作用时（由于惯性）还要维持原来的运动状态，而在受到外力作用（地面阻力）时运动状态要发生改变，从而纠正学生的错误观念。

1.2 反向思考，培养学生知识的运用能力

中学物理教学中，引导学生用相反的方式进行思考，是培养学生知识运用能力的一种重要方式。如在学习了凸透镜成像规律之后，可先让学生判断照相机、幻灯机的成像性质，然后运用逆向思维解释它们的成像原理。通过这种方法，可以培养学生运用所学知识解释生活现象、解决实际问题的能力，同时还可以促进学生对知识的理解。

1.3 反证归谬，促进学生对知识的理解

从思维方法的意义上来说，反证法就是一种特定的逆向思维方法。通常，反证的基本程式是这样的：（1）反设-根据原命题提出与它对立的反命题。（2）归谬-从假设的反命题出发，运用已知条件、物理规律进行分析推理，论证反命题不成立（不正确）。（3）结论-肯定原命题成立（或正确）。教学中对于有些难点问题，可以通过反证法来促进学生的理解。如学生对冰水混合物温度一定为0℃感到不易理解，若用反证法就能很好地解决这个问题：可先假设冰水混合物的温度大于0℃（提出反命题），即它的温度比冰的熔点高，此时冰应早已全部熔化成水了，这跟题设条件矛盾（归谬），可见上述反命题不正确；同理假设冰水混合物的温度小于0℃，即比水的凝固点低，此时水应早已全部凝固成冰了，同样跟题设条件矛盾，该反命题也不正确。因此，冰水混合物的温度一定为0℃。

1.4 在矛盾处设问，引导学生全面地看待问题

任何事物都是矛盾的统一体，运用逆向思维、从矛盾的不同方面进行思考，往往能认识事物的更多方面。例如，学生一般都知道人体接触带电体就可能发生触电事故。在学习测电笔的使用方法时，就可以这样设问：为什么使用测电笔时，虽然使手接触笔尾金属体，但不触电呢?在学习“热传递”时，可补充设问：为什么保温瓶不仅能用来装开水，而且能用来装冰棍?而在学习“机械功和机械能”时，既可介绍从“功和能”的角度研究力学现象，又可复习已学过的从“力”的角度来研究力学现象。在教学中，有针对性地对学生进行这方面的训练，能让他们很自然地接受辩证唯物主义观点，学会全面地看待问题。

2 在解题教学中运用逆向思维

2.1 逆向推理，训练学生的逻辑思维能力

物理问题的分析，有两种基本的思考方法：一种是从已知量入手，顺着物理过程的发展变化方向，运用物理规律依次推理，直到把待求量跟已知量的关系全部找出为止，这种方法称为综合法；另一种以待求量为入口，逆着题中物理过程的发展变化方向，追根溯源，直到把所有的未知量都用已知量表示出来为止，这种方法称为分析法。［2］分析法是一种逻辑性很强的逆向思维方法，教学中多鼓励学生运用分析法来考虑问题，可以训练学生的逻辑推理和逆向思维能力。

2.2 时间反演，把复杂的问题简单化

时间反演就是把时间的流向倒转，它属于对称性操作过程。通过时间反演的这种逆向思维操作，常会使得对问题的处理变得较为简单或容易找到解决问题的入口。

例1 有一个由斜面和竖直放置的半径为2.5m的半圆环组成的光滑轨道，如图1所示。现要想在平地上抛出一个小球，使它在半圆环的最高点A处平滑而无碰撞地进入环形轨道， 再沿斜面上升到10m的高度，应在平地上何处、以何速度、多大抛射角抛出小球？（取g＝10m/s2）

解析 根据题意，可设想时间反演。若将小球由B点释放沿斜面下滑，经D点到A点作平抛运动，恰好落到C点，则由机械能守恒，设h＝10m，对于由B到A的过程：mgh＝mg2R＋mvA2/2。由B到C的过程中，mgh＝mvC2/2。小球由A点作平抛运动到C点，则按平抛运动规律：sC D＝vAt和2R＝gt2/2。联立求解以上方程即可得出：小球应在平地上距D点10m处，以14.1m/s的初速度v0，与水平方向成45°角抛出。

2.3 运用可逆性原理，破解物理学难题

可逆性原理，为求解物理学开辟了一条重要的途径。用常规方法不易解决或无法解决的问题，应首选这一原理进行分析，往往能快速、准确地找到答案。

例2 在图2所示中，一束平行光通过一个盒子后成为较宽的平行光束，那么该盒子中的光学器件可能是( )

A.先一个凸透镜，后一个凹透镜。

B.先一个凹透镜，后一个凸透镜。

C.先后两个凹透镜。

D.先后两个凸透镜。

解析 根据光路可逆，不妨把盒子右边的平行光束看作入射光线，把左边的平行光束看作出射光线。由于左边平行光束较窄，因此右边的平行光束经第一个光学元件后必成为会聚光束，会聚光束再经过第二个光学元件后又成为平行光束。由此可推理：右边的光学元件一定是凸透镜，左边的光学元件可能是凸透镜，也可能是凹透镜。答案为B和D。

2.4 养成反思的习惯，提高解题的正确率

中学生习惯于用正向思维（又称“定势思维”或“惰性思维”）进行解题，这往往会造成解题的疏漏或错误。若在解题后能常常引导学生反过来想一想，并使学生养成题后反思的习惯，不仅可以发现解题过程中的疏漏或错误，提高解题的正确率，还可以克服思维的片面性，提高思维的灵活性。

例3 某人骑自行车以4m/s的速度匀速前进，某时刻在他前面7m处以10m/s的速度同向行驶的汽车开始关闭发动机，而以2m/s2的加速度减速前进。此人需要多长时间才能追上汽车？

分析 该题习惯的解法是：设骑车人追上汽车时，共同耗时ts。

由题意：s人=s车+7m；s人=4t；

s车=10t-1/2×2m/s2×t2。

联立求解以上方程即可得出：

t=7s或-1s（舍去）。

该解答是否正确呢？若能引导学生反过来想一想“汽车能运行7s吗”，便会发现该解法是错误的。实际上汽车在5s末便停止了。常规的解决追击问题的方法成了此题错解产生的原因。正确的解法是：汽车停止只需t0=5s，汽车的位移s车=vt0=25m，骑车人的位移s人=s车+7m=32m，可解得追击时间 t=8s。

3 在创造教育中运用逆向思维

3.1 反向设问，培养学生的质疑精神

反向设问是逆向思维最基本的形式之一。自然科学的发展中，许多重大的发明都是在此基础之上产生的。因此，中学物理教学中应多运用反向设问，借以培养学生的质疑精神和创新意识。例如，在学习“电磁感应”之前，可先让学生回顾奥斯特实验，并设问：既然电能够产生磁，那么，反过来磁是否能产生电呢?在学习发电机之前，可先复习一下电动机的实质：电能转化为机械能，然后再设问：能否制造出一种把机械能转化为电能的机器呢? 

3.2 改变角度，在探索难题中训练思维能力

许多难题，用常规方法常一时难以得解。此时如果运用逆向思维，从不同的角度去思考问题，往往会收到意想不到的效果，使问题得到顺利的解决。

例4 如图3所示，甲、乙两个形状不同、底面积相同的台形容器，分别装入质量相同、密度不同的液体，其密度分别为ρ1、ρ2(ρ1＜ρ2)，深度h1＞h2，请比较两个容器底受到液体压强的大小。

分析 如果正向思维用公式p=ρgh常规方法解答，由于密度ρ1＜ρ2，深度h1＞h2，两容器底受液体压强p1与p2的大小不能确定。采用逆向思维：分别将台形容器甲、乙逆推视为圆柱形容器丙、丁的上开口面积变化而形成；由于丙、丁这两个底面积相同的圆柱形容器装入质量相同密度不同的液体，底部受到的压强是相等的(根据p=F/S=G／S=mg／S)，以此作为中间量进行比较；把图甲台形容器看成是圆柱形容器丙的上开口面积变大，液体深度变小，容器底受到液体的压强变小；而图乙台形容器看成是圆柱形容器丁的上开口面积变小，液体深度变大，容器底受到液体的压强变大；从而判定出甲容器底受到液体压强小于乙容器底受到的液体的压强。

3.3 变换思维方式，提高学生的创新能力

物质与所具有的性质有着对应的关系，所以，我们可以由物质推知物质的性质，同样，我们也可以从某种性质去识别某种物质。例如每一种物质都有一定的密度，人们常常根据密度的大小去鉴别物质，那么，反过来可以这么认为：如果发现了某种从未发现过的物质密度，可能就是发现了新的物质。像氩气就是通过这种方式发现的。中学物理教学中，应多借助于这种生动的例子，教育、引导学生在学习和实际生活中常常变换思维方式来考虑问题，久而久之，可以提高学生的创新能力。

参考文献：

［1］谢学芳.毛国永.《初中物理教学中应加强学生逆向思维的训练》.《物理教师》.2005年第3期 

［2］阎金铎.《物理教学论》.广西教育出版社.1996年12月.P368-369

(栏目编辑黄懋恩)

思维转化在物理概念教学中的应用 篇12

一、充分利用实验的优势对物理概念进行思维转化

以学习“电阻”为例, 要使学生理解“电阻”这个概念, 如果教师运用像讲授直线运动、曲线运动、圆周运动等这些比较直接的学生习以为常的方法时, 学生就会对该概念陷入一种习惯性的思维限制。因为学生在生活中很难接触到这一类的物理模型, 很难形成物理情景中对电阻的物理模型认知。因此必须让学生思维转化, 从另一个思维角度去理解和接受“电阻”的概念。

我们可以这样尝试:将以往在课堂上的讲授形式转移到实验当中去, 这就是一个思维转化。在实验室摆放各种各样的电阻元件, 让学生去亲身体验。然后在观察和实验的基础上, 学生通过视觉、触觉的体验对电阻有了一定的感官认知, 进而对学生进行分组实验。让他们分别参与对不同电阻设定的实验步骤进行实验操作, 最后以数据分析、比较、抽象、概括等课堂活动对学生思维转换进行引导。

刚开始, 通过感官认知后, 学生知道了生活中电阻的各种模样, 在脑海形成初始印象。然后让其中一组学生研究某个电阻的多次实验数据, 从整理的数据中分析可以得出什么样的结论, 在综合各小组成员意见后, 教师引导得出:对同一个导体, 加在它两端的电压U与通过的电流I之比值是一个定值, 并且这个定值是与U和I都无关的恒定的量值。

然后引导学生观察其他小组实验的不同电阻的实验数据是否和第一个小组的实验结论一致。在学生实验后, 依然可以得出同样的结论, 只是它们各自的比值不一样, 说明是两个不一样的电阻。

在其他小组也实验一些生活中常见的导体时, 他们都能得出同样结论。于是我们组织学生对于这些结论进行概括, 得出结论:每个导体本身都有一个恒量R, 不同的导体具有不同的R值。

虽然学生对电阻这个概念已经有了一定的认知, 但是还没有形成自己的完整的知识体系里的认知。这时我们需要进一步进行思维转化引导, 启发学生进行思维转化, 运用类比的思维方式将上述情况与初中学的抽象的“密度”的概念类比:

对于同种物质, 它的质量和体积之比是一个定值;对于不同的物质这个定值是不同的, 这个定值代表了物质的一种特性——密度。那么你从这个角度去怎样理解电阻呢?

接下来再让学生悟出这个恒量R, 也一定是代表着导体的某种固有属性, 进而引导学生在各种不同情况下分析R与I及U的关系, 这样便可以在头脑中形成正确的持久的电阻认知。如果学生不经过这一思维转化过程, 而是教师直接给出电阻的概念, 那么学生对电阻这一概念的理解只能停留在表面层次, 在解决实际问题时容易出现错误的惯性思维。尤其是对于如何判断“导体的电阻与所加在导体两端的电压成正比, 与通过其中的电流成反比”这样的一类的习题。

二、精细化的设计对直观的概念进行思维转化

以学习“冲量”概念为例, 现行的高中物理教材对“冲量”概念及其相互关系的引入都是直接给出的, 表述为:冲量是力对物体在时间上作用效果的累积, 即动量的变化量。并没有做过多的描述, 学生也只能是被动地、机械性地记忆这个概念, 至于对物理概念的模型并没有经历构建过程。因此学生在做题时只会模仿和机械地应用, 总会犯这样、那样的错误。这时授课教师如果引导学生转化一下思维方式, 做如下设计也许会收到很好的课堂效果。

在光滑水平面上, 对一个物体施加一个力一定的作用时间后, 引导学生先回顾分析“速度”、“速度的变化量”、“速度的变化率”分别具有什么样的物理意义?它们的表达式是什么?

学生很容易回答出来, 也能够根据以前的学习将它们的表达式写出。

于是学生可以得出:

mv=p, mΔv=m (v2-v1) =Δp。

undefined合。

通过对公式的推导分析出:质量与速度的变化率的乘积就是动量的变化率, 也就是等于物体所受合外力;再逐步引导将公式变换角度来思考, 可以得出ΔP=F合Δt。

学生便可以恍然大悟, 原来冲量I=F合t是这样的一个模样, 是这样一步步演化来的, 由此也加深了学生对该概念模型的认知。虽然整个过程所用时间长一些, 但学生对冲量定义的建构过程有了本质的理解, 符合学生的认知规律, 通过设计思维的转化, 更注重了概念形成的过程和方法能力的培养。

综合以上两个方面的概念的教学案例, 高中物理教师通过启发学生和引导学生的思维转化, 对概念教学有很好的效果, 具有很强的实用性。同时通过思维转化既能体现物理学科的教育理念, 又能够使学生掌握课程标准的要求:知识与技能、理解过程与方法、培养情感态度与价值观。从认知角度来看, 思维转化在物理概念教学中的应用符合学生的认知规律, 从具体到抽象的教育教学原则。学生在学习物理过程中是经历一个个“思维限制—冲破思维限制—再思维限制—再冲破思维限制……”的周期性适度地远离平衡态的一个过程, 这也是学生成长的过程。这就要求教师在教学中精心选择设计典型事例, 有意识培养学生的思维转化能力, 运用物理思维转化逐步引导学生接受一个正确的、深刻的、全面的概念。

摘要：高中《物理课程标准》提出学校教育要从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度来培养学生, 这就要求高中物理教师在物理教学方面能够及时地、辩证地适应新的教育理念, 改变物理概念教学观念, 注重概念教学的过程和方法。在高中一些物理概念教学过程中, 经常发现一些学生将某些物理量的概念与其他概念相互混淆, 不能对概念形成有效的、正确的认知。针对这一现象提出充分利用实验的优势和精细化的设计对物理概念进行思维转化, 提高概念教学的效果。