肖 琴

（山西廣播電視大學(xué)臨汾分校，山西 臨汾 041000）

試論大學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)

肖 琴

（山西廣播電視大學(xué)臨汾分校，山西 臨汾 041000）

從物理抽象和概括能力、物理判斷、推理能力和物理綜合分析的能力等幾方面探討大學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)培養(yǎng)其科學(xué)思維能力。

物理；科學(xué)思維；科學(xué)抽象概括；判斷；推理；綜合分析能力

大學(xué)生物理學(xué)習(xí)過程中，在教師的引導(dǎo)下形成和提高自身的物理科學(xué)思維能力，是大學(xué)物理學(xué)習(xí)的一個(gè)很重要的目的，也是推動社會進(jìn)步和促進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展對人才培養(yǎng)的要求?？茖W(xué)思維是一種建立在事實(shí)和邏輯基礎(chǔ)上的理性思考。學(xué)生學(xué)習(xí)物理時(shí)總是從感知開始，通過對物理對象、物理過程、物理事實(shí)、物理現(xiàn)象等感性材料加以去粗取精，由表及里地認(rèn)識物理事物的本質(zhì)和內(nèi)部聯(lián)系，也就是經(jīng)過比較、分析、綜合、抽象、概括，達(dá)到對物理事物認(rèn)識的理性階段。這種物理學(xué)習(xí)過程中由感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的過程統(tǒng)稱為物理科學(xué)思維。

論文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐對大學(xué)生物理科學(xué)思維能力的培養(yǎng)進(jìn)行論述，通過對物理學(xué)中幾種科學(xué)思維能力的闡述，探討在物理學(xué)習(xí)中如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，從而提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

一、物理科學(xué)抽象和概括能力的培養(yǎng)

客觀存在的物理對象、物理過程、物理事實(shí)、物理現(xiàn)象等，往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的，這些物理事物可能處于多種條件下而具有多方面的特性。然而，在一定的物理現(xiàn)象中，并不是所有的物理?xiàng)l件、所有的物理性質(zhì)都起著同等重要的作用。因此，為了研究方便，采取暫時(shí)舍棄個(gè)別的、非本質(zhì)的因素，突出其主要的、本質(zhì)的因素，這種物理學(xué)中的科學(xué)的處理方法叫做科學(xué)抽象和概括。

（一）運(yùn)用理想化模型培養(yǎng)學(xué)生物理科學(xué)抽象概括能力

物理理想化模型是對實(shí)際的物體和現(xiàn)象進(jìn)行研究時(shí)，通過分析、綜合和高度的抽象、概括而建立的理想客體和過程。建立理想化模型是物理學(xué)中分析問題和解決問題的重要思維方法，理想化模型能清晰反映問題本質(zhì)，有利于分析和發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

培養(yǎng)學(xué)生建立理想化模型，首先要讓學(xué)生領(lǐng)會它是一種重要的科學(xué)研究方法，同時(shí)要教會學(xué)生在一定范圍內(nèi)，在要求誤差允許的條件下，可以把許多實(shí)際物體或現(xiàn)象發(fā)生、發(fā)展的過程看作是某個(gè)理想化模型，這樣把復(fù)雜的、具體的物體或過程，用簡化的模型來代替，突出問題主要矛盾，找出其中的主要規(guī)律，簡化問題，再考慮次要因素進(jìn)行修正，問題就容易得到逐步解決。例如：對于在地面附近的速度不太大的拋體運(yùn)動的研究，就是通過建立理想化模型得出結(jié)論的。實(shí)際拋體的運(yùn)動受許多因素的影響，如拋體的質(zhì)量、大小和形狀、地球引力、空氣阻力、風(fēng)力、風(fēng)向、當(dāng)?shù)鼐暥?、拋體高度等。如果想一下子把握所有這些情況，企圖按照它實(shí)際發(fā)生的“本來面目”去“如實(shí)地反映”，那么，我們就無從下手，寸步難行。而伽利略在研究過程中，先在大腦中形成拋體在理想條件下所進(jìn)行的理想化的過程，忽略了空氣阻力、風(fēng)速、風(fēng)向、拋體的轉(zhuǎn)動等許多次要因素的影響，因而很容易就得出了這種逼近真實(shí)情況的結(jié)論。

（二）運(yùn)用物理理想化實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生物理科學(xué)抽象概括能力

理想化實(shí)驗(yàn)又叫做“假想實(shí)驗(yàn)”或“思想實(shí)驗(yàn)”,是人們在思維中以真實(shí)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，在理想條件下，經(jīng)過邏輯推理，充分發(fā)揮想象力的一種思維過程。

理想化試驗(yàn)學(xué)習(xí)過程中，使學(xué)生學(xué)習(xí)并知道理想化試驗(yàn)是以思維展開的實(shí)驗(yàn)。但它不是人們主觀臆造的，它必須以真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以科學(xué)事實(shí)為依據(jù)，運(yùn)用邏輯推理揭示物理世界的內(nèi)在聯(lián)系，建立規(guī)律。理想化實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用使復(fù)雜的研究對象變得簡單,有利于發(fā)現(xiàn)研究對象的本質(zhì)及其規(guī)律。例如，卡諾循環(huán)就是一種理想實(shí)驗(yàn)。為了研究熱機(jī)的效率，需要研究熱機(jī)中所發(fā)生的熱力學(xué)過程，但熱機(jī)中所發(fā)生的過程十分復(fù)雜，卡諾對熱機(jī)中的熱力學(xué)過程進(jìn)行抽象，設(shè)計(jì)了一臺理想熱機(jī)，這種熱機(jī)中進(jìn)行的熱力學(xué)過程是一種理想過程——卡諾循環(huán)?？ㄖZ假設(shè)工作物質(zhì)只與兩個(gè)恒溫?zé)嵩唇粨Q熱量，沒有散熱、漏氣、摩擦等損耗。為使過程是準(zhǔn)靜態(tài)過程，工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰釕?yīng)是無溫度差的等溫膨脹過程，同樣，向低溫?zé)嵩捶艧釕?yīng)是等溫壓縮過程。限制只與兩熱源交換熱量，脫離熱源后只能是絕熱過程。在這個(gè)理想實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，得出了卡諾定律，成功研究了熱機(jī)效率。

學(xué)生通過理想化實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)知道，理想化實(shí)驗(yàn)可以超越當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)水平，達(dá)到完全簡化或純化的境地。它們具有較大的概括性和預(yù)見性，從而培養(yǎng)了學(xué)生的抽象和概括能力。

（三）運(yùn)用物理概念培養(yǎng)學(xué)生物理科學(xué)抽象概括能力

概念是抽象思維的最基本的思維形式，是事物本質(zhì)屬性的反應(yīng)。物理概念就是客觀事物的物理共同屬性和本質(zhì)特征在人們頭腦中的反映。物理概念的建立，同樣是對同類物理事物、物理現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)的抽象和概括的結(jié)果。

在物理概念的講授過程中，要深入揭示物理概念中的因果關(guān)系，不僅要使學(xué)生搞清楚物理概念所反映的物理現(xiàn)象、物理過程的本質(zhì)，而且要使學(xué)生明確建立物理概念的事實(shí)依據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生在感性材料的基礎(chǔ)上運(yùn)用分析、綜合、比較、抽象、概括等方法得出物理概念，通過對概念的講解，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)抽象和概括能力。例如，在講電阻的概念時(shí)，可以通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、綜合，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行抽象概括而得出電阻的概念。對同一導(dǎo)體，當(dāng)U變化時(shí)，I也變，但U/I不變，抽象出U/I與U和I無關(guān)；對于不同的導(dǎo)體U/I不同。在這個(gè)基礎(chǔ)上抽象概括得出，電阻是一個(gè)只與導(dǎo)體本身有關(guān)的物理量，與電壓和電流無關(guān)。繼續(xù)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比較，當(dāng)U一定時(shí)，U/I大時(shí)，I小；U/I小時(shí)，I大。U/I反映了導(dǎo)體對電流的阻礙作用，因此我們定義R=U/I為導(dǎo)體的電阻。

二、物理科學(xué)判斷、推理能力的培養(yǎng)

判斷、推理也是物理思維能力的基本形式。所謂判斷，是運(yùn)用概念對事物、現(xiàn)象作出肯定或否定結(jié)論的思維形式。推理，是根據(jù)一個(gè)判斷或一些判斷推出另一個(gè)新的判斷的思維形式。根據(jù)思維進(jìn)程的不同，推理可分為歸納推理、演繹推理、類比推理。

（一）物理科學(xué)判斷能力的培養(yǎng)

物理學(xué)中判斷可以分為簡單判斷和復(fù)合判斷兩種。簡單判斷是由兩個(gè)概念組成、用簡單詞句表達(dá)的判斷。例如，“一切物體具有慣性”便是一個(gè)簡單判斷。復(fù)合判斷是由兩個(gè)以上的概念組成，具有并列存在性質(zhì)的判斷。例如，“如果給金屬加熱，則它的溫度會升高?！笔且粋€(gè)復(fù)合判斷。 要提高學(xué)生們的科學(xué)判斷能力，首先要求學(xué)生們加深對概念的把握，不僅要掌握概念所反映的物理現(xiàn)象、物理過程所特有的本質(zhì)屬性，還要掌握物理變化所涉及的規(guī)律、原理、趨向。其次必須經(jīng)過科學(xué)的、反復(fù)的實(shí)驗(yàn)與觀察，只有經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)觀察和嚴(yán)密的邏輯分析，探索出事物與屬性之間的必然的因果聯(lián)系，才能得到正確的結(jié)論。經(jīng)過如此反復(fù)的鍛煉，學(xué)生的科學(xué)判斷能力才會提高。

（二）物理歸納推理能力的培養(yǎng)

歸納推理是由一些個(gè)別的、特殊的判斷推出一般的判斷的思維方式，也就是從個(gè)別的或者只具有一定程度一般性的知識中導(dǎo)出一般的或者比一般性更大的知識的推理。

要提高學(xué)生們的歸納推理能力，需要注意歸納推理的具體步驟：搜集材料。即通過觀察、實(shí)驗(yàn)，得到大量的感性材料；整理材料，即將材料歸類，并得出反映事物外部特征和條件的判斷；抽象概括，即經(jīng)過分析、綜合、比較等，排除無關(guān)的、非本質(zhì)的因素，抽象出各個(gè)本質(zhì)的因素，概括出一般性的規(guī)律。培養(yǎng)學(xué)生以觀察、實(shí)驗(yàn)得到的事實(shí)為基礎(chǔ)，并以由此得出的一個(gè)個(gè)判斷為依據(jù)，找出事物的本質(zhì)因素，概括出事物的一般規(guī)律。

（三）物理科學(xué)演繹推理能力的培養(yǎng)

演繹推理是由一般性的判斷推出個(gè)別性的判斷的推理。也就是說，它是從一般規(guī)律演繹推出個(gè)別規(guī)律的思維形式。

物理中的演繹推理建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，培養(yǎng)學(xué)生用已為實(shí)驗(yàn)證實(shí)的物理原理演繹物理結(jié)論。在講授物理新知識時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用演繹推理由已有知識產(chǎn)生新知識，是物理學(xué)習(xí)中由已有知識產(chǎn)生新知識的重要方法。在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)演繹推理能力時(shí)，要培養(yǎng)學(xué)生從已知的一般性結(jié)論演繹推出個(gè)別規(guī)律。演繹推理的大前提來源于已為實(shí)驗(yàn)證實(shí)的物理原理，演繹的結(jié)論也需要實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，因此物理中的演繹推理是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上的。

（四）物理科學(xué)類比思維能力的培養(yǎng)

類比是根據(jù)兩類事物有某些屬性相同或相似，而推出它們在其他屬性上也可能相同或相似的思維形式。類比是以比較為基礎(chǔ),通過對兩類事物進(jìn)行比較,找出它們的相同點(diǎn)和相似點(diǎn),在此基礎(chǔ)上，把一類事物的已知屬性,推演到另一類對象中去,對后者得出一個(gè)新認(rèn)識。

讓學(xué)生掌握科學(xué)的類比思維方法，老師要盡可能多地運(yùn)用類比法進(jìn)行物理知識的講解，比如講電流的概念時(shí)，可運(yùn)用水流來類比；講電壓時(shí)，可用水壓來類比；講電勢能可用重力勢能量來類比等等，把這種方法融入到物理課的教學(xué)中，可使學(xué)生從個(gè)性中抓住共性，從而做到“觸類旁通”、“化抽象為具體”、“溫故而知新”、“舉一反三”的作用。

三、物理科學(xué)綜合分析的能力的培養(yǎng)

物理綜合分析的能力，是指一種綜合性分析物理問題的能力，是在整體的考慮下把問題分解為局部進(jìn)行研究，再把各部分匯為整體，綜合運(yùn)用各部分物理知識，得出正確結(jié)論的思維能力。

（一）培養(yǎng)學(xué)生把整體分解為局部的能力

物理綜合分析的能力，首先表現(xiàn)在把整體分解為局部的能力。

培養(yǎng)學(xué)生在解決物理問題時(shí)，將物理現(xiàn)象和物理過程中相互牽制、相互滲透、共同起作用的眾多因素，首先逐個(gè)隔離，然后分別進(jìn)行分析。只有這樣，才能揭露物理問題中每個(gè)因素的本質(zhì)，明確各個(gè)因素的作用和它在整個(gè)物理事物或物理現(xiàn)象中的地位。只有在分析了每個(gè)因素的基礎(chǔ)上，才能把握和利用它們。

培養(yǎng)學(xué)生在對復(fù)雜的物理過程進(jìn)行分析時(shí)，首先要把整個(gè)物理過程分解成局部。一個(gè)復(fù)雜的物理過程總是包含著若干個(gè)子過程，每個(gè)子過程之間必定又存在著一定的因果關(guān)系。把整個(gè)復(fù)雜的物理過程分解為各個(gè)子過程加以研究，然后找出各個(gè)子過程之間的相互聯(lián)系，最后，再將它們綜合起來得出物理問題的結(jié)果。

（二）培養(yǎng)學(xué)生把局部聚為整體的能力

物理綜合分析的能力，還表現(xiàn)在把各部分匯為整體的能力。

培養(yǎng)學(xué)生物理綜合分析的能力，需要注意培養(yǎng)學(xué)生在對物理事物的局部分析、了解后，再把物理事物中的各個(gè)屬性結(jié)合起來，深入挖掘與物理事物有關(guān)的全部因素，并從整體上、本質(zhì)上去把握它們，全面、綜合地分析物理問題的各種因素。

培養(yǎng)學(xué)生能夠有意識地調(diào)動頭腦中不同領(lǐng)域的知識經(jīng)驗(yàn)，去解決同時(shí)涉及不同部分物理知識的問題。有很多物理問題，會同時(shí)涉及物理學(xué)中力、熱、光、電磁學(xué)、原子物理等部分中的至少兩部分中的內(nèi)容，這種物理問題對學(xué)生的要求更高，這種問題要求的知識跨度大，因此學(xué)生頭腦中常常沒有相應(yīng)的現(xiàn)成知識組塊，所以必須注重學(xué)生這類物理問題的練習(xí)，幫助學(xué)生在頭腦中形成相應(yīng)的知識組塊，這樣在遇到涉及不同物理知識的物理問題時(shí)，學(xué)生能夠迅速地在頭腦中對知識進(jìn)行檢索、提取和組合。

［1］田世昆.物理思維論［M］.桂林：廣西教育出版社，1996.

［2］梁樹森.物理學(xué)習(xí)論［M］.桂林：廣西教育出版社，1996.

［3］張大松.科學(xué)思維的藝術(shù):科學(xué)思維方法論導(dǎo)論［M］.北京：北京科學(xué)出版社,2008.

G64

A

1673-0046（2010）10-0088-02