徐 斌

(常州市第一中學(xué),江蘇 常州 213003)

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分析與綜合思維在物理教學(xué)中的應(yīng)用

徐 斌

(常州市第一中學(xué),江蘇 常州 213003)

分析和綜合是思維的基本過程，掌握分析與綜合思維方法是物理教育的目標(biāo)之一，考查學(xué)生分析與綜合能力在高校招生考試中處于重要的地位.本文通過教學(xué)案例闡明在教學(xué)實(shí)踐中如何依托教材中不同的教學(xué)資源，在概念形成、規(guī)律推導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)探究和習(xí)題教學(xué)等不同場(chǎng)合、不同情境下全面系統(tǒng)地布局，應(yīng)用分析與綜合的思維方法.實(shí)踐表明，教師通過教學(xué)示范能較好地引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的分析與綜合的思維習(xí)慣，從而學(xué)生也能形成采用分析與綜合方法分析問題的意識(shí)，提升分析問題、解決問題的能力.

分析；綜合；物理教育

1 引子

圖1 教育目標(biāo)分類

布盧姆(Bloom)在其代表作《教育目標(biāo)分類學(xué)》中將認(rèn)知領(lǐng)域的教育目標(biāo)分為6個(gè)層次的類別[1]，如圖1所示.布盧姆是將學(xué)生行為從簡(jiǎn)單到復(fù)雜按秩序排列的，分析與綜合分別屬于較高的第四和第五層次，分析是以領(lǐng)會(huì)和運(yùn)用知識(shí)為基礎(chǔ)的，同時(shí)分析又成為綜合的基礎(chǔ)．

縱觀歷年高考物理學(xué)科考試說明，都將理解、推理、分析綜合、應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Ψ旁诳疾槟繕?biāo)的首要位置.5種能力相互聯(lián)系、密不可分，對(duì)物理概念和規(guī)律的理解，和在此基礎(chǔ)上的簡(jiǎn)單推理是分析與綜合的基礎(chǔ)，數(shù)學(xué)工具的應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)探究又是建立在分析與綜合的基礎(chǔ)之上的.

由此可見，分析與綜合是思維的基本過程，每一種思維活動(dòng)都是大腦的分析綜合活動(dòng).分析與綜合思維能力是學(xué)生的關(guān)鍵能力，也是高校招生考試區(qū)分考生綜合素質(zhì)和潛能的重要方面.什么是分析與綜合，如何在教學(xué)中應(yīng)用分析與綜合思維，這正是本文試圖回答的問題.

2 分析與綜合

“所謂分析，就是把研究對(duì)象在思維中分解成它的各個(gè)組成部分或要素，然后分別加以研究和考察，研究它們相互聯(lián)系及相互制約的關(guān)系，研究它們之間的相互作用及在整體對(duì)象中的地位，考察它們對(duì)研究對(duì)象的狀態(tài)及發(fā)展變化的影響，從而揭示事物的屬性和本質(zhì)的方法”.“所謂綜合，就是在分析的基礎(chǔ)上，把研究對(duì)象的各個(gè)組成部分或要素在思維中重新結(jié)合為一個(gè)整體，從而在整體上把握事物的本質(zhì)和規(guī)律”[2].簡(jiǎn)單地說，分析就是從整體到部分的思維過程，綜合就是從部分到整體的思維過程.

落實(shí)到物理思維中，分析就是將整體分解為各個(gè)部分，將事件發(fā)展的全過程拆成各個(gè)階段，或從各種因素、方面和屬性的角度去考察研究對(duì)象.綜合就是整體觀念、全程思想和各要素的整合.

分析與綜合是一種辯證思維.在認(rèn)識(shí)過程中，分析與綜合總是相互聯(lián)系的.沒有分析就不可能有綜合，通過對(duì)事物的分析，人的認(rèn)識(shí)才能深入.離開了分析，對(duì)事物的整體認(rèn)識(shí)也是膚淺、空洞的.同樣，只有分析，沒有綜合，分析的結(jié)果將是彼此孤立、互不聯(lián)系的，因而也就不可能形成對(duì)事物完整、全面的認(rèn)識(shí).此外，分析與綜合的依存關(guān)系，還表現(xiàn)在分析為最初的綜合認(rèn)識(shí)所指引，分析又是進(jìn)一步綜合的手段、途徑和方法，從而導(dǎo)致綜合更加完整及對(duì)事物整體認(rèn)識(shí)更加深化.總之，人的思維活動(dòng)總是按照分析、綜合、再分析、再綜合……不斷深入展開的.

3 分析與綜合思維在物理教學(xué)中的應(yīng)用

教材中蘊(yùn)藏著豐富的教學(xué)資源，要培養(yǎng)學(xué)生分析與綜合的能力，就要通過平常的教學(xué)，依據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)，在不同場(chǎng)合、不同情境下全面系統(tǒng)地布局，就能使學(xué)生體悟分析與綜合的思維方法.

3.1 用分析法建立和辨析物理概念

案例1 瞬時(shí)速度概念的建立

圖2

案例2 靜摩擦力方向的辨析[3]

在一個(gè)水平轉(zhuǎn)臺(tái)上放置一個(gè)小物體，當(dāng)水平轉(zhuǎn)臺(tái)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物體也隨之做勻速圓周運(yùn)動(dòng).試分析物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力的來源.

學(xué)生都知道物體所受的重力和支持力在豎直方向上，不可能提供向心力，那么只有靜摩擦力提供向心力了，向心力是指向圓心的，所以靜摩擦力指向圓心.但是學(xué)生心中不免有些疑問，靜摩擦力的方向是與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反的，從圖3中看出，物體的速度方向沿切線，摩擦力應(yīng)該沿該切線的反方向才對(duì)呀？下面用分析法來研究.

圖3

圖4

案例3 氣體壓強(qiáng)概念的微觀本質(zhì)

人們認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象，往往先接觸到宏觀現(xiàn)象，再探索其微觀機(jī)理.從思想方法的角度看，在探索宏觀現(xiàn)象的微觀本質(zhì)時(shí)，要用到分析的方法；在研究微觀機(jī)理的宏觀表現(xiàn)時(shí)，要用到綜合的方法.

圖5

我們生活在地球上，就像生活在包圍地球的大氣海洋深處.從地面開始作一個(gè)“高聳入云”的空氣柱，如圖5所示.仿佛疊著無數(shù)個(gè)空氣箱子，由這許多空氣箱子的重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)就是地面上的大氣壓強(qiáng).那么，如果在大氣中任意取一小瓶空氣并把它密封起來，它對(duì)器壁的壓強(qiáng)也等于大氣壓，難道也是由這一小瓶氣體的重力產(chǎn)生的嗎？顯然這個(gè)看法是錯(cuò)誤的，要理解這個(gè)問題，必須從氣體壓強(qiáng)的微觀機(jī)理上去找原因.

圖6

在地面附近取一小瓶空氣時(shí)，瓶中氣體與周圍大氣的溫度相同，平均動(dòng)能就相同，又因?yàn)榉肿訑?shù)密度相同，所以它們的壓強(qiáng)也相同.

在離開地面不同高度處，從宏觀上說，其上方的空氣柱高度不同，由這些空氣柱重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)自然也不同.從不同高度處取一小瓶空氣，微觀上它與該處“空氣箱”的分子數(shù)密度和平均動(dòng)能相同，因而瓶?jī)?nèi)氣體對(duì)器壁的壓強(qiáng)也就等于該處的大氣壓.

從而，大氣重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)(綜合效果)與彈性分子碰撞器壁的結(jié)果(微觀分析)，在這里就統(tǒng)一起來了.

3.2 用分析與綜合思維推導(dǎo)物理規(guī)律

案例4 勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移公式的推導(dǎo)

在推導(dǎo)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移時(shí)間關(guān)系時(shí)，可以充分利用分析與綜合思維.

圖7

圖8

由此可知，在推導(dǎo)過程中，“化整為零，以恒代變”的過程即為分析的過程，“積零為整，再取極限”則為綜合過程，可以說位移公式的推導(dǎo)過程是分析與綜合思維相結(jié)合的完美范例.

3.3 用分析和綜合思維理解和指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)是研究物理的重要手段.當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)一比較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)時(shí)，往往要采用分析與綜合的思想方法.

案例5 研究平行板電容器的電容

這種方法在高中物理教學(xué)中多處用到，如關(guān)于合外力F、物體質(zhì)量m、物體加速度a之間關(guān)系的研究；理想氣體狀態(tài)參量壓強(qiáng)p、體積V、溫度T之間關(guān)系的研究；電磁學(xué)中安培力F與導(dǎo)線電流I、導(dǎo)線長(zhǎng)度L、磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間關(guān)系的研究等等都用到分析與綜合的思維方法.

3.4 在習(xí)題教學(xué)中應(yīng)用分析與綜合的思維方法

應(yīng)用是掌握一種方法的有效途徑，只有在不同問題情境中學(xué)會(huì)應(yīng)用分析綜合的方法，學(xué)生才能真正懂得.習(xí)題求解能直接反映學(xué)生對(duì)概念和規(guī)律的理解程度和推理能力的高下，在此基礎(chǔ)之上的分析綜合能力能最充分地得到展現(xiàn).那么教師在這過程中可以有何作為呢？教師在暢游題海的基礎(chǔ)上通過精選典型例題，條分縷析、思路清晰、富有啟發(fā)式地講解示范，關(guān)鍵處畫龍點(diǎn)睛、一語道破，啟發(fā)但不灌輸，示范而不包辦，會(huì)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的分析綜合能力起到重要作用.

具體來說，物理習(xí)題的求解關(guān)鍵在于研究對(duì)象的確定和物理過程的分析.我們研究連接體時(shí)，往往采用“隔離法”——把連接體中某一物體暫時(shí)與其他物體“隔離”出來，單獨(dú)進(jìn)行研究.這就是一種分析的方法——從整體到部分的研究方法.有時(shí)，我們又采用“整體法”——把相連接的各個(gè)物體統(tǒng)一起來加以研究.這就是一種綜合的方法——從部分到整體.在實(shí)際的問題情境中，這兩種方法往往是交替使用的.有時(shí)主要采用分析的方法，或主要采用綜合的方法，視情況而定.另外，對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的物理過程，總是先采用分析的方法，把過程分為若干部分分別加以研究，然后再采用綜合的方法，把這些部分結(jié)合為一個(gè)統(tǒng)一體加以考慮，從而形成一個(gè)整體的認(rèn)識(shí).

案例6 2016年高考物理(江蘇卷)第14題

如圖9所示，傾角為α的斜面A被固定在水平面上，細(xì)線的一端固定于墻面，另一端跨過斜面頂端的小滑輪與物塊B相連，B靜止在斜面上.滑輪左側(cè)的細(xì)線水平，右側(cè)的細(xì)線與斜面平行.A、B的質(zhì)量均為m.撤去固定A的裝置后，A、B均做直線運(yùn)動(dòng).不計(jì)一切摩擦，重力加速度為g.求：

圖9

(1) A固定不動(dòng)時(shí)，A對(duì)B支持力的大小N；

(2) A滑動(dòng)的位移為x時(shí)，B的位移大小s；

(3) A滑動(dòng)的位移為x時(shí)的速度大小vA.

解題思路 物理情景分析——固定A的裝置撤去后，由于不計(jì)一切摩擦，A將向左運(yùn)動(dòng)，同時(shí)B將沿斜面下滑.

研究對(duì)象分析——由于B放在斜面A上，系在B上的細(xì)線又通過A上的定滑輪固定在墻壁上.A、B的運(yùn)動(dòng)通過細(xì)線相互聯(lián)系，因此分別以A、B為研究對(duì)象分析，必要時(shí)再綜合考慮兩者的關(guān)系.

狀態(tài)分析——釋放A時(shí)作為初態(tài)，當(dāng)A向左移動(dòng)x時(shí)作為末態(tài).

過程分析——由于不計(jì)一切摩擦，在A、B相互牽連的運(yùn)動(dòng)中整體的機(jī)械能守恒.

有了上面的分析，問題不難解決.

① 對(duì)B受力分析可得，支持力的大小N=mgcosα.

圖10

案例7 2016年高考物理(江蘇卷)第15題(壓軸題)

圖11

圖12

① 出射粒子的動(dòng)能Ek；

② 粒子從飄入狹縫至動(dòng)能達(dá)到Ek所需的總時(shí)間t總；

③ 要使飄入狹縫的粒子中有超過99%能射出，d應(yīng)滿足的條件.

解題思路 運(yùn)動(dòng)過程分析——由于粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期與電場(chǎng)變化周期相同，根據(jù)題目假設(shè)可知，粒子先在兩D型盒間的電場(chǎng)中做初速為零、位移為d的勻加速運(yùn)動(dòng)，然后以第一階段的末速度在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)半周，接著繼續(xù)做位移為d的勻加速運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)半周……如此往復(fù)，出射粒子每次經(jīng)過狹縫均做位移為d的勻加速運(yùn)動(dòng)，最后做大小等于D型盒半徑的勻速圓周運(yùn)動(dòng)從D型盒射出.

4 結(jié)語

在教學(xué)中應(yīng)用分析與綜合的思維方法，就是要充分利用教材資源，通過不同類型教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)布局，學(xué)生在不同問題情境中進(jìn)行分析與綜合，學(xué)生就能夠在不同場(chǎng)合下、各種情境中強(qiáng)化對(duì)分析和綜合思維方法的理解，更重要的是養(yǎng)成了良好的思維習(xí)慣，形成了一種意識(shí)，提升了分析與綜合思維的能力.

[1] 施良方.學(xué)習(xí)論[M].北京：人民教育出版社，1994：346.ShiLF.Learningtheory[M].Beijing:People’sEducationPress, 1994: 346.

[2] 田世昆,胡衛(wèi)平.物理思維論[M].南寧：廣西教育出版社，1996：123. Tian S K, Hu W P. Physical thinking theory[M]. Nanning: Guangxi Education Press, 196: 123.

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[4] 張大昌.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 物理 選修3-1[M].3版.北京：人民教育出版社，2010:30. Zhang D C. General high school curriculum standard experimental textbook Physics an elective course 3-1[M]. Third Edition Beijing: People’s Education Press, 2010: 30.

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APPLICATION OF ANALYSIS AND COMPREHENSIVE THINKING IN PHYSICS TEACHING

Xu Bin

(Changzhou No.1 High School, Changzhou, Jiangsu 213003)

Analysis and synthesis is the basic process of thinking, master analysis and comprehensive thinking method is one of the objectives of physical education, the examination of students’ analysis and comprehensive ability is in an important position in the college entrance examination. This paper through the case teaching elucidated in the teaching practice to rely on textbooks in different teaching resources, in the formation of concept, rule derivation, inquiry experiment and exercises teaching such as different occasions, different scenes under a comprehensive and systematic layout, application analysis and comprehensive thinking method. The practice shows that the teachers through teaching and demonstration, used to guide students to develop good analysis and synthesis of the habit of thinking, so that students can form using analytical and synthetical method to analyze the problem of consciousness, enhance the analysis problem, problem-solving ability.

analysis; synthesis; physical education

2016-06-12

本文是江蘇省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2013年度課題《高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的研究》階段性成果之一，課題編號(hào)為D/2013/02/435.

徐斌,男,中學(xué)高級(jí)教師,江蘇省物理奧林匹克競(jìng)賽高級(jí)教練員.主要研究方向?yàn)楦咧形锢碚n堂教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施、全國(guó)高中物理奧林匹克競(jìng)賽.xubinphy@sina.com

徐斌. 分析與綜合思維在物理教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 物理與工程，2016，26(6)：84-89.