廣東深圳市第七高級中學（518104）單文忠

思想是客觀存在反映在人的意識中經過思維活動而產生的結果，物理思想方法和物理知識是物理學科素養(yǎng)的兩個方面，它們在內容和形成源流上有一定的關聯(lián)，物理知識的建立，離不開物理思想方法的規(guī)范使用，物理思想方法的形成是以一定的物理知識為基礎的。物理思想方法是中學物理教學的重要內容，它和物理知識同等重要且處于最有價值的地位。

物理思想和方法為物理教學提供了廣闊的空間，為了更好地把握這些物理思想和方法，筆者以新人教版高中物理教材為藍本，挖掘其中蘊含的物理思想并簡述其應用。

一、建模思想

我們在研究客觀存在問題的時候，舍棄次要因素，抓住主要因素，透過問題的表象澄清事物的本質，構建理想化的模型處理和解決實際問題，這種思維體系的客觀存在反映在人的意識中經過思維活動而產生的思想就是建模思想。

物理學發(fā)展史就是建模史，高中物理教材蘊含的在建模思想指導下構建的物理模型有：（1）理想化模型（包括質點、點電荷、電流元、黑體、光子等）；（2）實物模型（包括滑塊、小球、長木板、斜面、輕桿、輕繩、輕彈簧、圓弧槽、滑輪、傳送帶等）；（3）狀態(tài)模型（包括靜止狀態(tài)、平衡狀態(tài)、臨界狀態(tài)等）；（4）過程模型（包括自由落體運動、勻變速直線運動、渡河模型、拋體運動、勻速圓周運動、碰撞、理想氣體狀態(tài)變化等）；（5）功能模型（包括通電螺線管相當于條形磁體、安培分子電流假說中的分子電流相當于小磁體）；（6）原子結構模型（包括湯姆孫“棗糕”原子模型、盧瑟福核式結構模型、玻爾氫原子模型等）；（7）場模型（包括重力場、靜電場、勻強電場、勻強磁場、等效重力場等）。

在日常生活中，把相同性質的問題進行提升歸類，找到解決此類問題的最佳方法，此過程就是建模，解決此類問題的方式就是建模思想的應用。

二、守恒思想

自然界的各種事物都在發(fā)展變化，在這些變化的背后往往有一個恒定不變的東西在無形地支配著它，這種恒定不變的客觀存在反映在人的意識中經過思維活動而產生的思想就是守恒思想。守恒思想就是要在事物變化的表象中尋求守恒、抓住守恒、運用守恒，揭露事物變化的本質背后的本質。物理學中的守恒指的是事物在變化過程或物質在轉化遷移過程中某一物理量或狀態(tài)在數(shù)量、性質上保持不變。

高中物理教材中蘊含的守恒思想主要體現(xiàn)為：（1）能量守恒；（2）電荷守恒；（3）動量守恒；（4）質量數(shù)守恒。

生活哲理“付出才有回報”“坐吃山空”“多勞多得”“愛拼才會贏”等就是守恒思想在日常生活中的應用，楞次定律就是能量守恒在電磁感應現(xiàn)象中的應用。

三、對稱思想

人的美學是從欣賞人的體形開始的，人體是一個對稱體，所以對稱也是一種美。在研究物理問題中有一些物理過程或物理圖形具有對稱性，這種對稱的客觀存在反映在人的意識中經過思維活動而產生的思想就是對稱思想。

高中物理教材蘊含的對稱思想主要體現(xiàn)為：超重與失重，動能與動量，動能定理與動量定理；奧斯特發(fā)現(xiàn)電能生磁，法拉第根據(jù)對稱思想認為磁一定能生電，最終導致發(fā)電機的發(fā)明；麥克斯韋提出“變化的電場產生磁場，變化的磁場產生電場”的設想，最終導致電磁波的發(fā)現(xiàn)；德布羅意提出物質波理論；機械振動、機械波圖形的對稱，等等。

四、等效思想

在自然界中，我們研究一些復雜物理現(xiàn)象的作用效果時，為了使問題簡化，常用一個物理量替代其他物理量，但在替代過程中效果相同，這種處理問題方法的客觀存在反映在人的意識中經過思維活動而產生的思想就是等效思想。

等效思想的基本特征是等效，高中物理教材中蘊含的等效思想主要體現(xiàn)為：（1）單個矢量的合成與分解；（2）運動的合成與分解；（3）等效替代，如勻變速直線運動的平均速度替代瞬時速度，總電阻替代串并聯(lián)電路電阻，等效電源，交流電的有效值，等效重力場，等等；（4）等效轉換，如微觀的電荷轉換為通過驗電器的錫箔片的開合來判斷是否帶電等。

應用：在保證效果相同的前提下，將復雜的電場情景變換為簡單或熟悉的情景。

五、轉化思想

在解決物理問題的過程中，可以將某一物理問題通過一定的方法或途徑轉化為我們熟悉的另一個物理問題來解決，這一解決問題的思維客觀存在反映在人的意識中經過思維活動而產生的思想就是轉化思想。轉化思想的特征就是將陌生轉化為熟悉，將未知轉化為已知，將繁雜轉化為簡易，從而達到降低思維難度、減少計算量的目的。

高中物理教材中蘊含的轉化思想主要有：（1）能量之間的轉化，如通過某種力做功實現(xiàn)一種能量轉化為另一種能量；（2）質能之間的轉化，如重核裂變和輕核聚變都有質量虧損，就實現(xiàn)了質量與能量之間的轉化；（3）化無形為有形，如用電場線與磁感線顯示電場和磁場等；（4）晶體與非晶體之間的轉化，如一定條件下有些晶體與非晶體可以實現(xiàn)相互轉化；（5）電場與磁場間的轉化；（6）化曲為直；（7）物理量的顯示轉化，如各種傳感器就是物理量轉化的產物等。

應用：馬路上司機手機信息的密集程度經過大數(shù)據(jù)分析轉化為塞車信號等。

六、整體與隔離思想

整體思想是指人們在處理比較復雜的物理問題時把握好多個物理過程或物理量之間的關聯(lián)，從問題的整體性質出發(fā)，著眼全局，把握系統(tǒng)和過程的整體特征以及總體走向的思想方法；隔離思想就是把物理問題中的單個物體或單個過程從相關的物體系中隔離出來，作為研究對象，進行分析、研究的方法，這些解決問題方法的客觀存在反映在人的意識中經過思維活動而產生的思想就是整體與隔離思想。兩種思想認識的角度不同，整體思想是從大局出發(fā)，宏觀上揭示事物的本質和規(guī)律；隔離思想是從局部出發(fā)，通過各個問題的關聯(lián)來聯(lián)系，從而揭示事物的內在規(guī)律。

高中物理教材中蘊含的整體與隔離思想主要體現(xiàn)為：（1）力學中的整體求加速度，隔離求內力；（2）電學中的整體與隔離；（3）熱學中整體求內能變化，隔離求變化原因；（4）機械振動、機械波中整體展示波形圖，隔離求波的相關物理量；（5）原子物理中整體展示原子核式結構，隔離展示原子躍遷、光譜等，整體顯示核能，隔離求核力、結合能等。

應用：班級管理中整體法構建班規(guī)，隔離法獎罰個體學生等。

七、微元累加思想

在處理一些變化的物理問題時把物理量無限細分，分割成無限小，然后對所有局部求和，從而達到解決問題的目的，這種把變化的物理量轉化為便于計算的恒量的客觀存在反映在人的意識中經過思維活動而產生的思想就是微元累加思想，這種思想的關鍵是先微元后累加。

高中物理教材中蘊含的微元累加思想主要體現(xiàn)為：勻變速直線運動的位移公式的推導，彈力做功與彈性勢能，變力做功的計算，氣體膨脹對外做功，等等。

應用：求運動員拖著汽車輪胎繞操場勻速繞行一周所做的功；“曹沖稱象”。

八、類比思想

根據(jù)兩個（類）具有某些相同或相似特征的事物的對比，從某一事物的某些已知特征推測另一事物的相應特征，這種思維的客觀存在反映在人的意識中經過思維活動而產生的思想就是類比思想。類比思想是在兩個特殊事物之間進行分析比較，它不需要對大量特殊事物進行分析研究。類比思想是連接新舊知識的紐帶，是猜想的前提，是發(fā)現(xiàn)的前兆，同時也是培養(yǎng)學生探究能力和創(chuàng)新能力的有力工具。

高中物理教材中蘊含的類比思想主要體現(xiàn)為：（1）場物質類比；（2）運動形式類比，如平拋運動與類平拋運動；（3）定律類比，如萬有引力定律與庫侖定律，機械能守恒定律與只有電場力做功電勢能和動能之和守恒；（4）做功類比，如重力做功與重力勢能的變化，彈力做功與彈性勢能的變化，電場力做功與電勢能的變化，分子力做功與分子勢能的變化；（5）形態(tài)性質類比，如電流與水流，電容器與水容器，電量與水量，電勢差與高度差，螺線管與條形磁鐵；（6）微觀宏觀類比，如波爾的原子模型中的躍遷與飛船繞行變軌，氣體壓強與雨滴打擊傘面，等等。

應用：學生管理中的性格類比，同層次班級管理中的班風建設類比，單位管理中的人員類型類比，等等。

九、極限思想

人們在解決一些連續(xù)變化的物理問題時，著眼變化過程中的變化趨勢及一般規(guī)律，忽略過程將問題推向極端狀態(tài)，得出結果。這種對問題的分析和推理方法的客觀存在反映在人的意識中經過思維活動而產生的思想就是極限思想。

極限思想揭示了恒量與變量、有限與無限、已知與未知的對立統(tǒng)一。借助極限思想，人們可以從有限認識無限，從“恒”認識“變”，從已知到未知，從直線認識曲線，從量變認識質變，從近似認識精確。

高中物理教材中蘊含的極限思想主要體現(xiàn)為：（1）概念的建立，如平均速度與瞬時速度、感應電動勢與瞬時電動勢、平均功率與瞬時功率等；（2）公式推導的應用，如勻變速直線運動的位移公式、向心加速度、彈性勢能等；（3）場力做功，如重力做功、電場力做功等；（4）物理實驗，如伽利略對自由落體運動的研究、光電門測瞬時速度、利用光的反射實驗理解全反射等。

應用：物理中的臨界問題；學生勤思考與懶惰的結果預判；班級嚴管與不管情況下，班風建設問題；自然界極端天氣的成因；疫情嚴控與不控之結果；等等。

十、控制變量思想

自然界中萬事萬物都在不停地發(fā)生各種變化，而且每種變化都是相互聯(lián)系、相互作用的。決定一種變化產生的因素太多，為了弄清問題變化的原因和規(guī)律，常常采用把其中的一個或幾個物理量人為地控制起來，使它保持不變，然后再研究改變的兩個物理量之間的關系及對事物的影響，最后綜合解決問題。這種研究問題方法的客觀存在反映在人的意識中經過思維活動而產生的思想就是控制變量思想。

高中物理教材中蘊含的控制變量思想主要體現(xiàn)為：（1）探究力學物理量，如力與運動的關系、理想斜面實驗、影響摩擦力大小因素、合外力做功與動能變化關系等；（2）探究電學物理量，如驗證歐姆定律、電阻的電流與其兩端電壓的關系、影響電阻大小的因素等；（3）探究磁學物理量，如影響電磁鐵磁性強弱的因素、磁場對通電導線的受力方向等；（4）探究熱學物理量，如氣體體積、壓強、溫度三者關系等。

應用：班級管理中學生、家長、教師的關系等。

十一、相對性思想

在科學研究上，任何事物都在多方面因素共同作用下不停地發(fā)生演變，研究演變的事物時先要選定一個標準，當然這個標準也在不停變化，這使得研究的事物呈相對性，這種在相對變化中研究問題的方法的客觀存在反映在人的意識中經過思維活動而產生的思想就是相對性思想。相對性與絕對性對立統(tǒng)一，相對性是有條件的、受制約的、特殊的、可以改變的，而絕對是無條件的、永恒的、無限的、普遍的。

高中物理教材中蘊含的相對性思想主要體現(xiàn)為：（1）速度的相對性：參考系不同，速度不同；（2）位移的相對性，如運動物體系統(tǒng)產生的熱量、電磁感應中電荷量的計算等；（3）公式定律適用條件的相對性，如經典力學理論適用于宏觀低速，而量子理論適用于微觀高速等；（4）相對中的絕對，如光學中的光速、熱學中的絕對零度等；（5）濕度的相對性；（6）相對論，狹義相對論和廣義相對論。

應用：同一年級學生成績的統(tǒng)計分析。

十二、微觀統(tǒng)計思想

現(xiàn)實生活中許多物理現(xiàn)象都是微觀粒子運動的結果，一個或少數(shù)粒子的運動是無規(guī)律的，但大量粒子的運動卻能表現(xiàn)出一定的特性?？茖W家在解釋這些物理現(xiàn)象時先選取含大量微觀粒子的樣本分析研究統(tǒng)計其性質，從而推測相應總體的性質，其實質就是用樣本估計整體，這種研究問題的方法的客觀存在反映在人的意識中經過思維活動而產生的思想就是微觀統(tǒng)計思想。

高中物理教材中蘊含的微觀統(tǒng)計思想主要體現(xiàn)為：（1）分子的運動；（2）電子的運動；（3）干涉與衍射紋樣的形成；（4）半衰期、核能的產生等。

應用：高考考前的試測，疫苗使用前的抽樣評估，高考改革的試點，等等。

筆者在教學中堅持滲透物理思想和方法，幫助學生站在更高的層面理解物理概念和規(guī)律，提升物理學科核心素養(yǎng)。許多年以后，學生的物理知識可能會遺忘，但物理思想一定會對他們的生產和生活產生深遠影響。當然，本文所述物理思想畢竟有限，高中物理教材中蘊含的物理思想還有許多，筆者在這里僅起一個拋磚引玉的作用，期望大家繼續(xù)挖掘，給予物理思想更多的關注和研究，并滲透到物理教學中，促進大物理教育觀的實現(xiàn)。