物理教学思维能力研究论文
物理教学思维能力研究论文 教学必须为“四化”建设的需要服务，在使学生掌握必需的知识的基础上， 开发他们的智力，培养他们的能力。什么是能力？什么是智力？高中物理都要培 养什么能力？主要应培养什么能力？……成为人们关注的问题。按照心理学的观点。“能力是顺利地完成某种活动的个性心理特征。”而智 力是“在各个人身上经常地、稳定地表现出来的认知特点，就是认识能力或认知 能力。”智力的核心是思维能力，而思维的核心形态是抽象逻辑思维（包括形式 逻辑思维和辩证逻辑思维）。按照思维结构的发展阶段来看，抽象逻辑思维是发 展的最后阶段，这个阶段又可分为初步逻辑思维，经验型逻辑思维和理论型逻辑 思维（包括辩证思维）。显然，培养思维能力，特别是抽象逻辑思维能力是开发 智力的关键。
在高中物理教学中以提高学生抽象逻辑思维能力，特别是理论型逻辑思维 能力，是需要也是可能的。
首先，高中生无论是升学还是就业，随着现代化建设的深入开展，再学习 乃至终身学习，更需要的是抽象逻辑思维。同时，高中物理是一门严密的、有着 公理化逻辑体系的科学理论，对于高中学生抽象逻辑思维能力的要求，较初中物 理有了一个很大的飞跃，这就是当前所谓初、高中物理“台阶问题”的实质。另外， 从高中学生心理的年龄特征来看，从初二年级开始的抽象逻辑思维由经验型向理 论型水平的转化，在高二年级将初步完成，这意味着他们思维趋向成熟，可塑性 将变小。因此，在高中一、二年级不失时机地提高学生抽象逻辑思维能力，以顺 利地完成从经验型向理论型水平的转化是必需的。
其次，从生理上看学生在16岁时已能完成人脑总重量的96%的发育过程， 有了必要的物质基础。在心理上，从初二开始了向理论型抽象逻辑思维水平的转 化，也有了一定的思维能力的基础。同时，经过初中阶段的学习，他们在语言、 文字、数学物理等各方面都有了必要的知识基础，为在高中着重提高抽象逻辑思 维能力提供了可能。
广大教师的实践也证明:凡是抽象逻辑思维能力较强的学生，其他方面的 能力都比较强。
因此，高中物理教改也应把提高学生担负逻辑思维能力放在首位。高中物理教学如何提高学生的抽象逻辑思维能力呢？ 就思维发展来说，学生“在活动中产生的新需要和原有思维结构之间的矛 盾，这是思维活动的内因或内部矛盾，也就是思维发展的动力。”环境和教育只 是学生思维发展的外因。作为中学生，其主导活动是学习。而学习是在教师指导 下有目的、有计划、有系统的掌握知识技能和行为规范的活动，是一种社会义务， 从某种意义来说，还带有一定的强制性。它对学生思维发展起着主导作用。主要 表现在学习内容、学习动机和学习兴趣对思维发展的影响上，即学习内容的变化， 学习动机的发展和学习兴趣的增进，直接推动着学生思维的发展。学生思维发展 的过程包含着“量变”和“质变”两个方面。学生知识的领会和积累，技能的掌握是 思维发展的“量变”过程；
而在此基础上实现的智力或思维的比较明显的、稳定的 发展，则是心理发展的“质变”。教师的责任就是要以学习的难度为依据，安排适 当教材，选好教法，以适合他们原有的心理水平并能引起他们的学习需要，成为 积极思考和促使思维发展的内部矛盾。创造条件促进思维发展中的“量变”和“质 变”过程。应该看到，这两个过程是紧密联系的，缺一不可的。教育并不能立刻 直接地引起学生思维的发展，它必须以学生对知识的领会和掌握技能为中间环节。
而智力、思维的发展又是在掌握和运用知识、技能的过程中才能完成的。没有这 个“中介”，智力、思维是无法得到发展的。但是教师教学的着重点应是通过运用 知识武装学生的头脑，同时给予他们方法，引导他们有的放矢地进行适当的练习， 促进他们的思维或智力尽快地提高和发展，不断地发生“质”的变化。这也就是学 生思维结构的“质变”过程或称“内化”过程。
具体到教学中如何培养学生的智力，特别是思维能力这个问题上，我国一 些心理学家经过研究与实践，提出了“培养思维品质是发展思维能力的突破点， 是提高教育质量的好途径”的观点，并在小学数学教学中取得了良好的效果。这 是因为智力是存在层次的，它是由人的思维的个性差异确定的，这种差异体现为 个体思维品质，包括敏捷性、灵活性、深刻性、独创性、批判性五方面。它也是 思维能力的表现形式。因而由此可确定思维能力的差异；
思维品质的客观指标是 容易确定的，使定量研究成为可能；
研究思维品质的发展与培养，有利于克服传 统教学的一些弊病，并对之实施改革；
思维品质的发展水平是智力正常、超常或 低常的标志。其中思维的深刻性，思维活动的抽象程度和逻辑水平，以及思维活 动的广度、深度和难度――是一切思维品质的基础。
就思维结构来说，皮亚杰提出了“发生认识论”，强调“图式”概念。他的心 理学思想中有着丰富的辩证法思想。他认为“图式”即心理或思维结构，“图式”经过“同化”、“顺应”和“平衡”，构成新的“图式”，不断发展变化，不仅有量变，也 有质变的思想是可取的。其中“同化”是图式的量的变化，“顺应”是图式的质的变 化。
任何一间科学都是由基本概念、基本规律、基本方法等组成的。概念、规 律、方法等是相互联系的；
不同的概念、规律、方法之间也是相互联系的，从而 形成了该门科学的知识和逻辑结构。当然这种结构也在变化和发展着。应该说， 人的思维结构和各门科学的知识、逻辑结构都是人们对客观现实世界的反映，是 紧密联系的。因此，从教学必须发展学生思维能力上来说，正如杰罗姆・s・布 鲁纳所说:“不论我们选教什么学科，务必使学生理解该学科的基本结构。”这也 符合现代系统科学（控制论、信息论、系统论）的观点，系统科学认为结构与功 能是对立的统一。不掌握学科结构，就难以发挥该学科的功能。不仅如此，还认 为任何系统都是有结构的，系统整体的功能不等于各孤立部分功能之和。而是等 于各孤立部分功能的总和加上各部分相互联系形成结构产生的功能。数理学科更 是如此。布鲁纳写道:“制订物理学和数学课程的科学家们已经非常留意教授这些 学科的结构问题，他们早期的成功，可能就由于对结构的强调。他们强调结构， 刺激了研究学习过程的人。”可见，教育学家、心理学家们强调“结构的重要性” 是受到物理学家、数学家的影响，特别应提到的是爱因斯坦的重大影响。爱因斯 坦强调指出:“科学力求理解感性知觉材料之间的关系，也就是用概念来建立一种 逻辑结构，使这些关系作为逻辑结果而纳入这样的逻辑结构。”还指出:“科学是 这样一种企图，它要把我们杂乱无章的感觉经验同一种逻辑上贯彻一致的思想体 系对应起来。在这种体系中，单个经验同理论结构的相互关系，必须便所得到的 对应是唯一的，并且是令人信服的。”由此可见，无论是物理学的学科特点，还 是现代认知心理学和现代系统科学的研究成果都强调了“结构的重要性”。高中物 理教改，必须从本学科的特点出发，以辩证唯物主义观点和历史唯物主义观点为 指导，以心理学特别是现代认知心理学的科学成果为理论依据，以现代系统科学 为方法论的依据来进行。由此必须对物理的教材、教法进行新的处理，必须建立 起一套有效的检测、评价系统，对教学过程进行有效的控制。就此想谈几点粗浅 的看法. 一、关于教材 前述。由于“结构的重要性”，必须要求有一套与之相适应的教材。目前， 在物理教学大纲规定的范围内，可以对现行物理教材进行一番加工改造，突出结 构，强调对抽象思维能力的培养。为此:1.建立高中物理的整体的知识和逻辑的结构和系统；
同时建立各部分（力 学、热学和分子物理学、电磁学、光学、原子物理等）的子结构和子系统；
以及 各章、节的结构。并与学生的认知过程相适应。
2.实验应包含在上述系统中，构成不可少的组成部分。同时应强调通过实 验培养学生抽象逻辑思维的能力。改变传统的认为观察和实验是不依赖于理论的 观点，改变那种认为实验方法的本质是完全离开理性的体系，单纯起着事实的裁 判作用的观点。大家都知道，随着实验研究对象远离人们直观经验的领域，特别 是现代物理学实验的发展，使人们愈来愈认识到实验与观察依赖于理论，实验所 获得的认识实际上受制于仪器和实验设计中所包含的假设，是不可能摆脱理性思 维的指导的。
尤其是高中物理。由于实验设备的限制，学生又没有误差理论的系统知识， 往往对于实验原理、实验得到的数值（哪怕是不准的）都抱着轻视的态度，而集 注意力于操作上，这对于培养和提高学生抽象思维能力是不利的。为此，高中物 理实验的重点，应放在实验的设计思想，仪器的原理以及在中学仪器条件下对实 验数据的认识和处理上，而不应仅仅停留在操作和观察上。
3.例题和习题的配制应包含在上述系统中，构成不可少的组成部分。教学 中最重要的任务是概念的形成和问题的解决。概念不仅是学科结构的最基本的要 素，是“框架”的“交结点”，而且是思维的“细胞”。而问题的解决，即应用，正是 结构中各部分之间联系的建立以及结构的发展所必需经过的阶段。这也就是思维 的过程。统计表明，仅就中学生而言，掌握归纳推理的水平略优于掌握演绎推理 的水平。实践中，我们也常常发现就多数学生而言，从自然现象和实验归纳出概 念和规律，学生掌握较好，而运用概念和规律去解决问题则困难较大。这是由于 演绎推理较之归纳推理可以通过更多种形式来表现，掌握起来也复杂些，因此， 就需要有意识的多加指导和训练。按照提高抽象逻辑思维能力的要求编写例题和 习题，并加以适合的配量。这与“题海战术”是有本质区别的。当前，好的例题和 习题（指符合我们这种要求的）不是太多而是太少了。人工智能的主要奠基人之 一，H・A・西蒙说得好：“如果我们观察一些好学生的学习过程，特别是在数理 课程中，或者其他一些需要发展解题技巧的课程中，我们看到学习所得大多来自 解答每章后面的习题的活动或者学习课本中已经解出的例题的活动。有一种编制 人工智能学习程序的方法就是试图模拟这样一类过程。”这对我们不无启发。
4.关于物理学史的教育，也应从有利于培养学生抽象思维能力加以组织。
大家知道，从物理学发展史来看，“结构”是随着物理思想和对物理概念的理解更加深化而发展的，不是一成不变的。适当地、完整地围绕某一部分物理知识（如 力学）介绍这种发展，较之分散地介绍某一部分历史事实，更有利于学生思维的 发展。
二、关于教法 1.从有利于提高学生抽象逻辑思维能力出发，增强学习的目的性、方向性， 应该让学生知道学习过程、思维过程、思维的形式和方法，以调动其自觉、主动 性。只有自觉地遵循思维规律来进行思维，才能使概念明确、判断恰当、推理合 理、论证得法，具有抽象逻辑性，培养出深刻性的思维品质。这是一切思维品质 的基础。
2.按现代认知心理学的观点，学生在学校的学习的实质就是前述认知结构 的“同化”和“顺应”的过程。学习的类型主要是“意义学习”，即在良好的教学条件 下，学生理解符号所代表的知识，并能融会贯通，发展了智力，提高了能力。其 实质是符号所代表的新知识与学生的认知结构建立了非人为的实质性联系。这是 最有价值的学习。学习进行的方式主要是“接受学习”，即要学习的全部内容都是 以定论的形式呈献给学生，然后让学生加以“内化”（即与原有知识有机结合）， 大量的知识和材料都要靠此获得。
从这一点来看，班级授课，以课堂教学为主的教学形式没有改变。具体的 课堂组织形式可以各人不同。但从着重思维能力的培养上看，似应更重视每学期 一部分“结构”建立开始的绪言课，结束时的复习课。以及对实验课和习题课有关 思维方法和物理方法的指导。以与教材处理的原则一致。
3.因材施教，开展课外活动，培养一些优秀学生。便他们不受思维定式的 约束。大力培养他们的直觉思维和创造性思维。直觉思维是创造性思维的基础。
强调直觉思维是爱因斯坦科学观的一个重要特征。他说:“物理学家的最高使命是 要得到那些普遍的基本定律，由此世界体系就能用单纯的演绎法建立起来。要得 到这些定律，并没有逻辑的道路:只有通过那以对经验共鸣的理解为依据的直觉， 才能得到这些定律。”探索就得用直觉思维:整体的、跳跃的、猜测的，以知识结 构为根据的直接而迅速的认识。
同时，我们对于学习物理有困难的学生，则应加强课外辅导，消除他们心 理上，思维上的障碍，以适应面对大多数学生进行的课堂教学。三、关于教学过程的控制和评价是仍需研究的，在此只提出一点线索 1.思维的智力品质研究是有客观指标的。我国一些心理学家，所进行的小 学数学教改试验，即运用这一套指标。详情请见《思维发展心理学》朱智贤、林 崇德著。
2.教学过程离不开信息的传递，因此也是可以量化的。现代系统科学据现 代认知心理学的“产生式”理论，从信息加工的角度，把人的短时记忆的最小单位 定为“组块”，多大是一个组块，不是固定不变的。一个数字、字、词、符号、成 语、短语等都可以是一个组块。它的存贮时间需要0.5秒，而转化为长时记忆至 少需8秒。掌握物理学科，首先要懂得物理语言，大脑中要有一套物理符号系统。
即在长时记忆中要存贮一定数量的组块（信息）。仅有组块还不够，还必须把组 块组成若干程序，形成产生式系统。一个产生式包括两部分:条件和动作。一定 条件做出一定动作就是一个产生式。如:一个公式，一个定理就是一个产生式。
组块必须按产生式组合才有意义，二者不可截然分开。普通教科书一章所传授的 知识约有十几个产生式。掌握一间课程等于掌握几百个产生式。而获得物理学科 那样的专业能力，就得掌握几千或几万个产生式。从时间上讲，一天学习5小时， 1小时可以学习4―20组块，1个产生式。这就是相当于一课时的信息量。依此类 推。
如果能仔细地将高中物理教材中必须掌握的组块和产生式统计出来，实行 控制是有可能的。
3.教学方法:教学程序能否事先进行最优化选择，现在也有人用模糊数学的 方法，加诸因素进行综合评价，运用计算机进行事先的最优选择。
而考试的标准化已有多种方法。
综上所述:高中物理教学应以提高学生抽象逻辑思维能力为主，既是需要 又是可能的；
既是可以具体做到的，也是有可能进行控制和评价的。