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Y14073to纠犬硕士专业学位论文(2008届)高中物理教学中形象思维能力培养研究TheStudyoilFosteringofImageThinkingAbilityinPhysicsTeachingofSeniorMiddle-school研究生姓名————————里—jL——指导教师姓名塞盘垂堕选专业名称——墼直塑±研究方向————』整盘型』L二塑里L一论文提变剀捌．2Q她生!旦 高中物理教学中形象思维能力培养研究中文摘要形象思维与抽象(逻辑)思维是两种基本的思维形态。长期以来，高中物理教学中存在注重抽象思维能力的培养而忽略形象思维能力培养的现象，我们的教育也因此显得枯燥、单调，学生对物理也是望而生畏。要改变这一局面，就要重视形象思维能力的培养，重视形象思维与抽象思维的有效结合。同时，信息化时代的来临呼吁教育要培养更多更适应时代发展的创新型人材，形象思维正是培养学生创造性思维的一个重要因素。本论文在文献调查和多年实践的基础上，论证了培养形象思维能力的必要性和可行性。从教材改革和课程实施方面，对高中物理教学中形象思维能力培养的现状进行了研究。针对形象思维在理论发展、教材改革和课程实施方面的不同步现象，提出培养学生形象思维能力的一些策略：1、丰富学生的表象储备，增加形象思维素材；2、提倡数形结合，发展形象思维能力；3、强化想象训练，升华形象思维能力。在策略实施途径方面，提出了通过实物展示、语言直观、多媒体、和环境布置来积累形象思维素材：通过建构物理模型、图文结合和“概念图”来发展形象思维能力；通过科学的思维过程、展开想象和实践活动来升华形象思维能力。并把这些策略和相应措施运用到教学的各个环节：新课引入、课堂教学(实验教学、概念和规律教学、解题教学)、课外阅读、研究性学习等方面。实践说明，这些策略及实施途径对养成学生形象思维的习惯，开发其创造性的潜质，最终达到素质教育的总目标都有一定的帮助。关键词：物理教学形象思维形象思维能力表象作者：罗勤指导教师：袁海泉陶洪 ABSTItACT高中物理教学中形象思维能力培养研究ABSTRACTImagethinkingandabstractthinkingaretwotypicalformsthinkingofmankind．Foralongtime，becausetheemphasisonabstractthinkingignoredtheimageofthinkinginphysicsteachingofseniormiddle—school，tomakeoureducationisboringandmonotonous。StudentsforPhysicsLearningalealsofeeldaunting．Tochangethissituation，weshouldattentiontothecultivationofthinkinginimage，attentiontotheeffectiveintegrationofthinkingimageandabstractthinking．Atthesametime，theadventoftheInformationAgecalledforeducationtonurturemoretoadaptthetimes’developmentoftheinnovativetalents，cultivatetheimageofthinkingofstudentsisanimportantfactorofthecreativethinking。Basedonthetheoreticalstudyandyearsofpractice，thisthesisdemonstrationthenecessityandfeasibilityoftrainingabilityofthinkinginimage．Fromcurriculumreformandteachingimplementation，thehighschoolphysicsteachingintheimageofthinkingabilityofthestatusquohavebeenstudied．Fortheimageofthinkingintheoreticaldevelopment，educationalreformandtheimplementationofthecurriculumisnotsynchronized，thisthesisOffersomestrategicofTrainingstudentsontheimagethinkingability：1、RichStudents’reservesofrepresentation，increaseimagethinkingmaterial．2、Attentionbycombiningofmathematicsandgraphicstodevelopmentofimagethinkingability．3、Strengthenthetrainingofimagination，sublimationabilityofimagethinkingability．Atthewaysofstrategicimplementation，throughtheshowofin—kind，languageintuitive，multimedia,layoutofenvironmentaltoaccumulatematerialofthinkinginimages；Throughconstructionphysicalmodels，bycombiningfiguresandwordsand”conceptmap”todevelopmentofimagethinkingability；Throughthescientificthinkingprocess，starttoimagineandpracticalactivitiestosublimateimageofthinkingability．Andusethesestrategiconeverylinksofteaching：themtroductionofcourses，teaching(experimentalteaching，conceptsandlawsofteaching，problemsolvingteaching)，II 高中物理教学中形象思维能力培养研究ABSTRACTextra-curricularreadingandlearningofresearchoftheareas．Practiceshowsthatthesestrategiesandimplementationofwaystocultivatethestudents’habitofthinkinginimages，Developtheircreativepotential，AndultimatelyachievingtheoverallgoalofEssential-Quality—Oriented(EQO)EducationhavesomehelpKeywords：Physicsteaching；Thinkinginimage；abilityofthinkinginimage；imageWrittenby：LuoQingSupervisedby：YuanHaiQuan、TaoHongIII 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明学位论文独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。研究生签名：萋勤日期：竺量：艺生．学位论文使用授权声明苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文合作部、中国社科院又献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保存期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权苏州大学学位办办理。研究生签名：矍塑Et期：之量：Z：竺研究生签名：≥犁期：：：!：厶竺铷签名：辎扛“画飙巫 高中物理教学中形象思维能力培养研究引言引言O．1研究背景0．1．1物理学的形成、发展和学习离不开形象思维人认识客观世界是从形象思维开始再到抽象思维的，很多物理学家都是用形象思维来思考问题的，物理学中很多重大的发现也都离不开形象思维，爱因斯坦就曾经说：“我思考问题时，不是用语言进行思考，而是用活动的跳跃的形象进行思考，当这种思考完成以后，我要花很大力气把它们转换成语言。”在科学史上，许多重大的发现都与形象思维相联系，没有形象思维，没有形象思维与抽象思维的相结合，就不可能出现人类改造世界的壮丽图景。形象思维在物理学习中也起着重要作用：它有助于学生概念的形成，有助于学生对物理规律的理解，有助于学生构想理想化的形象．反过来，物理学习过程也帮助了形象思维的养成。0．1．2高中教学现状忽视形象思维能力的培养高中学生认知阶段的特点是从具体运算发展到形式运算水平【l】，也就是学生逐步从具体向抽象过渡。但学生们上了高中以后，普遍的反应是物理太难，梯度大，很多学生甚至是一蹶不振，究其原因：初中物理的特点主要还是从具体、直观、形象的自然现象和生活实际中的问题出发，经过分析、综合、归纳后得出结论的。这主要是用到归纳的方法。因此到了高中部分学生一时还不能适应抽象化要求较高的高中物理知识。这就要求在教材的选择、课程的实施上都要增强学生形象思维能力的训练，尤其是要强调形象思维与抽象思维相结合，进一步培养学生的创造性思维。长期以来，因为注重抽象思维忽略形象思维，才使我们的教育显得枯燥、单调，也比较机械。杨振宁先生曾说：“由于传统习惯，亚洲的学生，特别是中国的学生，喜欢复杂的推演的东西，这对自己，对科学的发展都是不利的。因为它违反了物理学的规律，物理学本身是现象而不是推演。”0．1．3对中学生形象思维能力的培养是时代的要求新课程总目标之一是使学生具有创新意识，能独立思考，勇于有根据地怀疑，养 引言高中物理教学中形象思维能力培养研究成尊重事实、大胆的科学态度和科学精神。创新意识的培养离不丌人的想象力，而想象正是形象思维的高级形式。形象思维能力的养成有利于学生创造能力的培养。教材中的比重：相比以前的课本，新教材在图片资料，科学故事，实际应用，实验，CAI等方面有很大的改动，这说明形象思维能力的培养越来越受到人们的关注。新型教育理念的引入、教师观念的转变、多媒体技术在教育教学上的普及为形象思维能力的培养提供了技术支持。0．2研究现状形象思维问题起源于西方美学，其发展过程大致可以分为三个阶段：形象思维的孕育阶段、形象思维的萌芽阶段和形象思维概念的形成阶段。从二十世纪的七十年代开始，哈佛大学的教育研究院就提出：过去讲的教育实际上是思维教育，是抽象思维的教育，而艺术教育好像被忽视了。艺术思维和抽象逻辑思维之间有一个平衡点，过去重视了一面忽视了另一面。于是出现了“零点项目”。经过几十年的研究得出一个重要成果：加德纳的多元智能，即语言智能、逻辑．数学智能、音乐智能、身体．运动智能、空间智能，人际关系智能、自我认识的智能和自然观察者智能【21。关于形象思维的理论研究从20世纪30年代传入我国，经历了几个阶段的怀疑、争论后于20世纪80年代在我国科学家钱学森的呼吁下形成共识：形象思维与抽象思维是人的两种最基本的思维方式。至此，形象思维的理论研究达到顶峰时期，出版了一系列关于开发右脑的书籍：其中北京教育学院温寒江同志领导的《形象思维发展的理论研究与教学实验》课题组更被列为八五、九五、十五规划重点课题，其主要研究内容为：关于形象思维的理论研究、形象思维发展与学科教学的教学实验与理论研究、完成“形象思维一般发展测验(量表)”的编制等。其研究成果收纳于《开发大脑潜能，发展形象思维创新教育丛书》19种，共有29所实验学校，17个学科实验组参与研究，内容涵盖体育、音乐、小学语文、小学数学、化学、作文、地理、美术、研究性学习等方面的实际案例。就此而言，形象思维在高中物理教学中的培养研究，是缺乏具体的培养方法和实际操作的。 高中物理教学中形象思维能力培养研究引言O．3研究目的和意义中央教科所《对我国部分省市普通高中情况调查报告》指出：物理学科是中学最难学、学生最不喜欢学和习题最难的学科。学习物理的难度很大程度在于对物理知识和物理场景理解不深刻，不透彻。长期以来，我们都比较重视抽象思维能力的训练，而忽略形象思维的重要性。学生形象思维能力比较缺乏，建立物理模型具有难度。通过对本课题的研究，提出形象思维培养的策略以及如何在教学的各个环节中实施形象思维能力的培养。养成学生形象思维的习惯，开发其创造性的潜质，最终达到素质教育的总目标意义：在我国的中学物理教学中，关于培养学生物理思维能力的教学研究一直在进行着，众多的中学物理教学研究在探索和寻找着如何提高中学生思维能力的有效方法。这些研究侧重于培养学生的抽象思维能力和创新思维能力。在形象思维能力方面的理论性研究较多，而真正的能够指导实际教学的却不多。另外，关于形象思维的理论研究，中学课程改革与课程实施上还存在着滞后和脱节的现象，这正是本课题所要研究的问题，即提出形象思维培养的策略以及如何在教学的各个环节中实施形象思维能力的培养。希望通过对本课题的研究，能够探索出在具体的教学实践中培养学生的思维能力的方法。能够给予教师和学生在教或学的过程中提供参考。0．4研究内容与方法0．4．1形象思维概述本部分内容以文献资料调查法为主。研究过程中，通过苏州大学图书馆、苏州市四中的图馆馆藏阅读了大量有关形象思维的史料及思维科学的文献，如形象思维问题论丛、形象思维资料辑要、展开想象的翅膀、形象思维学、形象思维研究、思维科学研究等了解形象思维的起源、概念界定、特点、方法、形象思维与抽象思维、创造性思维的关系等；通过中国学术期刊全文数据库(中国期刊网)、中国科技期刊数据库(重庆维普)、中国优秀博硕士学位论文库等阅读了大量与该课题相关的其它方面的文献，如人工智能、思维心理学等，了解物理形象思维的界定和特点提出物理形象思维能力的要素。为形象思维能力的培养策略提供理论依据。 引言苛中物理教学中形象思维能力培养研究0．4．2形象思维与物理教学丰富的文献资料为本论文的研究工作提供了很多有益的启示，从多角度给予支持从而拓展了研究思路和研究视角。0．4．3中学物理形象思维能力教学的现状研究本部分内容除文献资料调查外，还采取了口头报告法(针对一线教师在课程实施方面的调查)、对教材的相关知识进行调查研究等方法。对得到的数据进行分析，从教与学两方面入手，得出培养形象思维能力的必要性。0．4．4高中物理教学中形象思维能力的培养策略研究基于文献研究和多年的教学实践，提出物理形象思维能力的培养策略。1、丰富学生的表象储备，增加形象思维素材：2、提倡数形结合，发展形象思维能力；3、强化想象训练，升华形象思维能力。每个策略又通过若干途径来实施。如：通过实物展示、语言直观、多媒体、环境布置等来丰富学生的表象储备，增加形象思维素材；通过建构物理模型、注重图文结合、运用“概念图”等来提倡数形结合，发展形象思维能力；通过培养科学的思维过程、利用类比，展开想象、实践活动中诱发形象思维等强化想象训练，升华形象思维能力。并调查了现行教材中可以运用这些策略的若干知识点，以列表的形式附出。0．4．5培养形象思维能力策略的实施研究理论与实践结合，将本论文提出的策略运用到教学的各个环节，为形象思维能力的培养策略提供实践检验。结果说明培养物理形象思维能力是切实可行的。4 高中物理教学中形象思维能力培养研究第一章形象思维概述第一章形象思维概述1．1形象思维1．1．1形象思维的起源形象思维问题起源于西方美学，早在古希腊时代的一位哲学家阿波罗尼阿斯就已经把“想象”和希腊大雕刻家们的造型艺术联系起来，认为它能从现实里推演出理想。这应该就是对形象思维的最初认识。到了17世纪，德国哲学家莱布尼茨发现人的思维里，有些观念是抽去形象的，而有些观念是包含形象的。于是提出了“形象的认识”一词，这和今天我们所说的“形象思维”已经十分接近。1841年，俄国革命民主主义者、美学家和文艺批评家别林斯基在《艺术的观念》一文中给艺术下定义说．‘‘艺术是对真理的直接观照，或者是形象中的思维【3J。”把形象和思维这两个人们历来认为最相反的概念(形象是感性的，思维是理性的)结合起来，间接提出了形象思维的概念。形象思维的概念在20世纪30年代从苏联传入我国经历了长时间的争论。60年代，美国的神经生理学家斯佩里教授的“裂脑人”实验证实了感觉形象思维的存在后，才打消了人们对形象思维是否存在的怀疑。到了80年代，我国著名科学家钱学森提出建构思维科学的设想，主张把形象思维作为研究思维科学的突破口，并高瞻远瞩地说．‘‘我们一旦掌握形象思维学，会不会用它来掀起又一次的技术革命呢?这是值得玩味的设想【4】。”自此，形象思维的理论研究在我国处于顶峰时期，人们广泛开展多学科的综合研究，突破只在美学和文艺理论领域进行讨论的局限，出版了大量关于形象思维理论和开发右脑的书籍。可见，形象思维这个概念从提出到形成和流行有一个很长的过程，形象思维是十分重要的问题，又是十分复杂的问题。1．1．2形象思维的概念及其特点所谓形象思维主要是用直观形象和表象解决问题的思维。形象思维的基本单位是表象。它是用表象来进行分析、综合、抽象、概括的过程。当人利用他已有的表象解决问题时，或借助于表象进行联想、想象，通过抽象概括构成～幅新形象时，这种思维过程就是形象思维。5 第一章形象思维概述高中物理教学中形象思维能力培养研究从信息加工角度说，形象思维可以理解为主体运用表象、直感、想象等形式，对研究对象的有关形象信息，以及贮存在大脑里的形象信息进行加工(分析、比较、整合、转化等)，从而从形象上认识和把握研究对象的本质和规律。它是人类能动地认识和反映世界的基本形式之一。形象思维除了具备一般思维的特征(间接性和概括性)外，还有它自己的特点，主要有：形象性、跳跃性、粗略性、整体性、想象性等。(1)形象性形象性是形象思维最基本的特点。形象思维所反映的对象是事物的形象，思维形式是意象、直感、想象等形象性的观念，其表达的工具和手段是能为感官所感知的图形、图像、图式和形象性的符号。形象思维的形象性使它具有生动性、直观性和整体性的优点。(2)跳跃性钱学森说“形象思维之有别于逻辑思维在于大跨度地思维，从初看无关事物中找出有关【51。，，这就是指形象思维的跳跃性了。所谓跳跃性，首先是指形象思维方法的运行没有严格的规则。不论联想还是想象，在其活动开始时不存在必须如此的充足理由和依据，不存在什么一定可以联想和想象，或者一定不可以联想和想象。往往表面看来十分不同的事物，也可以通过联想或想象而联系起来，并形成相应的思维形象。其次，形象思维方法的跳跃性，还表现为思维成果的猜测成分大，可靠性无保障。由于形象思维方法可以实现思维的无规则活动，既无充足理由的前提依据，也无必然如此的思维秩序，所以形成的思维结果的可靠性必然要小，即表现为一种猜测性成果。再次，形象思维方法的跳跃性，还表现在这些思维方法具有创造作用上。由于联想和想象没有严格的规则，恰好可以突破思维常规、摆脱传统知识和思维定势的束缚，从而形成超常或反常的新观念、新发明、新作品。具有严格规则的抽象思维方法，则往往难以实现创造的功能。所以，联想和想象的方法在创造性思维中具有十分重要的作用。爱因斯坦曾说“我思考问题时，不是用语言进行思考，而是用活动的跳跃的形象进行思考，当这种思考完成以后，我要花很大力气把它们转换成语言。”6 高中物理教学中形象思维能力培养研究第一章形象思维概述(3)粗略性形象思维对问题的反映是粗线条的反映，对问题的把握是大体上的把握，对问题的分析是定性的或半定量的。所以，形象思维通常用于问题的定性分析。(4)整体性形象思维具有整体性的特点。形象思维侧重于综合。更加强调通过事物的整体形象来把握其内在的本质和规律。(5)想象性想象是思维主体运用已有的形象形成新形象的过程。形象思维并不满足于对已有形象的再现，它更致力于追求对已有形象的加工，而获得新形象产品的输出。所以，想象性使形象思维具有创造性的优点。这也说明了一个道理：富有创造力的人通常都具有极强的想象力。1．1．3形象思维的生理机制1981年获得诺贝尔生理医学奖的R．W．斯佩里教授根据他四十多年割裂脑的研究发现：左右半球在功能上是不对称的，有分工的。一般说来，人脑左半球主要具有言语符号、分析、逻辑推理、计算数字等抽象思维的功能；右半球主要具有非言语的、综合的、形象的、空间位置的、音乐的等形象思维的功能。由此认为：左半球是抽象思维中枢，右半球是形象思维中枢。左脑功能特点是串行的、继时的信息处理，是收敛性的因果式的思考方式；右脑则是并行的、空间的信息处理，是发散性的非因果式的思考方式。从大脑两半球功能特点来看，在大脑左右半球中主要储存着两种信息，即语言信息和形象信息，或者说是概念系统和形象(或称表象)系统；也存在着两种不同的编码系统，即抽象记忆、抽象思维与形象记忆、形象思维。它们是大脑的两种基本编码系统。可见形象记忆与抽象记忆是人的两种基本记忆，形象思维与抽象思维也是人的两种基本思维。斯佩里1982年发现，掌管人文形象思维的右脑的记忆量是掌管逻辑思维的左脑的百万倍，目前相当一部分人的右半脑，或者说形象思维远远没有得到开啦反o1．1．4形象思维的方法形象思维是凭借对象的形象所进行的思维，这种思维的形式表现为表象、联想、7 第一章形象思维概述高中物理教学中形象思维能力培养研究想象。表象是形象思维的独立单位；联想是把两个或两个以上的表象联合起来；想象就是把一系列有关表象融合在一起，构成一幅新的形象或图像。(1)模仿法以某种模仿原型为参照，在此基础之上加以变化产生新事物的方法。很多发明创造都建立在对前人或自然界的模仿的基础上，如模仿鸟发明了飞机，模仿鱼发明了潜水艇，模仿蝙蝠发明了雷达。(2)联想法联想是形象思维活动中的一种基本方法，记忆材料进入新的形象思维活动，往往首先需要通过联想这一环节，即由新的感受形象而联想起以前关于其他事物的形象思维结果，从而进入对眼下对象的思维活动。联想也是一种十分重要的思维能力。人们的联想活动是不断升级的，每一次升级都会给旧的思维活动带来新的生机和成果。联想方法的具体形式很多，主要可分为三种，即接近联想、类比联想和对比联想。(3)想象法想象是头脑中对已有意象经过结合和改造产生新的意象的思维过程，它是最有创造性意义的形象思维的形式。爱因斯坦说：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。严格地说，想象力是科学研究中的实在因素。”科学的想象是对已有意象的一系列直感的联结。例如，爱因斯坦著名的广义相对论的创立实际上就是起源于一个自由的想象。一天，爱因斯坦坐在伯尔尼专利局的椅子上，突然想到，如果一个人自由下落，他是会感觉不到他的体重的。爱因斯坦说，这个简单的理想实验“对我影响至深，竞把我引向引力理论”。1．1．5形象思维与抽象思维形象思维与抽象思维是人的两种基本思维，1985年，钱学森院士发表《关于思维科学》一文，倡导建立“思维科学”提出思维有三种形式：形象思维、逻辑思维和灵感(顿悟)思维。逻辑思维又称抽象思惟，其特点是以抽象的概念、判断和推理作为思维的基本形式，以分析、综合、比较、抽象、概括和具体化作为思维的基本过程，从丽揭露事物的本质特征和规律性联系。 高中物理教学中形象思维能力培养研究第～章形象思维概述形象思维是凭借头脑中储有的表象进行的思维。这种思维活动是右脑进行的，因为右脑主要负责直观的、综合的、几何的、绘画的思考认识和行为。两者的关系是：(1)抽象思维在由感性认识上升到理性认识时，一般都摒弃了感性的、具体的形象，运用抽象的概念进行推理、论证，最后以抽象的公式、定理、原则等来反映客观世界。而形象思维则在思维的整个过程中，始终不舍弃具体的感性的形象，以可感的形象作为思维运动的基本形式，从而显示一般规律，把事物的本质规律包含于具体形象之中，因而具象的同时也是抽象。(2)抽象思维要尊重客观事实，遵循严密的逻辑推理，一般不允许感情用事。形象思维则不然，形象思维的对象不是抽象的概念、数据，而是感性的、具体的形象。(3)脑科学认为大脑左半球的功能主要是语言、计算、逻辑思维功能，是理性的脑；大脑右半球则主管形象思维、直觉思维，并掌握发散思维等非逻辑思维的功能，是创造的脑。人的左脑和右脑的功能是相辅相成的，组成新的完整的意象单靠右脑的形象思维是完成不了的，必须要有左脑逻辑思维的密切配合。左右两半球由一条两亿根神经纤维组成的名叫“脐眠体”的“粗缆”联成一体。心理学认为学习的目的主要是发展智力，而智力的核心当然是思维。人的认知过程，就是从感性认识发展到理性认识，从感觉、知觉到发展思维，思维是核心。在儿童时期，人的感觉、知觉表象比较丰富，经过学习使这些形象思维逐渐发展到抽象的逻辑思维，这就是认识的发展过程。如果说在小孩的时候，强调形象的教学，到了中学就发展逻辑思维，好像觉得越抽象、越逻辑，水平就越高，这是对思维的一种片面的认识，也使我们的教育显得枯燥无味，使学生学习的兴趣不高。事实上人在认识世界的时候，形象思维和抽象思维是互相补充的，不是截然分开的，其发展过程是先有形象思维，后有逻辑思维。但是有了逻辑思维之后，形象思维并不等于完成了任务，实际上形象思维在逻辑思维的基础上是继续发展的，使人的思维过程更全面更完整，使我们更好地认识世界。形象的东西能引起人的兴趣，提高人的认知积极性，太抽象的东西如果不与形象的东西相结合，就会显得枯燥。所以人的逻辑思维如果有形象思维的伴随，就会使人的思维更全面，使人的思维能力更加提高。同时逻辑思维有了形象思维的补充，还能够发展创造性，如果只是接受别人的传授就不能得到提高和发展。所以从思维上讲，就是形象思维和抽象思维共同发展，达到9 第一章形象思维概述高中物理教学中形象思维能力培养研究创造性思维，这是我们教育的一个方向。在人们的实际思维活动中，形象思维方法与逻辑思维方法时常发生转换。1．1．6形象思维之想象与创新思维心里学的研究表明创造力主要来自右脑，来自形象思维，因而培养形象思维是培养创造力的重要途径。想象是对记忆中的表象进行加工改造以后得到的～种形象思维【6】，它是形象思维的高级形式，也可以说是一种创造性的形象思维。想象可以分为再造性想象和创造性想象两种。后者是我们从事创造性活动的一个重要的思维工具。一切创造性活动都离不开想象，正象法国大作家雨果所说：“⋯⋯科学到了最后阶段，就遇上了想象。在圆锥曲线中、在对数中、在声波的计算中，想象都是计算的系数，于是，数学也成了诗。对于思想呆板的科学家，我是不大相信的。”爱因斯坦也说：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。严格地说，想象力是科学研究的实在因素【_71。”他16岁时曾问自己：“如果有人追上光速，将会看到什么现象。”以后他又设想：“一个人在自由下落的升降机中，会看到什么现象。”就是这些想象推动他去探索科学知识的奥妙，紧张地开展研究工作，终于创立了相对论学说，获得诺贝尔奖，成为世界上最伟大的科学家。这段事例充分说明了想象在认识和学习中的重要作用。想象力是智力活动富于创造性的重要条件。作家的人物构思、艺术创作，工程师的蓝图设计，科学家的发明创造、技术革新，教师对学生的培养目标，学生对未来的理想等都是离不开想象的心理过程，所以，想象是学生搞好学习的重要心理因素。每个想腾飞的人都应该重视培养发展想象力这个翅膀。1．2物理形象思维1．2．1物理形象思维的概念及其特点物理学是研究物质运动最一般的规律、物质的基本结构及物质间的相互作用的一门学科，它的研究对象具有客观性，不以人的意志而转移。而我们要认识这种自然界物质的运动、相互作用等的本质规律和特征，就必须在头脑中形成对整个物理世界本质的、完整的、深刻的反映，就要对观察过的物理现象、物理事实、物理过程等在大脑中形成清晰的物理图景，并反复加工、合理改造、去粗取精，把感性认识上升到理10 高中物理教学中形象思维能力培养研究第一奄形象思维概述性认识，这就是物理思维【引。物理形象思维是物理思维中的一种，它是以物理表象为思维材料而进行的思维。物理表象是物理形象在人脑中的间接的和概括的反映，这些形象包括事物的物理宏观形象、微观形象、时空形象、局部形象、整体形象、静态形象、动态形象等。物理形象思维又是一种具体的形象思维，它除了具有形象思维的一般特点，由于物理学科的特点，又使它具有很多特点，主要有以下几点：(1)物理形象思维的材料极为丰富因为物理学与客观世界紧密联系，使得表象的来源极为丰富(1)物理对象具有形象性。物理学的研究对象是客观存在的，大到宇宙天体，小到夸克微粒，具有大小、形状、结构、分布等形象特征。(2)物理过程及现象具有形象性。在物理学中每一种运动、每一个过程、每一种现象都有与之相对应的形象，如匀速直线运动、匀变速直线运动、振动与波、电磁波的传播、光电效应、电磁感应、静电现象等都具有动态的形象。(3)物理学中创造了极其丰富的观念形象。一切物理模型、图形、符号、公式等都是形象，时空有形象，状态有形象，场有形，维有形，坐标有形，矢量有形，标量有形，力、热、光、电、磁、原子等都有形，同时，物理学的每一个新理论的出现都伴随着新的观念形象的诞生，如介子、胶子。(4)物理实验具有形象性。任何物理实验都要有实验装置、实验过程、实验现象、实验结果分析等。实验装置具有空间形象，实验过程具有动态形象，实验现象具有生动的直观可感形象，实验结果分析常常采用数学图形的形象等。此外，还包括自己头脑中已有的各种物理表象。物理形象思维依赖于这些思维材料，也正因为如此物理形象思维能力的高低很大程度上取决于本人头脑中物理表象的储备是否丰富。如果头脑中的物理表象丰富，加上对这些表象认识深刻，就会使物理形象思维更加灵活。(2)动态性物理形象思维的材料、结果和过程常常是动态的。例如，爱因斯坦在建立广义相对论时讨论了自由落体下落的升降机的理想实验，他设想，在自由下落的升降机里，一个人从口袋中拿出一块手帕和一块表，让它们从手上掉卜来，这两个物体就停在松开的地方。由此，爱因斯坦得出结论：处在“自由下落电梯”中的观察者将不可能通过 第一章形象思维概述扁中物理教学中形象思维能力培养研究其它任何物理实验来发现引力，即在这个特定的“电梯”参照系中，引力被消除了。这个理想实验帮助爱因斯坦创立了广义相对论，在设想这个理想实验时，爱因斯坦大脑中呈现出电梯自由下落，同时放开手帕和手表的动态图景。在物理学中，动态的物理图景及形象很多，如卢瑟福的原子核式结构形象、波动的形象、可逆过程的形象等等。这些图景及形象作为物理形象思维的材料、内容或结果，是物理形象思维动态性的具体体现。(3)物理形象思维能唤起直觉、诱发灵感在物理学中，直觉和灵感绝不是无根据的猜测，它的产生必须以表象的积累为前提，并能充分发挥诸表象相互作用的想象，是运用形象思维进行分析的结果。例如，1927年，诺贝尔物理学奖金获得者威尔逊的成功，就是一个极好的说明。青年时期，威尔逊曾到过英国本内维斯峰天文台消闲数周，山上云雾飘渺的奇景，给他留下了深刻的印象。后来，当卡文迪许实验室主任汤姆生向他提出需要一种能显现电子路径的仪器时，凭借着对大自然瑰丽壮美的无比喜爱和丰富的想象力，他马上想到天文台观察到的云雾。几经努力，威尔逊终于制造出“对于科学的进展的价值是无比估量的”(汤姆生语)云室。又如，爱因斯坦的“跟踪光速”、“电梯实验”、“闪电实验”等理想实验，成为创立相对论的重要基础。1．2．2物理形象思维能力的要素能力是指顺利完成某项活动所必需的，并直接影响活动效率的个性心理特征。包括一般能力(指观察力、记忆力、想象力、注意力和思维能力等，是人从事任何活动必须具备的能力)和特殊能力(指从事某一项或几项活动必须具备的能力)。一般能力又常被称为智力【91。能力总是和人的某种活动和联系并表现于活动中，其高低也通常在活动中体现。能力和知识是密切相关的，丰富学生的知识是提高学生能力的一条重要途径，同时能力的培养也需以知识为载体。但能力的培养比传授知识更困难，特别是思维能力的培养。因此新课程标准也更关注能力的培养。能力的形成与发展受多种因素的影响，既包括先天素质，也包括后天因素，主要指对先天素质产生影响作用的环境、教育和实践活动等。实际上，能力就是这些因素交织在一起相互作用的结果12 高中物理教学中形象思维能力培养研究第一章形象思维概述要对物理形象思维能力进行培养，首先就需要明确该能力的基本要素是什么。针对基本要素进行能力培养，将使培养的目标更明确、方法更具体、效果更明显，检测也能够更有针对性。根据物理学习心理学知识，并查阅相关文献，如相关期刊和相关专著等。在此基础上进行归纳总结，比较分析。得出物理形象思维能力的要素，有以下六个：(1)识别物理图示的能力该能力要求学生能够通过提供的物理图示正确想象出对应的实际物理状态或物理过程的能力以及相反的过程。(2)表述物理形象的能力将头脑中形成的物理形象，利用语言、文字或绘画等方法清晰、准确地表述出来的能力。(3)形成静态表象并建立空间位置关系的能力该能力是指学生在头脑中形成静态物理情境的能力。学生通过描述性的文字或是描述性语言结合头脑中的表象形成关于物理情境的静态的新表象：并正确建立起相关静态表象的三维空间位置关系。(4)形成动态表象并构建物理过程的能力该能力是指学生在头脑中形成动态物理情境的能力。学生通过描述性的文字或是描述性语言结合头脑中的表象形成关于物理过程的新表象，这一表象有别于上述的静态表象，它是一个描述物理动作或过程的动态表象，通过动态表象的组合能够清晰反映这一物理过程。(5)联想并运用物理模型的能力根据物理问题，利用比较、分析、归纳等方法建立对应的物理模型并能在相关物理问题中运用与之有关的物理模型的能力。(6)想象新的物理模型的能力这一过程对于构建者而言，是一个从无到有的过程，而且是经过自身总结归纳后，带有一般规律性的产物。 第二章形象思维‘j物理教学高中物理教学中形象思维能力培养研究第二章形象思维与物理教学2．1物理学发展与形象思维钱学森同志认为：人认识客观世界，首先是用形象思维，而不是抽象思维，比如小孩子的思维也是从形象思维开始，然后到抽象思维的。科学家们面对问题的思考，也不总是严密地按照一步一步的逻辑顺序进行的，有时跳跃的直觉思维在他们的发明创造中起了关键性的作用。从史料中我们发现，科学发现中有很多事实与形象思维密切相关。2．1．1科学发展依赖于形象思维事件如微观领域中原子核、基本粒子等一系列模型的构想，大都是借助于形象思维产生的结果。1093年英国科学家汤姆逊根据阴极射线的实验，从电子存在的事实想象原子结构，其中许多极小的电子就象西瓜瓤罩的瓜子一样。因此形成了西瓜式的檐子结构模型。而后他的学生卢瑟福用a粒子轰击原子，发现a粒子不是沿着直线前进的，有的还被弹回来。他想一定是碰到一团相当结实的东西。他就在太阳系结构成及运动的启发下，设想原子可能是一极小的太阳系结构，这团结实的物质就是带正电的原子核，它位于原子中心，带负电荷的电子在其周围周转，于是在1911年提出了原子模型假说。但这一假说不能很好地解释原子的稳定性和光谱规律。1913年丹麦物理学家玻尔，为了解释氢光谱提出了原子轨道的概念。后来，量子力学的发展为现代原子结构的理论奠定了基础，对核外电子的运动也以电子云的概念代替了轨道的概念。在此过程中，物理学家们始终是围绕着事物的形象展开思维的，他们从实验的宏观现象，从日常生活中相似事物的形象，从宏观物体的运动状态去设想、验证原子的结构及其内部运动规律，使人们对原子结构的认识在对它的形象的改造和验证的过程中向真实靠近。量子论的传世人马克斯．普郎克认为科学家必须具备“对新观点的一种活跃的直观想象力，这些新观点不是演绎得到出的，而是通过艺术家一般的创造性想象而得出的”。14 高中物理教学中形象思维能力培养研究第二章形象思维与物理教学古希腊唯物论哲学家德克谟利特看到水滴石穿、戒指戴久变薄、犁用久了会有磨损等常见现象，运用形象思维推知自然界的物质都是由极小的粒子构成的，并把这种粒子称为原子，奠定了原子理论的基础。同时，他们观察到尘埃在光术中的运动想象到构成物质的粒子是运动的而不是静止的。后来，科学家在这个相互的原子观念的启发下提出了原子论。牛顿对光的直线传播、反射定律进行了分析，想象光是一种微粒，提出了光的微粒说。而荷兰科学家惠更斯对光的衍射现象进行了形象分析，想象光类似于声音，是一种波，由此而提出了波动说。200年后为了解释“光电效应”现象，是爱因斯坦利用形象思维把光形象地看作是一份一份的能量子，即提出了光子的概念，且大胆的提出了光既是粒子又是波，把争论了两个世纪的两种学说统一为光的波粒二象说。可见在光的本性的认识过程中，形象思维也起了很大的作用。2．1．2科学家也是形象思维大师伟大的科学家法拉第在他发现电磁感应以后，科学家们就开始了对“场”的研究。据有关材料介绍，当时研究“场”的科学家中，法拉第的数学功底最差，但是法拉第却成功的提出了电场线和磁感线的概念。这是因为法拉第是一位高超的形象思维大师，看到磁体的周围的铁屑形成规则的曲线时，法拉第运用物理直觉与形象思维有机结合，就设想电荷或磁体周围的空间内充满着一种传递力的媒质，而提出了场的概念，并且提出用电感线和磁场线来描述场，使场更形象更具体。另外，还有牛顿的万有引力定律、玻尔的原子结构模型、开普勒的行星三大定律、麦克斯韦的电磁场理论等等无不是通过反复地、充分的形象思维活动建立起来的。所以可以说，物理学是形象思维学。爱因斯坦是一个具有极其深刻的逻辑思维能力的大师，但他却反对把逻辑方法视为唯一的科学方法，他十分善于发挥形象思维的自由创造力，他所构思的种种理想化实验就是运用形象思维的典型范例。这些理想化实验并不是对具体的事例运用抽象化的方法，舍弃现象，抽取本质，而是运用形象思维的方法，将表现一般、本质的现象加以保留，并使之得到集中和强化。爱因斯坦这样描述他的思维过程：“我思考问题时，不是用语言进行思考，而是用活动的跳跃的形象进行思考，当这种思考完成以后，我要花很大力气把它们转换成语言。”爱因斯坦著名的广义相对论的创立实际上就是起源于一个自由的想象。一天，爱因斯坦正坐在伯尔尼专利局的椅子上，突然想到， 第二章形象思维’j物理教学高中物理教学中形象思维能力培养研究如果一个人自由下落，他是会感觉不到他的体重的。爱因斯坦说，这个简单的理想实验“对我影响至深，竟把我引向引力理论”。2．2物理形象思维能力在高中物理学习中的作用1加l对于物理学来说，形象思维具有不可忽视的作用，这种作用主要表现在如下几个方面。2．2．1形象思维是提出物理假说的重要途径物理理论的形成，一般经过五个阶段，既提出问题(T)、搜寻事实(S)、捕获信息(P)、建立假说(J)、形成理论(X)，称之为TSPJX循环。在建立假说阶段，起决定作用的往往是形象思维，为了构造一个符合物理事实的、较完美的理想假说，需要在原有的物理表象的基础上，添加一些假定的成分，在基本不违背已有事实的前提下，最大限度地发挥创造性想象力，组构一个简单、和谐、能解释实验事实和解决物理问题的理论框架，正是在这个意义上，爱因斯坦指出：“要走向理论的建立，当然不存在什么逻辑的道路，只有通过构造性的尝试去摸索，而这种尝试是受支配于对事实知识的缜密考察的【llJ。”例如，麦克斯韦数学功底很强，法拉第曾对他说：“你不应停留在用数学解释我的观点，而应该突破它!正是由于法拉第的鼓励，麦克斯韦由法拉第发现的电磁感应现象进一步产生联想和想象得出电磁场理论。这一理论后来被赫兹实验所证明。【12】从上例可以看出，物理学在建立假说阶段，除包括着对实验事实的分析和对美的追求外，还包括着想象力的高度发挥。在物理学中，这种例子很多，如卢瑟福原子核式模型假说的提出，爱因斯坦光子假说的提出等都是物理形象思维的结晶。正如贝费里奇所说：“科学家必须具备想象力，这样才能想象出肉眼观察不到的事物如何发生、如何作用、并构思出假谢131。'’2．2．2形象思维为学习物理提供形象支柱物理学发展离不开形象思维，它需要物理学家具有非凡的想象力。由于学生学习物理学与科学家研究物理学的思维活动有一致性，科学家研究物理学离不开形象思维，学生学习物理同样需要形象思维。否则，学生学到的东西不过是一些抽象的“干瘪的、枯燥的”结论，而不会知道在物理过程中怎样从现象深入本质，也不会理解物16 高中物理教学中形象思维能力培养研究第二章形象思维与物理教学理知识、概念、规律的丰富的内涵，这对他们的继续学习和工作是显然极为不利的。(1)有助于物理概念的形成物理概念是对一类事物物理共同本质特征的高度概括和抽象，物理概念的形成是从具体到抽象过渡的过程，在这个过程中，学生头脑中需要浮现各个具体事物的形象——具象；并在此基础上，概括出一类事物所共同具有的形象特征，形成概像；然后，在头脑中补充一些新的、概括程度更高的表象，这种具有高度概括水平的表象一般不是直观的，它已经是头脑中一种新的形象——意象。由此可见，物理概念的形成过程实际上是抽象思维和形象思维相互作用的过程。(2)有助于学生对物理规律的理解物理学中许多重要的理论模型和规律如分子结构、原子结构、原子核模型、万有引力定律等。只有依靠形象思维，充分发挥想象力，建立起关于他们结构的清晰的表象，才能有效地加以把握、理解。如果学生大脑中没有原子结构的形象和导体中自由电子运动的动态形象，则不能很好地理解电热现象、电流规律；如果学生没有形成关于电场和磁场正确的形象描绘，就很难理解电磁现象、电磁规律。有一些学生认为物理难学是由于太抽象，其实这只是问题的一个方面，另外一个重要的原因是多年来在物理教学中忽视了形象思维能力的培养，教师在抽象中教，学生在抽象中学，定义是抽象的，概念是抽象的，推理是抽象的，公式、定律、定理还是抽象的，从而导致学生大脑中没有与物理知识相对应的、正确的物理形象，构筑不出与物理知识相对应的物理图景，不能形成物理过程的动态形象，不会应用形象思维分析和解决物理问题。(3)有助于学生构想理想化的形象构想理想化的形象，虽然需要抽象思维，但必须经形象思维，对感知到的物理事实进行加工、改造，形成物理事物的表象，并将次要表象和主要表象区分开来，舍弃次要表象，抓住本质特征，形成具有该类物理事物共同本质特征的概象，然后，才能抽象出理想化形象。离开了形象思维，单纯用概念和符号思考问题，就不可能形成物理事物的表象，更谈不上排除次要形象，抓住本质形象。物理学中的理想模型、理想过程、理想实验都是形象思维和抽象思维共同作用的结果，在这个过程中，抽象思维起着概括和调节的作用，而形象思维提供思维的内容和材料，为抽象思维开辟道路。17 第二章形象思维‘j物理教学高中物理教学中形象思维能力培养研究2．2．3形象思维便于对物理问题的整体把握和定性分析解决物理问题是一种目的性、方向性极强的脑力劳动，一个复杂的物理问题很难用语言描述清楚，一个语言表达的复杂的物理问题读起来又常常难懂。因此，在解决物理问题时，必须借助于形象思维，首先，搞清问题情景——即问题的研究对象是什么?在什么条件下处于什么状态?经历了哪些过程?已知什么?需求什么?并根据问题情景构建出典型具体的形象，画出示意图、光路图、电路图、流程图、受力图等，从而对问题有一个完整的、形象的认识。其次，将典型具体的物理形象抽象为一个理想化形象，并使其在大脑中活动起来，就像放电影一样，在时空中演变发展，通过对比、概括等，引导解题活动有目的地向着预想的方向发展。然后，估计欲采用解法的可行性，估计问题结果的数量级，推断问题所涉及物理知识的基本范围，选择所学的规律、公式，把这一问题转化为数学问题。这样，就达到了对物理问题的整体把握和定性分析。在解决物理问题时，如果不重视形象思维，则思维就可能脱离研究对象和问题，找不到解决问题的正确途径。2．3高中物理教学中培养形象思维能力的可行性RogerSperry的裂脑人实验以及加德纳的多元智力理论的提出为形象思维的培养提供理论依据。人的智力是由言语一语言智力、逻辑～数理智力、视觉一空间关系智力、音乐一节奏智力、身体一运动智力、人际交往智力、自我反省智力、自然观察者智力等多种智力构成。这些智力的绝大部分与形象思维密切相关。除此之外，培养形象思维能力的可行性还表现在以下几点：(1)RogerSperry的研究还表明掌管人文形象思维的右脑的记忆量是掌管逻辑思维的左脑的百万倍。目前相当一部分人的右半脑，或者说形象思维远远没有得到开发。(2)多媒体技术的普及和教师观念的转变为形象思维能力的培养提供了强有力的支持。(3)新课程标准下的教材相比于以往的教材在图片、科学故事、CIA等方面有很大的改动，这说明人们越来越清楚的认识到形象思维的重要性。(4)不同年龄的学生甚至是同一年龄的学生，因所处环境不同，形象思维能力存在差异。 高中物理教学中形象思维能力培养研究第三章高中物理形象思维能力教学的现状研究第三章高中物理形象思维能力教学的现状研究<全日制普通高中物理新课程标准》中指出高中物理课程旨在进一步提高学生的科学素养，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生，为学生终身发展、应对现代社会和未来发展的挑战奠定基础。新课程的培养目标不仅仅是传授基本知识和基本技能，而是应该以物理为载体，通过科学的方法(如科学探究方法、建立物理模型等)对物理过程进行科学的分析，并在其中培养科学的价值观。归根结底，新课程的理念就是对学生思维能力(包括形象思维能力)的培养和人生观的培养。3。1高中物理教学中培养形象思维能力现状现代脑科学研究揭示，大脑两半球的功能有着不同的分工，脑左半球侧重于以抽象的材料进行思维活动，主要以线性方式处理输入信息，所以在语言、逻辑、分析判断等方面占有优势；大脑右半球侧重于以形象的材料思维活动，它主要以视觉空间非线性方式处理输入信息，所以在具体事物、空间关系、复杂关系的认识和理解等方面占有优势，而且大脑两半球及各部位之间通过神经纤维密切配合、互通情报、分工合作，主导着人的一切复杂活动。多年来，物理教学一直偏重于运用左脑的功能，重视抽象思维能力的训练而忽略形象思维能力的培养。综观各界对教育界的评论以及结合笔者多年的教学经验来看，课堂教学中主要存在下列问题：(1)课堂教学偏重于知识的传授甚至是灌输，只重视结论的记忆，而忽视对物理过程的分析和物理模型的建立，只知道是什么，而不去探究为什么，学生只是被动的接受，机械地吸收。曾经一度流行的“背多分”和“高分低能”正是这种教学模式下的产物，机械的记忆和重复的训练成为获取成绩的主要途径，学生因为缺少了对形象思维能力的锻炼，而缺乏对知识的迁移能力和创新能力。如99年高考第6题研究飞机飞行时机翼两端的电势差问题，这本来就可直接抽象成“一个导体棒在磁场中作切割磁力线运动”这一是简单的物理问题，但一旦与实际生活联系起来，学生因缺乏这一应用知19 第三章高中物理形象思维能力教学的现状研究高中物理教学中形象思维能力培养研究识的迁移能力，而导致该题为得分率最低的题引HJ(江苏省统计仅为26％)(2)为了得到较高的升学率而只重视解题方面的训练，而忽视学生其他方面能力的训练。在理论和定量计算方面花大量的时间和精力，我的一个大学同学曾说起他的学校在训练题海战术方面的实例：一道题，换了数据继续练，有时，同一道题甚至会练上五、六遍。这样的教学结果是培养了一大批考试机器而在动手能力却极为欠缺。高三理科毕业生中连一盏日光灯都不敢拆装的是大有人在。(3)只强调抽象思维能力的锻炼，而忽视了形象思维能力的培养，概念追求抽象化，习题追求抽象化，就连教科书上使用的文字也极具抽象化，似乎让人看得懂就不能体现自己的水平。这样导致的结果是学生的学习偏重于机械记忆、浅层理解和简单应用，很少涉及形象思维深层次的作用。这种忽视形象知识，不重视培养学生的形象思维能力的训练，使得学生的思维得不到全面发展，对物理场景理解不深刻，不透彻，不能很好的建立物理模型，或者不能独立的建立物理模型，使得物理这门学科只剩下深奥和晦涩的理论，让人望而生畏，抽象思维本身也因为缺少形象的“支持”而发生困难，甚至寸步难行。可喜的是，近年来，人们越来越多的认识到形象思维的重要性，物理教材中与形象思维有关的素材越来越丰富，物理教学中也越来越多地运用一些直观方法和教具。3．2高中生物理形象思维能力现状1985年林钟敏等采用全国思维研究协作组卷二对学生逻辑基本规律的应用检测结果显示：女生总体上偏爱形象思维，男生以逻辑思维见长。借助于1994年天津教科院“右脑智力开发课题组”编制的“右脑能力”测试题目Il51。众多的调查结果显示：(1)学生形象思维能力的强弱对物理学习结果产生直接影响，从而说明了在物理教学中培养学生形象思维能力的重要性。(2)初中学生的形象思维能力较之高中学生的形象思维能力弱。这说明形象思维能力是随着学龄的变化而变化的。从生理上看，高一学生的发育更趋成熟，知识结构更趋完善，其固有的图形和图式形象都得到了发展；从学习内容上看，高一学生己学习了平面几何与立体几何，学生形象思维能力也相应得到了发展。这也说明了培养形象20 高中物理教学中形象思维能力培养研究第三章高中物理形象思维能力教学的现状研究思维能力是可行的。(3)重点中学学生的形象思维能力较制之普通中学学生的能力强。这就说明对于同一年龄段的学生，由于成长环境和受教育环境的区别，形象思维能力发展水平存在差异，也间接说明学生的形象思维能力是可以培养的。3．3物理教材变革与形象思维毹力培养自从1978年恢复全国统一高考以来，物理课本经历了“试用本”(二册)、“甲种本”(--册)或“乙种本”(二册)，“物理”(二册)、“必修”(二册)an“选修”(一册)，现在使用的是“必修”或“必修加选修”。先后5套教材共使用30多年。这些课本随着社会的发展和对人才需求的变化不断地进行着改革，对教材稍加调查，我们可以发现课本里面对于思维能力培养的侧重点也有所变化。3．3．1课程改革历程中与形象思维能力相关部分的比重研究(1)理论研究方面早在20世纪30年代，形象思维这个概念就己从苏联传入我国，但当时讨论的规模不大。甚至有一部分人对形象思维持怀疑态度，认为形象思维是不存在的，唯心的。之后又被认为是不同于科学的艺术思维。1981年左右脑分工理论诞生后，发达国家竞相探求形象思维教育。我国科学家钱学森也提出建构思维科学的设想，主张把形象思维作为研究思维科学的突破口【l6。，自此，形象思维的研究在我国处于顶峰时期，广泛开展了一系列多学科的综合研究，如：北京教育学院的温寒江同志进行的《形象思维发展的理论研究与教学实验》，历经15年得出一系列成果。(2)教材发展相比于理论研究而言，教材的发展就显得略有些滞后。80年代的教材还是纯文本格式的，很少或几乎没有图片，它们过分强调学科体系的严密性和系统性，重视知识的学习和记忆，忽视儿童的学习与心理规律，忽视知识与社会实际和学生生活的联系，忽视培养学生的思维能力和解决实际问题的能力。在课程实施方面，单纯讲解的教学方式占了绝大多数，以教师、课堂、书本为中心，忽视交流、合作、主动参与、探究等学习方式，学生创新能力的发展受到～定的束缚。直到2000年试行的教材中，因为吸收了大量现代心理学、教育学、教育技术学2l 第三章高中物理形象思维能，』J教学的现状研究南中物理教学中形象思维能力培养研究及各学科领域研究的最新理论成果，比原来的教材有了多方面的改进和突破。表现在：充分注意到对学生学习心理和认知规律的研究，使学生乐学、易学，如：设计各种小栏目，增加精美的插图等；教材内容的选择上更注意与社会和学生生活的联系。2005年实施新课程标准后，新教材大量引进现代信息；密切联系生活；重视活动设计，鼓励学生探究创造；利用信息技术，扩展课堂学习空间。相比以前的课本，新教材选用了大量的表格、彩图、照片；设计了诸如“信息窗”、“加油站”、“迷你实验室”、“科学漫步”等版块。这些改动突破了传统教学中只重视抽象思维的做法，为发展学生的形象思维能力提供了有力的帮助。(3)课程实施方面相对于教材改革，教师在课程实施方面也略有些滞后。笔者曾在恰当的时机对16位在职老师(8位普通中学教师、8位重点中学教师)进行口头访问(口头访问的提纲见附录)。在口头访问的几位任课老师中，对于形象思维的第一印象是不知道、不了解，经过简单说明后有的老师作恍然大悟状，有的老师认为形象思维是文科的特点，还有老师说自己在平时教学中也经常实施类似的方法，只是没认识到是在调动学生形象思维。表l教学中培养形象思维能力现状调奇普通中学重点中学总评对形象思维不了解675％562．5％68．75％对形象思维了解一些225％337．5％31．25％形象思维是文科的特225％225％点经常使用直观手段教l12．5％337．5％25％学如图片、实物等偶尔使用直观手段教787．5％562．5％75％学如图片、实物等表二中所列是新课程标准采用的教材中的部分实验在课程实施中的情况统计。其中，①、②在教材中被安排为演示实验，但，根据新课程理念，若教师能在课堂实施中将其改变为学生实验，则对学生的动手能力培养、观察能力培养以及思维能力的 高中物理教学中形象思维能力培养研究第三章高中物理形象思维能力教学的现状研究培养都将更上一个台阶。③、④、⑤在教材中被安排为学生探究实验。但从表中，我们不难看出，即使是教材中的学生探究实验，也仅有16．7％．50％的实施情况。只做口头介绍的情况在中学教学中还普遍存在，占16．7％．41．6％。这些情况说明形象思维能力的培养在我们的日常教学中还做得远远不够，还处于无意运用阶段和表面运用阶段。表一中列出访问情况。表2教材中实验的实施情况调查D．变演示实验A．口头介绍B．多媒体代替C．演示为学生实验①观察微小形变28②体重计示数看超4323重和失重③平抛运动规律342④最大静摩擦力52⑤作用力反作用246力的关系从教材的发展历程来看，有关形象思维能力培养的部分所占比重越来越大。而理论研究、教材发展和课程实施方面的不同步提醒我们是应该在薄弱环节下工夫的时候了。3．3．2新课程物理教材中与形象思维能力相关的内容分析(新课程标准)下的教材由12个模块构成，其中物理1和物理2为共同必修模块，其余为选修模块。因此本论文对教材的调查都是通过对必修一和必修二两个共同必修模块进行研究和分析，以列表的形式总结得出的。与传统教材相比，新教材更重视学生能力的培养，更关心学生今后的发展，更强调知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维目标的实现。现将新教材与人民教育出版社2003年版本比较，其优点列表如下： 第三章高中物理形象思维能力教学的现状研究，岛中物理教学中形象思维能力培养研究表3新课程标准下的教材与传统教材的比较调查新教材传统教材淡化知识结构的系统性，对于还没系统学到但又必须用的重视知识结构的完整性，忽视学生的特l知识以“加油站”的方式提出，点让学生作为工具使用。图文并茂，彩图多，为丰富学生的表象储备提供了有力的重视语言的精炼表述，重视严密的数学2推导，忽视直观表述帮助。重视经历科学探究的过程，重视科学研究方法，培养科学的重视知识的传授，重视是否在45分钟3思维过程，探究实验和物理规内得到结论律只给出实验方法，不给出实验的结论充分体现STS(科学、技术、理论与实践分离，很多同学不知道学习4社会)教育模式物理有什么用。重视学生的交流与合作，培养5学生团体协作精神。设置众多的猜想与假设，留给6学生质疑空间，为课后的自主性学习打下好的基础。“问题与练习”取代了“练习”7涉及计算的习题大大减少，增重视计算能力强了实践活动和小论文写作。为体现“过程与方法”这一维度目标的实现，教科书安排了“实验探究”、“课题研究”、“STS”、“科学漫步”等10个栏目，现将部分栏目分别在必修1、必修2中出现的数量统计出来，如表4所示24 高中物理教学中形象思维能力培养研究第三章高中物理形象思维能力教学的现状研究表4物理1、物理2中与形象思维相关措施的调查＼栏目说做思考实验演示科学课题＼图片与STS探究实验漫步研究搿量、说做讨论、物理11728104812717物理2132854581410从上表中可以看出，新教材采用了大量的图片，这些图片直观，真实、风趣地向我们说明了也许需要很多文字才能说明的科学道理，对于我们的表象储备和概念理解有很大帮助。一些演示实验、STS也是以图片的形式出现在教科书上的，如：“向心力”一节中，汽车拐弯、洗衣机的脱水桶等与实际生活相关的例子就是以图片来说明的。这些栏目的采用，在一定程度上都促进了学生形象思维能力的养成与提高。“说一说”、“做一做”、“STS”等栏目的采用促进了学生对知识的理解；锻炼了学生的动手能力、语言表达能力、理论联系实际的能力；最重要的是极大地培养了学生的思维能力。此外，“问题与练习”也不是单纯的以计算为目的，而是以“家庭实验”、“做一做”、“想一想”、“练习”等多种形式组合而成，习题的选择也多以联系实际为主。这些地方的改变无一不说明新课程重视的正是学生思维能力的培养。 第【，q章物理教学中形象思维能力的培养策略高中物理教学中形象思维能力培养研究第四章物理教学中形象思维能力的培养策略大脑右半球喜欢整体的、综合的和形象的思维，所以有人说右半球是形象思维中枢，它的思维材料侧重于事物形象、音乐形象和空间位置等。在开发右半球的潜能时，主要就是利用形象记忆和形象思维活动。这是开展右脑训练的基本原则。4．1丰富学生的表象储备，增加形象思维素材表象是指在头脑中保存的关于事物的形象【17】形成正确的物理形象是进行物理形象思维的基础，只有形成正确的物理形象，才能使视觉参与思维，才能画出有助于解决问题的示意图，才能排除次要因素的干扰，抓住问题的本质特征，才能组构原有表象，并在此基础上创造出新的形象。要形成正确的物理形象，重要的是要丰富学生的表象储备。在日常生活、娱乐活动、看电视、欣赏音乐、学习活动、参观、旅游、家务和社会实践活动中，尽量扩大对自然和人类活动中事物形象的掌握，有意识地观察事物形象，广泛积累表象材料，丰富表象储备。头脑中的表象越多，不仅愈益促进右半球的活动，也为形象思维提供了形象原料。1979年诺贝尔物理学将获得者格拉肖也指出：“涉猎多方面的学问可以开阔思想，像抽时间读读小说，逛逛动物园都有好处，可以帮助提高想象力，这同理解力和记忆力一样重要。假如你从来没有见过大象，你能想象出这种奇形怪状的东西吗?我这样讲，有的人听起来可能会感到奇怪。但是在我们研究物理问题的时候，往往会用到现实世界的各种形式。对世界或人类社会的事物形象掌握得越多，越有助于抽象思维。”当然也更有助于形象思维。可以说，丰富的表象储存无论对形象思维还是抽象思维都有帮助。在物理教学中，我们可以利用形象思维的显著特点即形象性、直观性来帮助学生丰富表象的储备。并通过它们培养学生的形象思维能力。4．1．1实物展示多年以后，当年的学生长大成人，留给他印象最深的依然是那些美丽的图片、趣味的实验以及生动形象化的语言。这个现象留给我们的启示是：尽量把能展示的事物展示给学生看。 高中物理教学中形象思维能力培养研究第四章物理教学中形象思维能力的培养策略物理学的发展为人类的文明作出了巨大的贡献，物理学与我们的日常生活密切相关：家用电器、娱乐活动以及生产劳作都与物理学知识习习相关。教学时应该把与所学知识相关的事物尽量展现给初学者。如：讲授电学时可以展示收音机的内部结构，让学生辨认电容器、电阻等元件、并将串、并联电路的有关知识运用到实际问题中去。直观是绝对的，即真实现象作用于人的感官，因而产生感觉、知觉和表现，直观也可以是相对的，也就是经过人为的直观，物理教学所涉及物质运动及其变化的规律是从宏观深入到微观领域的，对于微观粒子运动状态、结构及其运动规律我们是无法观察到的，如原子、电子就是用高倍显微镜也看不到，为此常采用示意图、模型等这些相对直观的教具。物理学是一门以实验为基础的科学，物理实验能真实地展现物理过程，使学生直接地观察到物理现象，认识物理运动的基本规律。所以由实验和观察形成的表象最生动、最具体、最真实。实验是形成物理表象的最有效途径。对于实验，学生参与程度越大，摄入的表象就越生动、有效。如：《平抛运动的规律》一课中，在讲解平抛运动是水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合运动时，可以通过理论分析，也可以通过实验验证．理论分析：根据牛顿运动定律，我们知道物体的运动完全是由物体的受力来决定的，水平方向因为不受力，所以做匀速直线运动；竖直方向，没有初速度，且只受重力，故做自由落体运动，这样的理论分析难度不是很大，学生很容易接受，但也许只是机械的被动的接受。实验验证：我们可以做一个被美国学生称之为“口袋实验”的小实验。每个学生都能参与。用两枚一元硬币，一枚水平抛出，一枚自由下落。学生们会在寂静的盼望中听到一声“叮”⋯两枚硬币同时落地的响声。之后，课堂里会充满学生沸腾的讨论声或是夹杂着一两声要求再来一遍的声音。一段时间之后，也许是一个月、两个月，也许是一学期，第一种方法已经被大多数人所忘记，然而，口袋实验却依然记忆犹新。我们不能因为理论分析可以被学生接受而省去实验演示，因为，那带给学生的不仅仅是视觉冲击，也不仅仅是课堂上的趣味调剂。更重要的是一种直观方法；一种全新的观念；一种不同的思维。27 第四章物理教学中形象思维能力的培养策略岛中物理教学中形象思维能／j培养研究除课堂演示实验和学生实验外，部分抽象的习题也可以用实验的手段来直观的呈现给学生。如：摩擦力尤其是静摩擦力是中学教学的一个难点，同时也是重点，学生在具体问题中往往会忽略掉摩擦力对物体的影响，比如认为被外力压在墙壁上的黑板擦不受摩擦力，认为能推动地面上静止的物体是因为外力克服了物体的重力等等错误的观念。究其原因是对静摩擦力认识不深，因此为了加深摩擦力在同学头脑中的印象，不妨在课堂上加上一个小实验：两本书，书页打开，一页一页相互重叠，然后找两个身材较为高大的男同学每人抓住一本书的边缘，用力往外拉，结果是书本很难被分开。这个实验用来引入静摩擦力这个课题，会收到良好的效果，学生完全被吸引到课堂中来，并且对静摩擦力充满了好奇和一探究竟的愿望。4．1．2语言直观物理教学中运用最多的还是语言，语言本是一个抽象工具，但也有相对直观的一面，如通过生动、形象的语言描述可以引起学生对脑子里储存的形象，信息进行联想或想象，建立起记忆和表象，使感性材料更加丰富多彩。如：在进行爱因斯坦光电效应方程的教学时，可以把电子形象的比作一条深坑里饿极的狗，入射光子则比作向坑里朝狗投去的肉，那么逸出功就比作是这条狗要爬出坑所需要的能量，狗得到的能量以吃的肉多少决定，所以能否爬出坑则取决于肉的多少和坑的深浅。当肉所具有的能量分别与爬出坑所需的能量有三种关系，则就有三个结果：爬不出，刚好爬出，爬出后还有再跑的力气。这样的比喻形象、生动、直观，能给学生留下深刻印象，毫不费力的就能理解光电效应方程的意义。再如，帮助学生理解“加速运动中物体的加速度逐渐变小而速度逐渐增大”的规律时，可类比为挣钱的过程、存款的过程等，而让学生最有体验的，可比为吃饭：“虽然越吃越慢，但肚子里的东西却越来越多”，这样的比喻学生的体会较为深刻和亲切。通过形象思维使学生的认识从抽象到具体，这与从具体到抽象的层次不同。前者超出了具体形象的概括水平，还需要通过脑子中储存到形象材料进行类比、联想等多种思维活动的参与，去揭示物理概念的本质，找出本质与现象，微观与宏观的联系，通过这些联系来深刻、系统地理解概念和理论，这是形象思维在较高层次的认识活动中的作用。 高中物理教学中形象思维能力培养研究第叫章物理教学中形象思维能力的培养策略4．1．3多媒体教学多媒体教学在现代教学中已是一种必不可少的教育手段，它可以帮助学生形成正确的表象，建立正确的概念。如加速度这个概念，对于初学者来说很难区分甲运动员在百米赛跑中跑得快和他起跑快这两者有什么不同，因此在教学中，我们可以播放一段狮子追逐羚羊时起跑的录象来帮助他们更好的理解加速度这个概念。对于某些教学内容(特别是近代物理)，在中学里还无法用实验来演示，可以借助于图形、模型和幻灯、影视、计算机等现代化教学手段。采用这些措施展现的实验虽然同实际事物有一定差距，但同样能给学生提供直观的形象，因此对培养学生形象思维能力有独特的作用。它可以显示和放大一些不易观察的现象，可以使实验教学规范化，还可以演示一些一般条件下不易做到的实验。如a粒子散射实验，可用多媒体计算机展现出整个实验过程，并动态模拟从装有放射性物质钋的铝盒中不断有a粒子发生了较大的偏转，并且有极度少数a粒子偏转角超过900，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到18000看过a粒子散射实验的动态模拟过程后，师生再共同分析出现此现象的原因，探索原子结构。这样，学生很容易记下a粒子散射实验装置、过程、现象，深刻理解卢瑟福的原子核式结构理论。此外，多媒体教学的优点还体现在能充分调动学生的主观能动性，提高课堂效率等方面。比如：在平抛运动这一课的学习中，用flash制作的“你也来当飞行员”这个动画小游戏能很好的帮助课堂的组织者一开始就能牢牢的吸引住学习者的注意力，整节课会在有着浓厚的探究原因的气氛中度过。因此，我们应重视开发和使用现代化教学工具进行教学，使物理教学更加直观生动。表5．必修一第一章运动的描述中可以进行此策略的章节模拟频闪仪拍自由借助传感器用计算机测用计算机绘制V．t图参考系落体频闪照片速度加速度的引入 *⋯≯{目月#学o，*馨om能^∞li井《％4．I．4环境布置杨振+r晚过：“找觉得学爿n两个办法，个办法足按部就班的：个办法足渗透性f『匀。什么址渗透性的呢?就足n你还不太佯的时候，n，好象乱七八褙的状态F你就学习刮根多东西。对荚幽学生术畦．我会建议他们加划按部就班的学爿方法：对rr】国学乍，找建议他们注意渗透‘件的学爿。通过环境如截，无疑是一种很好的渗透陛的学爿方法。旧外的敦‘1产区与中蚓的教学区照明硅的K别就在j：婀靳足血彩斑捌的，教窀毖至走廊tH的每块墙壁，墙晔L的j、}，J地方都帖满了学生的作品、与乍活相天的科学知识、科技热点或是笑j‘科学小品文，比如：温室效应等，内弈函箍物理、牛物、化学等科披领域这此东曲给我斟下深刻的印象，5年过去了，每次川想起来，还ld忆犹新。这样的环境柿霄让你在滞移默化中积累不H的图H、知识、形象等。表象积累多r，在不知小觉一l-得到人腑的调J1j，形成意想f4发展成心缘，不仅形缘思维得到了锻炼，¨时也为刨造性思维的荻腱打下基础。耶境布霄时做到以F衄!_!f．：1、科学1眺原则2、理论联系实际的原!j!I|3、直观肚原则4、趣味‘陀原则如几乎所有的学校都有在实验室或实验大楼里张贴科学家的彩色照片、上面注明他们的生平和对人类的杰出贡献。这种做法的和襄应该和渗连-胜教育有关而且也确实能起到作用。目I物理it语教室的墙报 高中物理教学中形象思维能力培养研究第1八1章物理教学中形象思维能力的培养策略这是笔者曾经在物理双语教室的环境布置中采用的一个案例【181：鲜艳的色彩、有趣的卡通造型、功和功率的英文表述无一不在调动着学生形象思维的运作。此外，让学生参与教室环境布置方案的设计，参与对教室环境的管理，并提供一定的开放空间，让每个学生都有交流展示的机会，学生的热情一定很高，这个过程的本身也是对学生的一次审美教育。凝聚了学生的才智和情意的设计方案实施以后，无论对设计者还是参观者应该都将是～种收获。4．2提倡数形结合，发展形象思维能力形象思维的培养任重而道远，表象的积累只是培养和发展形象思维的第一步，怎样帮助学生利用已有表象来进行思维，形成用形象来思维的习惯，还需要花很大的力气。传统教学模式下培养出来的学生普遍缺乏运用物理形象进行思维的习惯。他们习惯的是运用公式去讨论问题，得出一些数学结论，而不习惯运用形象思维去思考现象或过程的本质。长此下去，学生头脑中已经建立起来的物理形象也会淡漠。到头来，物理规律对他们就可能变成一个纯数学的公式。遇到实际问题，就不会运用形象思维，甚至想不到这样去做。如：在“运动学“中有一类刹车问题，汽车以lOm／s匀速行驶，刹车后2s，速度变为6m／s，求刹车后8S的位移?其中一个同学的解答是口：生玉：一2m／J2fX=vot+1讲2=lOx8+要×(．2)×8z=16m这种死记公式，生搬硬套，不联系实际的情况在初学者首次接触时会普遍出现。经老师提醒，刹车问题应注意车停下来所需时间，多数人会作恍然大悟状，原本以为经过上当的题目会给同学们留下深刻印象。但下一次在追击和相遇问题中出现类似的物理情景时，同样的事情仍然在上演。学到的知识不能迁移也是学生认为物理难的主要原因之一。 第四章物理教学中形象思维能力的培养策略高中物理教学中形象思维能力培养研究产生这种情况，主要有两方面的原因。一是教师对学生形象思维能力的训练重视不够，对一些定性讨论的问题，教师包办代替的时候多，容易形成学生套用公式得出结论的不良习惯；二是学生头脑中的物理形象不够鲜明正确，缺乏必要的把抽象问题形象化的技能技巧，因而难以实现正确的形象思维。因此，我们在教学中可以使用如下策略，让学生掌握把抽象问题形象化的技能技巧。4．2．1建构物理模型物理模型是一个理想化的形态，它是指把研究对象的一些次要的、非本质的因素舍去，突出决定事物状态、变化等的主要因素而建立的便于开展研究工作的模型。它是物理思维的产物，是在观察、实验的基础上，充分分析研究对象的特点，根据人们长期积累的大量感性材料，经过一系列的分析、综合、比较、抽象、概括、推理等，从而对研究对象作出的一种简化描述的过程。由此可见，物理模型的建立离不开抽象思维、形象思维和直觉思维。学生所面临的都是实际问题，学生在处理问题时感到困难，其中一个原因就是不会或不善于将物理问题还原成物理模型来进行处理。所以，在建模过程中，要将这三种思维有机地结合起来，灵活地利用各种思维方法。比如：在点电荷所形成的电场中，某点电场强度的大小与它到点电荷间的距离的平方成反比，如它到点电荷间的距离减小，则该点的电场强度增大，当距离减小到无穷小，其电场强度是否无限大。不少学生都会理所当然的认为：电场强度是无限大，因为从数学的角度来看，分母_0，则结果_∞⋯⋯。之所以会的出这样的错误结论，除了是出于数学知识的干扰外，忽视点电荷模型建立的条件才是犯错的主要原因。事实上，点电荷的条件是带电体间的距离比它们的大小大得多，以致带电体的形状和大小对相互作用力的影响可忽略不计．在近距离的位置，带电体是不能看作点电荷的。32 高中物理教学中形象思维能力培养研究第删章物理教学中形象思维能力的培养策略表6中所列是高中物理的部分物理模型模型的名称特点建模条件处理方法带电体间的距离比它们的大点电荷、检只有电量而无体积小大得多，以致带电体的形状比较验电荷的点和大小对相互作用力的影响近似可忽略不计单摆一根不可伸长的细1．线长远大于摆球直径线，系一可视为质2．小球的质量远大于细线质点的摆球构成。量弹簧振子一根弹簧竖直悬1．弹簧质量远小于小球的质挂，上端固定，下量，弹簧只提供弹力，不考虑端挂质量为m的重其本身质量对振动的影响。物2．不考虑振子(金属小球)的大小和形状3．不考虑摩擦阻力分子电流使每个物安培的分子质微粒都成为一个在原子、分子内部，存在一种假藐电流模型小磁体，它的两侧环形电流相当于两个磁极模拟客观实体，使电场线的疏密程度表示电场电场线看不见、摸不着的的强弱，电场线上某一点的切抽象客观电场具体化和线方向表示该点的电场方向具象形象化4．2．2注重图文结合物理图形在物理学习中至关重要，它给物理学习和研究带来很多的便利，图像比文字蕴含了更丰富的信息，据研究表明人脑中储存形象信息和语言信息的比例是1000：11191。物理图像的使用，使许多物理规律简单化甚至是将抽象的概念或规律形 第阴章物理教学中形象思维能力的培养策略高中物理教学中形象思维能力培养研究象化。比如，光线的引入，可以直接用图像将光的反射定律、折射定律表示出来，使学生一目了然，比纯粹的文字叙述更容易理解和记忆；法拉第用电场线、磁感线来描绘电场和磁场，使“场”的物理本质变的清晰、形象生动，而用磁感线条数的变化来解释电磁感应现象，使物理学深奥的原理变得如此简单形象和容易接受。在概念和规律的建立过程中，图形的使用能将抽象的问题形象化。因此，在分析物理问题时应尽量让学生养成画示意图的习惯，将物理过程用直观清晰的手段呈现在眼前。如在机械振动中，根据振动图像分析有关物理量的问题，要帮助学生在振动图像与弹簧振子之间建立联系，这样，任意时刻有关物理量的情况就很清楚了。这不仅对解决物理问题有用，而且对培养学生形象思维能力大有帮助。在物理练习题中，图形也时时参与学生的形象思维。因此，建立物理模型，根据文字画出示意图是解题的关键。如：2000夏季高考物理上海卷．两木块自左向右运动，现用高速摄影机在同一底片上多次曝光，记录下木块每次曝光时的位置，如图所示，连续两次曝光的时间间隔是相等的，由图2可知，l如毛厶岛％向口口口IlJIlIlIlIl‘IlILlIL．口^如岛“如k岛图2A．在时刻f，以及时刻，。两木块速度相同。B．在时刻f．两木块速度相同。C．在时刻f，和时刻t。之间某瞬间两木块速度相同。D．在时刻f。和时刻f，之间某瞬时两木块速度相同。对此图像作定性分析可知M作匀速直线运动，M，作加速直线运动，进一步的定量分析，由／kS---at2可知M，做匀加速直线运动。那么，M任一时刻的瞬时速度则符1，=V=一‘‘合结论，‘故选C。 高中物理教学中形象思维能力培养研究第四章物理教学中形象思维能力的培养策略上面的图形包含了要用众多的语言文字才能描述的信息，清晰的向我们展示了两木块的运动情况，如果缺少“图文结合”方面的训练，缺少形象思维与抽象思维的结合，就很难正确看出它们的运动特征。因此，教师在分析问题、讲解例题时，要注意阐明怎样带着物理现象去分析研究问题；要不断地有意识地激发学生回忆物理形象；许多物理问题，常常不仅可以运用物理规律(公式)进行定量分析，而且可以运用物理形象对问题的性质、演变作出概略的判断。教师分析处理例题时，凡是可能这样做的，都力求先运用形象进行物理分析，再进行定量计算；或者先定量处理，后运用物理形象解释其物理意义。表7图文结合帮助概念规律的理解之列表1．V-t图X-t图受力分析图追击和相遇力的合成与分解路程与位移瞬时速度矢量与标量4．2．3运用“概念图”《学习的革命》一书中曾提到：搞大型拼版玩具，出外旅游，学习课程，都应先从概貌开始，掌握整体图表和整体结构，再掌握部分。并指出，传统教学，不慌不忙，一节一章，每周几节课，只有部分，没有总的概貌。这很蠢，太没有效率了。这种主张建构知识整体结构的方法，有助于大脑右半球功能发挥，能大大提高学习记忆的效果。概念图正是这样一种在欧美国家相当盛行的学习策略．所谓概念图是用来组织和表征知识的工具【201。它通常将某一主题的有关概念置于圆圈或方框之中，然后用连线将相关的概念和命题连接，连线上标明两个概念之间的意义关系。它便于学习者从宏观掌握所学知识体系之间的关系，便于从整体上掌控全局。这正是形象思维所具有的特点。概念图直观、形象、包含的信息量大，容易记忆，与实际联系紧密又可以进行动态操作。概念图能帮助学生进行有意义学习，实现学习内容图式化，思维过程可视化；引导学生以专题的形式进行研究，整合新旧知识，建构知识网络，浓缩知识结构，使学生从整体上把握知识体系，既可以降低物理教与学的难度，又能发展学生的联想和想象能力。因此，在物理教学中应强化图式教学。引导学生主动建构概念图是一种高效率地有效复习物理知识的途径，学生通过建 第H々{∞Ⅱ教学中彤豫世堆能n∞j^#《日’_f叶，物w教{十m孽心镕毓nm#⋯，江概念⋯J的联系促进时知Ui的深入耻194_，4≯乍l-动建构概念幽iij以激发学生的l动肚、创造陛，使他们感受到成功的快塬，概念|錾|使岑散的知U{结构化、条理化、系统化，有利于学小长期柯效地记忆知识。F罔是学生在学究“功和能”这部分知iHlI'j，埘知识结构进行的整理。|墨‘、。j一掣篇卜芝些骘生挈!Wj三既．：=一，0W：FS：峙缸。Lj翌．一‘¨nK冉艟—一‘””E“一弹性并能图3，概_兮图f的“机械能守叵定律”知识点此圈将功、能以及功和能的咒系直观，清晰的早现m术，使得tl=人迷惑r近半学期的知以，叟得目了然，令人{』恍然人悟之感。牡个，岛叶]物州的融人知识体系存概念目的帮助F可以“变身”成张薄纸。那些在卫脯II，复杂的定理、跳跃的公式≠F这张薄纸r”瞬间变的条理清晰，这样的壮举恐怕仪仪具有抽馨思维是办不到的。此笼略可运用于各章的知识网络结构中。4．3强化想象训练，升华形象思维能力人们研究问题不可能事事墟过实验，敷学-}，也不可能总是从实骑出发束研究问题。这时形象思维就成了客舰世界与人的其他高级思维活动之问的桥粟。它帮助人们赴小与窖观世界卣凄接触的条件下，j薹』玎逻辑思维车¨其他r岛绒思维去研究问题。当学牛把形象思维和逻辑思维有机外合起来时，就能矗头脯-1-形战物质在特定条什卜运动变化的鲜明幽景。这就是想琢力的形成。想豫力足人们探索求j=『】世羿的项嗄耍能力。如法{t第凭着他趣儿的想象，J，创造性地用牛动^舰的磁感线来刻划磁场，从而将抽象的碰场川题轼化为“规的彤象问 n中物日敷≠-pB象*捧＆^*捧"宄第¨t物Ⅷ教{巾m＆思维《～的圻莽第略题。牛顿因为偶然掉到他头上的个苹果，发现了重力，又山地球表面上的重力想到地球对遥远的爿球的力的作用，并最终发现r万有引力定律。>qll，我们戍如何在谍常教学中进彳了提高学乍想象力的训练昵?4．3．1培养科学的思维过程科学史L的很多苹大发现都与科学家超常的想象力小可分割，同叫．科学发现ffI不部是一帆肛l顺的，很多的工作部历经磨难和曲折，因此了解科学家的思维过程对培养学生的形象思维能力有着全关重要的作用。早在伽利略时代，就已经创造了一套对近代科学的发展极为有益的科学方法，即科学的研究过程：现象的观察_提出假设一运用逻辑樗出推论_通过实验埘推硷进行榆验_对假说进行修正和推广Ⅲ】。其中对现象的观察、提小假设和实验验证都离不开形象思维。戤：蛩魏臻囝4科学的研究过程示意图形象思维能力对不同学生都存在定差异。有的学生表象丰富、思维活跃，而有的学生表象贫乏、思维僵化，其原冈除与学生个性和知识积累有关外，更重要的是与学生形象思维能力差异相关。在教学过程中应有意识地渗透科学的思维过程。如“牛顿第一定律”的教学，教师可先提出一些学生熟知的现象让他们思考维持运动是否需要力?(现象的观察)，观察后，作出探索性的解答。在此基础上，教师再做伽利略设计的斜面实验，引导学生分析小球在不同的斜面上的运动情况，再提出假设让他们思考、推想。经验和演绎两方面的结合，不仅培养了学生的形象思维，也培养了学生抽象思维的能力。卜目r篙．_”● 第四章物理教学中形象思维能力的培养策略高中物理教学中形象思维能力培养研究亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因f、图5牛顿第一运动定律中培养科学的思维过程流程教学时，重现科学家的思维过程对培养学生科学的思维过程会有很大帮助。让学生养成科学的思维习惯，才能在平凡普通的生活现象中独具慧眼，才能在众多的观点中提出建设性的意见，才能在传统的思维模式中激发出创造性的灵感。科学的思维过程在新课程所提倡的探究式实验中得到了很好的体现。必修一探究实验列表表81、用打点计时器2、利用打点计时3、测定重力加速4、探究相互作用测量瞬时速度器测量匀变速直度的大小力大小线运动的加速度5、探究浮力的反6、探究胡克定律7、探究滑动摩擦8、体验静摩擦力作用力力大小的规律9、探究合力与它10、研究三个共点11、探究a跟F、12、通过观察测力的两个分力之间力平衡时满足的m的关系计示数的变化体的关系条件会超重和失重从表3不难看出，探究实验分布在各章节当中，从课内延伸到课外，从普通要求扩展到提高的要求，从常用器材发展到运用现代化的教学手段，使学生从不同方面得 高中物理教学中形象思维能力培养研究第阴章物理教学中形象思维能力的培养策略到真正的有效的锻炼。4．3．2利用类比，展开想象物理学发展史告诉我们：很多关键时刻，科学家巧妙地运用了类比推理，提出科学假说，从而获得巨大成功。康德曾说过：“每当理智缺乏可靠论证的思路时，类比这个方法往往指引我们前进。”类比方法是人类认识自然的过程中提出科学假说、做出科学预言的重要途径。卢瑟福探测原子的结构的过程中成功类比了太阳系，得到原子核式结构假说；库仑等物理学家在研究带电体受力的过程中与牛顿的万有引力定律类比而发现了库仑定律；爱因斯坦提出的光子说也是受到了普郎克量子理论的启发。比如：电容这个概念，如果单纯的把定义照搬给学生，是电量与电压的比值它表征容纳电荷的本领，学生难以掌握，或者说难以给学生留下深刻的印象，因此在教学中，我们往往采用柱形水容器(如图6所示)来类比电容器的方法来帮助学生很好的掌握和理解这个概念：表9图6柱形水容器电容器Q(水量)q(电荷容量)h(高度)U(电压)S(面积)=Q／hC(电容)=q／uS由水容器本身性质决定，与Q、h无关C由电容器本身性质决定，与q、U无关说明：对于给定电容器，相当于给定柱形水容器，C(类比于横截面积)不变。这是量度式，不是关系式，故C由电容器本身性质决定，与q、U无关运用物理类比思维可以把陌生的对象和熟悉的对象进行对比，把未知的东西和已知的东西相对比。有效的唤起学生的已有表象，并通过加工形成新的表象或意想，进一步还能发展成为想象，从而进行创造性的活动。39 第pq章物理教学中形象思维能力的培养策略高中物理教学中形象思维能力培养研究表10建立物理概念和物理规律时用到的类比法，对象1对象2比值法定义的物理量电场强度，磁感应强度，电容、电阻电势能重力势能库仑力F=G等万有引力F：Grr6m。2．，‘磁场电场、重力场磁感应线电场线卢瑟福原子结构太阳系弹簧振子的振动时，振子向平衡位置方类比人的身高增长：人从出生到成人、其向运动为变加速运动，加速度减小而物身高逐渐增高．当人的年龄接近成人阶体速度增加段，其身高增长速度将逐渐减慢，但人的身高却仍在继续增高，只是增高变缓了，而并非人越长越短．当身高停止增长，人的身高达到了他一生中的最大身高．4．3．3在实践活动中诱发形象思维物理作为--l'-J自然科学，与社会生活密不可分，物理学的发展推动了社会进步，反过来，社会的进步同时也促进了物理学的发展。近年来新起的一种STS教育模式也说明了这点。(Science、TechnologyandSociety)即科学、技术与社会研究。因此，我们应将教材上与日常生活和社会生活联系较紧的知识作恰当地扩展，开展丰富多彩的课外兴趣活动、如：小实验、科技小发明、小制作活动，航模比赛活动、科普读书和报告活动，小论文撰写活动，组织社会调查等。通过这些活动的举办，以这些活动为载体培养和发展学生的思维，锻炼学生的能力。物理学是以实验为基础的-I'-]学科。在物理教学中培养学生的形象思维，让学生观察物理现象是必须的和有益的，但更主要的是学生亲自动手，在操作中去观察物理现象，去体验物理规律中的奥妙。为了培养学生的形象思维能力，教学时，引导学生在课后完成物理小实验、科技d,$JJ作。 高中物理教学中形象思维能力培养研究第叫章物理教学中形象思维能力的培养策略比如在学完“静电感应”后，指导学生完成“简易静电吸尘器”；在学完“动量守恒定律”后，指导学生完成“微型火箭的制作”；在学完电路知识后，指导学生完成《楼道感应灯控电路的设计》等。此外，撰写科学小品文，对学生的形象思维培养也有很大帮助，比如：学完“摩擦力“后，引导学生大胆地进行科学幻想，以《假如没有摩擦》为题，写科学小论文；学完“向心力”知识后，学生可以尝试写《雨天如何驾驶汽车拐弯安全》；学完“超重和失重”知识后，学生可以尝试写((生活在宇宙飞船中》。生动有趣的科技小制作和小论文活动，极大地陶冶了学生们的科学情趣，培养了他们独立思考、独立创造、独立幻想的能力，对他们养成良好的科学态度和良好的科学习惯打下了坚实的基础。随着新课程标准的实施，研究性学习成为素质教育的重头戏，因此结合物理学科的特点，开展社会调查，让学生可以充分利用教材中学到的理论知识，结合实际去解决生活和生产中的具体问题。如在学生学习了利用能源的知识后，组织他们调查当地能源使用情况、环境污染情况，并提出改进意见。通过社会实践活动，不仅可以让学生学以致用，还可以锻炼学生的思维能力和社会适应能力，我们生活在丰富多彩的物理世界里，通过对身边的物理现象的观察、分析、联想，可实现认识上的飞跃，就如牛顿看到苹果落地可以联想到重力的存在。因此留心观察身边的物理现象，并与相关的内容联系起来进行思考，对形象思维的训练具有很大帮助。表11与必修二知识相关的课外活动知识点相关活动向心力调查公路拐弯处的倾斜情况或铁路拐弯处两条铁轨的高度差异抛体运动查找资料，对比实际弹道的形状与抛物线的差异，尝试做出解释能量守恒调查能源利用问题，开发新能源(如核能)的利与弊万有引力收集我国和世界航天事业发展历史和前景的资料，写出调查报告离心运动生活中的离心现象41 第五章培养形象思维能力策略的实施研究高中物理教学中形象思维能力培养研究第五章培养形象思维能力策略的实施研究5．1实旋的原则思维能力的培养一直以来都是人们所关注的热点，任何学习方法的提出归根结底都是为了培养、发展和锻炼学生的思维能力，学生在丰富知识的同时，能力也在得到提高。因此，培养学生的形象思维能力在教学实施的过程中应做到如下原则：(1)直观性原则直观性是形象思维的显著特征，无论是物理实验、物理图像、形象的比喻以及知识网络都表现了物理教学中形象思维的直观性。这些方法的采用将抽象的物理概念和物理规律形象化，在增添学习的趣味性的同时帮助学生建立起正确清晰的物理表象，从而降低了物理学习的难度。同时丰富的表象储备直接影响了学生形象思维能力的高低。因此在教学中，我们应尽量多的向学生呈现直观的物理情景。(2)表象与意象、想象相结合原则形象思维是以意象、想象、显示、描述等作为思维形式的。表象是客观事物在人脑中的直接反映，丰富的表象储备是形象思维的基础，而意象则是对形象的理性认识，是思维主体对客体的能动的认识，它相当于抽象思维中的概念，是形象思维的基本元素。大脑对已有意象经过结合和改造产生新的意象的思维过程就是想象，它是最有创造性意义的形象思维的形式。所以在教学过程中要注意培养和训练学生的想象力，锻炼学生运用已有表象进行加工形成意象，再进一步将意象进行联想、想象从而达到创新的目标。(3)渗透性原则形象思维的培养不是立竿见影的，也不是一朝一夕所能完成的，它只能在长期的训练和培养中得到提高。而作为形象思维基础的表象的积累也是～个长期的，潜移默化的过程；想象的翅膀更是要寻求契机才能翱翔。因此渗透性原则要求教师结合学科教学内容，以各种各样的教学活动作为载体，将发展形象思维的策略渗透于教学的各个环节之中，并且从学科特定的角度出发来寻求与其他学科以及校园环境、校园活动、社区环境等的协调、配合。形成发展和锻炼学生思维能力的合力。42 高中物理教学中形象思维能力培养研究第五章培养形象思维能力策略的实施研究(4)趣味性原则兴趣是最好的老师，学生只有对学习感兴趣，才能把心理活动指向和集中在学习的对象上，使感知觉活跃，注意力集中，观察敏锐，记忆持久而准确，思维敏锐而丰富，激发和强化学习的内在动力，从而调动学习的积极性。因此，在培养形象思维的过程中不能忽略这一重要原则，同时，与培养形象思维直接相关的物理实验、图象、图形、生活场景、大自然中的物理现象等因素都能很好的激发学生的学习兴趣和学习热情。(5)形象思维与抽象思维统一性原则斯佩里教授的研究表明，大脑两半球的功能是不对称的，左脑是理性的脑，主管语言、计算、逻辑思维，而右脑是创造的脑主管形象思维、直觉思维，以及发散思维等非逻辑思维。研究同时表明左脑和右脑的功能是相辅相成的，组成新的完整的意象单靠右脑的形象思维是完成不了的，必须要有左脑逻辑思维的密切配合。大约有2亿条胼胝体联结着左右半球全部皮质，使大脑两半球互通信息。在物理学中培养和发展形象思维的目的是帮助学生更好的理解抽象的物理知识，顺利的进行抽象思维。没有抽象思维的作用，形象思维就缺乏目的性，并且是不严密的。因此，在教学中必须要注意二者的统一性原则，既发挥他们各自的优势，又弥补对方的不足，进而促进人脑左右半球协调发展，为顿悟思维和创造性思维打下基础。5．2实施的途径在头脑中建立正确的物理形象的目的是为了运用形象分析研究物理问题。从建立物理形象到运用物理形象是一个飞跃，要有效地培养学生的形象思维能力，必须在建立正确的物理形象的基础上，将运用物理形象进行思维贯穿在教学的各个环节和方面。5．2．1在新课引入中运用俗话说“良好的开端是成功的一半”，新课引入作为课堂教学中的起点，是新课教学中的一个重要环节。呆板的引入方式，不但不能调动学生的积极性，反而使学生觉得学习物理枯燥乏味。反之，则能引起学生的注意，激发学习兴趣、产生学习动机，有利于学生思维能力的培养，为新课教学的顺利进行做好铺垫。43 第五章培养形象思维能力策略的实施研究苛中物理教学中形象思维能力培养彤f究从具体直观、熟悉的生活场景中引出所要传授的知识是教学中的常见方法，也是过渡最自然、衔接最紧密的方法；更是最吸引学生、最容易被学生接受的方式之～，因此这种引入方式常常被老师作为新课引入的首选。如：在《简谐振动》一节中，我们可以演示几种不同的现象：不倒翁的摆动，钟摆的摆动，说话时喉结的振动，或者是观察蜜蜂的翅膀拍打，这些运动都为同学们所熟知，让学生找出它们的共同点⋯一围绕某一平衡位置来回摆动，从而引出我们将要学习的一种不同于直线运动和曲线运动的运动方式——振动。这种方法充分调动学生已有的表象，而且过渡自然，容易被学生接受。又如：在《平抛运动》一课中，用平时学生扔纸头到垃圾桶的这一现象来引入课题，让学生讨论在什么情况下能很准确的让纸头进入纸篓?又是什么原因导致了纸头进不了纸篓?这样引入课题的方法能很快让学生以极大的探究热情投入到课堂教学中来，可以说是在平凡中创造了不平凡。当然这是一种不文明的行为，应该在下课前点评一下。这种引入新课的方法不但能调用学生的形象思维，也让学生在愉快中学到知识，同时也进行了素质教育，作为e．时代的中学生要做文明人、行文明事。多媒体课件具有丰富的表现力，可以为学生提供丰富的感性材料，能创设情景，吸引学生的注意，可以增加观察对象的可见度和清晰度，激发学生的学习动机。所以，利用多媒体的手段引入新课，可以取得预想不到的效果。例如：在讲牛顿第一运动定律时，播放电影《甜蜜的事业》的片段：剧中人物坐在行驶的拖拉机中，有说有笑⋯⋯，司机突然刹车，连人带物一起从车厢的后面滚下来⋯⋯。问学生这个情节告诉我们什么问题，学生回答：蛳质性⋯⋯”。短短一二分钟，学生注意力十分集中，不仅激发学生的兴趣，也将轻而易举的将学生拉入课堂。在惯性的授课内容完成后，重放该片段，提醒学生该片段是否违背了物理原理。看后引起激烈的争论⋯⋯得出结论：该剧中人物倾倒的方向反了，违背了物理原理。不仅活跃课堂的气氛，加深了对惯性的理解，同时也会从中得到一些启示。通过对比联想的方式引入薪课也是一个不错的选择，所谓联想引入就是由教师提出与新课内容有关的物理知识或实验现象，以唤起学生回忆，随之提出新课题，让学生由此及彼地加以联想，来启发学生思维。例如“电磁感应现象”这节课的引入可以这样设计：奥斯特的实验告诉我们电流是 高中物理教学中形象思维能力培养研究第五章培养形象思维能力策略的实施研究能够产生磁场的，他的实验引起了科学界广泛的关注，人们开始着手研究电流和磁场关系，总结了“安培定律”等重要电学定律。同时一种新的思想也应运而生，很多人在想磁场是不是也能产生电流呢?今天，我们也来研究同样的问题。如果磁场是能产生电流的，那用什么方法产生呢?让学生带着这样的疑问走进物理学家法拉第曾经走过的历程。5．2．2在课堂教学中运用(1)实验教学物理课上最吸引人的地方应该就是物理实验，物理实验能直观的把真理展现在人们面前：早在1590年伽利略就曾在意大利的比萨斜塔上将两个重量不等的球自塔顶垂直自由落下，结果两球同时着地。该实验推翻了人们一向认同的由古希腊学者亚里士多德提出的重量不同物体下落速度也不同的定理。另一个伟大的名字是阿基米德，他曾设计过一套杠杆滑轮系统，把一艘巨船轻松地从岸上推到水中，此举在他的国家引起轰动，国王特为此下令：“以后凡阿基米德讲的话，务必一律听从”。一个实验，如此直观的表现了科学的魅力和力量，阿基米德曾说：“如果给我一个支点，我就能把地球挪动!”一句话体现了一位科学家丰富的想象力、相信也震撼了所有看到这句话的人。物理教学是以观察和实验为基础的，对有些认识是通过对物理事实的观察而获得的，在教学过程中，一个成功的演示实验往往能收到仅仅用语言无法达到的效果，给学生留下深刻的表象。我的一个学生就在他的日记中这样写到：“一块五颜六色的板在老师的手里轻轻一转，就变成了一块白色的板，物理真的太神奇了⋯⋯”这样的例子还有很多。例如：在学习机械能守恒定律时，我们可以做这样一个实验，将一重物(如铅球)用一绳系着挂在高处(可以是天花板上)，然后让一学生站在重物前方不远处，将重物拉至同学的鼻前放手，让小球自由摆动，当小球再次摆回时，同学们会惊呼，那重物好像就要撞到那位同学，但刚好撞不到，同学们目睹这一现象，就会对机械能守恒留下极其深刻的印象。这既能使学生集中注意力，产生清晰、深刻的表象，也能为以后形象思维和抽象思维打下坚实的基础。45 第五章培养形象思维能力策略的实施研究商中物理教学中形象思维能力培养研究实验教学中，我们应该尽量创造条件增加学生参与的机会，尽量把演示实验改为学生实验。要开发取材容易、操作方便、可见度高的随堂实验，如图所示的简易实验中，用铅笔支起图中的绳子，可以使学生直观地感受到手指受到的拉力，手掌受到的压力，这对他们正确地画出分力的方向有重要的G圈T作用。我们不仅必须做好有关实验，而且还要帮助学生把实验现象中的次要因素撇开，将实验所得的形象加以理想化，把实验现象与其物理本质联系起来，建立起理想化模型或理想化的动态形象，存储于学生的头脑中。高中物理实验主要是验证性实验，探究性实验较少，教材中的演示实验和学生实验，从器材、方法到表格设计都是按照规定好的步骤和方法进行实验，教师很少去引导学生思考和探索，有些学生在实验中只是依葫芦画瓢，根本不能领会实验的原理和思想。不利于学生思维能力的培养。因此必须改革实验教学的方法。让学生设计一些实验并完成实验，是对教材的补充，也是培养学生动手能力和锻炼学生思维能力的需要。在探索性实验中形象思维同样起着重要的作用，因为探索性实验做于物理规律建立之前，实验获得一系列的表象，正好用来思维加工，使形象思维与抽象思维相得益彰，生动、形象、具体地归纳物理规律，这样获得的规律既有利于理解，又有利于学生应用。如：”伏安法测电阻”实验是对电学知识的综合运用，根据实际，不妨设计如下程序问题：(1)：设计一实验方案，如何测定待测电阻的阻值?(2)：用电器阻值与安培表相比阻值较大或较小时，采用什么方法连接?(3)：滑动变阻器的阻值较小，且想得到连续变化的电压，电路如何连接?(4)：给出两个阻值差别较大的用电器和阻值较小的滑动变阻器、安培表和内阻较大的伏特表，如何测定各用电器的电阻?设计出电路且写出实验测定的物理量?通过问题的呈现，激发学生解决问题的兴趣，通过实际问题的解决，把实验原理、 高中物理教学中形象思维能力培养研究第五章培养形象思维能力簸略的实施研究器材的使用、电路的连接，误差的分析，顺理成章地解决，不仅有效调动学生的积极性，同时又把知识的巩固，方法的运用与能力的提高有机地融合起来，达到教学的目的。这个过程不是教学顺序简单地倒置，而是以“探究性学习”为指导思想的教学观念的扭转，通过探究可以对提高学生的思维能力、系统知识有直接帮助。以实验为基础既是自然科学的基本特点，又是形象思维形成过程的重要步骤。缺乏这一形象的过程，也就不可能真正理解物理概念和规律的内涵，也就无法培养学生的创新意识、创造能力，更无法培养科学精神，创新的科学价值观。(2)概念和规律教学物理概念的形成和物理规律的得出本身是科学家在观察到现象的基础上提出科学假设，然后进行归纳、分析、推理，最后通过实验验证，从而形成现在我们所看到的抽象、简洁和高度概括的语言文字。在这个过程中形象思维起着不可替代的作用，它需要形象思维和抽象思维的相互结合才能完成。因此，学生在学习这些概念和规律时，我们很有必要还原当时的情景，将抽象的概念规律具体化、形象化。有效调动学生的形象思维以帮助他们理解和掌握这些概念和规律。．比如，在“电磁感应”的教学中，我们应该做好教材中的演示实验甚至是让学生自己动手进行探究性实验，使学生大脑中储存足够的电磁感应现象的形象；然后对这些现象进行对比、分析等方法找出他们的共性；以帮助学生形成正确的电磁感应的概念和规律。同样，在一些概念和规律的学习中，相似性形象思维也会有很好的效果。比如在讲授磁感应强度B=F／IL时，应给学生介绍比值法定义物理量是物理学中常用的方法，如o=M／V、E=F／q．C=Q／U、IPU／I等，虽然这些物理量是不同的，但又有“共性”，那就是在实验的基础上，寻求与所研究的物体有关的值来表示物体或场的性质，并由这个比值定义一个新的物理量，在定义这个物理量的同时，也确定了它与原物理量的关系。又如电磁振荡与机械振动中的单摆运动有相似性，最初给电容充电，相当于摆球离开平衡位置，给摆球一定的重力势能；电路中电场能和电磁能相互转化，相当于单摆摆动中重力势能和动能的相互转化。再如：在“电流的形成”的教学中，可以类比“水流的形成”。老师说“人往高处走⋯⋯”学生会很自然想到“水往低处流。”这时切入问题：怎样才能形成水流呢?学生经过思考和讨论，得出结论：水流的形成条件是有水和高度差。接着用水流跟电流47 第五章培养形象思维能力策略的实施研究高中物理教学中彤象思维能力培养研究类比，推出电流形成的条件，过程如下：教师：水流可以说是水的定向移动，而电流是电荷的定向移动，它们之间很类似。形成水流的第一个条件是要有水，电流呢?学生：要有电荷。教师：确切地说，是要有自由电荷。那么，自由电荷在什么情况下会定向运动呢?学生：受到电场力。教师：对!自由电荷在什么地方会受到电场力呢?学生：电场。教师：在电路中，电池的两极间有电压，即有电势差。当导体的两端与电池的两极接通时，它的两端就有了电压，导体中就有了电场。这样，导体中的自由电荷在电场力的作用下定向移动，形成了电流。所以，跟水流的形成相类比，形成电流的另一个条件是什么?学生：还要有电势差(电压)。这样，通过水流的形成跟电流的形成相类比，抓住主要的特征，由此及彼，由因到果，类推出电流形成的条件，学生既容易理解，又不容易遗忘。(3)解题教学在解题中使用形象思维，用物理形象进行思考，将有助于解题，巩固所学知识。在解决物理问题时学生一般会根据问题的情形构建出清晰的物理图像，用物理图形来反映物理状态、物理过程以及物理量的关系，在头脑中对有关形象进行分析、比较、类比、整合想象可能发生的情景，使典型形象在脑子里活起来，就像放映一幅幅动画片一样，在时空中演变发展，并通过对比、概括，从中领悟到问题的定性结论，这样问题将简单化，最后学生用数理方法推出定量的结果。例：有两面垂直于地面的光滑墙A、B，两墙间隔为l=1．1m，从h=19，6m高处A墙附近，以大小为5m／s的速度，水平向右抛出一小球，小球交替跟B墙和A墙碰撞，最后落地．设小球与墙壁的碰撞是完全弹性的，则小球落地前与墙壁碰撞多少次?思维指导：先构建思维形象，如果没有墙，小将作平抛运动，而小球与墙壁作完全弹性碰撞，设碰撞时间极短，那么碰撞前后，速度的竖直分量不变水平分量方向反过来，大小不变．从抛出到落地，小球在竖直方向上的分运动是自由落体运动：在水平方48 高中物理教学中形象思维能力培养研究第五章培养形蒙思维能力策略的实旋研究向上的分运动是若干段向右的和向左的匀速运动，各段匀速运动的速度大小相等，等于5m／s．由自由落体运动公式得运动时间为t==2s水平分运动的路程为s=vt=5×2=10m即S=9x1．1m+O．1m小球落地前与墙壁碰撞9次。一般来讲，物理解题经历两个阶段，在第一阶段，主要是调用存储在右半脑的形象材料，进行形象思维，做整体和定性的分析。在第二阶段，主要是调用左半脑的抽象材料，进行抽象思维。根据这个指导思想，物理解题教学应遵循以下程序：第一，让学生根据问题情景构建出典型形象，形成正确清晰的物理图景；第二，启发学生活化构建的典型形象，依据对象、过程、条件，正确选取物理定律、公式，并将物理问题转化为数学问题；第三，指导学生运用数学进行推演、讨论和计算，得出结论。在上述例子中，如果没有形象思维的支持，不能在头脑中形成清晰的物理图像，就会陷入僵局，不知从何下手。爱因斯坦说：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。严格地说，想象力是科学研究中的实在因素。”科学的想象是对已有意象的一系列直感的联结。在物理解题中，空间形象的想象，物理图像象的想象，特殊状态和理想状态的想象，假设情景的想象等等，都是解题思维中极其重要的因素。比如：从某一高度以相同的速度圪，将一把弹子向各个方向撒出去。试说明各弹子均为空中的任意时刻，所有弹子位于怎样的一个曲面上?(不计空气阻力)对本题，先设想如果所有弹子的初速均为零，则它们将同时沿同一直线做自由落体运动；再设想弹子抛出时，重力突然失去，则弹子将沿不同方向做匀逮直线运动，各弹子将处于同一个半径均匀增大的球面上。由此可想象到，本题中，弹子将处在一个半径R=Vot(随时间均匀增大)，球心做自由落体运动的球面上。49 第五章培养形象思维能力策略的实施研究高中物理教学中形象思维能力培养研究在物理解题中，将物理变化规律用图像来表达，将文字信息转化为图形信息，将数与形有效结合，揭示数与形的对应关系，运用图像这～直观工具求解抽象的物理问题也是常用的方法之一。B^D比如：如图8所示，AB和AC为两等高的光图8滑面，AB为斜面，AC为曲面，且面=彳雪今从A处由静止释放一小物体，沿AB面运动时，到达B用时间为^；沿AC面运动时，到达C用时间为毛。试比较fI和f2的大小。解析：本题中，由于物体沿AC面运动过程中，其加速度的大小和方向均随时间而变化，一时无法建立运动学方程，就会感到束手无策。若定性分析并比较物体在AB、AC面的运动特性后，定性作出v一—-t图像，这里v表示物体的速率，t表示时间，则可以直观显示fl和乞的大小关系。先比较物体沿AB、AC面运动的异同，然后定性作出图像。(1)物体由静止下滑，初速度为零，所以图线都过原点；(2)无摩擦，机械能守恒，所以末态的速率Vo相等；(3)由于AB--AC，物体的路程相等，所以图线与时间轴所围面积相等；(4)物体沿AB面下滑为>--j加速运动，图线为直线，沿AC面下滑过程中，物体的切向加速度逐渐减小，且先有心，后％<口彻，图线为曲线。图9定性作出满足以上四特点的v一图像(速率——时间图像)，如图所示，由图像*-q4缸tl>，2，即物体沿AC曲面下滑的时间少。50 高中物理教学中形象思维能力培养研究第五章培养形象思维能力策略的实施研究5．2．3课外阅读中运用物理学作为-fl自然科学是既直观又高度概括的，它需要抽象思维与形象思维的统一结合才能绽放出绚丽的花朵。物理概念、物理规律的形成首先是建立在大量的直观现象中，然后概括或者假设得到的抽象文字，学生学习时就是要将这个顺序反过来，把抽象的文字再还原成直观现象，所以说在课外阅读中也需要形象思维的参与。如阅读材料中迈克尔孙测光速所用的旋转棱镜法，为了很好的了解他的原理，我们需要画出光路图，利用图文结合，才能很好的理解各个物理量之间的关系。再如：在学习原子结构时，应该阅读与原子模型的建立相关的物理学史：在原子物理的发展中，最早认为原子是组成物质的最小单位，是不可再分的，1897年汤姆逊发现了电子，引发了人们对原子结构的好奇，他于是展开自己的想象，勾勒出这样的图景：原子呈球状，带正电荷。而带负电荷的电子则一粒粒地“镶嵌”在这个圆球上。这样的一幅画面，也就是史称的“葡萄干布丁”模型，电子就像布丁上的葡萄干一样。1910年，卢瑟福。粒子散射实验否定了这个模型，为了能很好地解释。粒子散射实验，他提出了新的“行星系统”模型。在这个模型中，原子核就像是我们的太阳，而电子则是围绕太阳运行的行星们。这个看来完美的模型仍然有着自身难以克服的严重困难，后来由玻尔引入量子论来对原子结构的不同形象加以描述。类似的课外阅读，可以启发、引导学生明白物理学家研究问题的方法，在这些过程中他们又是怎样运用形象思维来研究物理现象的。久而久之，使学生养成科学的思维过程，学生的形象思维习惯也必能得到培养。5．2．4在研究性学习中运用研究性学习是教育部为了全面实施素质教育，培养学生创新精神和实践能力，转变学生的学习方式和教师的教学方式，而提出的一项综合实践活动。关于“研究性学习”的含义，很多研究者都在自己的研究中下过定义，这些定义总的来说没有太大的分歧，一般都认为“研究性学习”有广义与狭义之分，广义的“研究性学习”指的是一种学习方式和理念，狭义的“研究性学习”则是指一类课程。这其中最具权威性的解释当属教育部文件《普通高中“研究性学习”实施指南(试行)》中的界定：“研究性学习是在教师指导下，从自然、社会和生活中选择和确定专题进行研究，并在研究过程中主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动。” 第五章培养形象思维能力策略的实施研究商中物理教学中形象思维能力培养研究研究性学习的特点之一就是探究性。在研究性学习过程中，学习的方式不是被动地记忆、理解教师传授的知识，而是敏锐地发现问题，主动地提出问题，积极地寻求解决问题的方法，探求结论的自主学习的过程。可以说研究性学习的开展，改革了现有的教学模式，充分发挥了学生思维的主体性，全方位的调动了学生的各种感官，在锻炼学生各种思维能力的同时，也促进了学生创造性思维的培养，提高了学生的创新能力。物理学与人类生活密切相关，很多的生活情景都要用到物理学知识来解释，因此我们通过研究性学习来促进形象思维的养成。如：讲向心力时，思考自行车转弯的情形，思考为什么雨天转弯容易摔跤；思考公路、铁路的转弯处应怎样设计最合理，对这些问题进行研究性学习并在课堂外找机会观察实际情况，验证自己是否准确。讲牛顿第二定律时，思考为什么会失重，并在乘坐电梯或游乐园里的“高空弹射“时体验失重和超重的感觉，进一步还可联想到为什么宇航员的招收是如此严格，为什么他们在飞上太空之前还要经历那么艰辛的训练?对物理学史进行研究也是促进形象思维能力养成的方法之一。通过对科学家事迹的了解来激发学生学习物理的兴趣，拓展视野，形成科学的思维方法。例如：为了克服高一年级的学生对物理的神秘感和惧怕感，我们应该在绪论一节里就选择一些著名的物理学家的故事及一些重要的物理发现和一些现代科学技术成果作为课题，学生可以通过很多各种方法去完成这个课题，成功机会是很大的，几乎每位学生都有一种成就感。所以可以通过对此类课题的研究使学生心理放松，消除对高中物理惧怕感，激发学习物理的热情和兴趣，为以后的学习做准备。此外，在物理学的每一次重大发现中，都离不开科学家艰辛的努力工作，也都凝结了无数科学家的心血和汗水，有的，甚至为了科学还奉献出原本年富力强的生命。因此，在学习这部分知识的时候，我们不妨沿着这些前辈的足迹去体会他们工作的艰辛，去领悟他们研究过程中所用的方法，让科学的思维过程成为一种习惯。如：原子物理中，我们可以将放射形现象的发现者贝克勒尔以及镭的发现者居里夫人作为研究的课题。了解科学家们是怎样进行研究工作的，了解他们工作的重要性，从而激发学生的学习热情，树立志向高远的目标和正确的人生观。天然放射性现象的发现和研究在科学界引发了一场真正的革命，开创了原子能研究的应用领域，使人类52 高中物理教学中形象思维能力培养研究第五章培养形象思维能力策略的实施研究迈向了现代文明。为了表彰他们对人类的杰出贡献，居里夫妇和贝克勒尔于1903年同时获得了诺贝尔物理学奖。在中学物理中进行研究性学习有多种实施形式，除上述方式外，研究性实验也是物理学中常见的研究性课题。如：”电流表的改装”这一研究性实验。实验要求：将灵敏电流表改装成安培计和伏特计，并用该电表测电路中某电阻的电压、电流。实验仪器：灵敏电流表2个(内阻lOOf2，量程100“A)、电阻箱2个，电阻(约50n)、变阻器(100t)，0．5A)一个，电源(3v，内阻不计)，开关，导线若干。该课题的目的在于通过学生自己运用学过的电学知识，创造性地设计电流表和电压表，并设计电路，进行实验操作，加深对所学物理知识的理解和用能力，使理论和实践相结合。在实验中，对电阻的串并联知识有充分的运用和提高。本课题提供的参考电路如下：电压表⑨电流表④图10其中，R1、如为电阻箱的值，其值可以根据题意提供的条件求出。利用该电表可以求未知电阻的阻值。在研究性实验中学生是学习的主体，是在教师的指导下课题的选择者、设计者和实施者，教师在实验中只起指导作用。因此研究性实验对学生能力(包括思维能力、动手能力等)的形成起着重要作用。53 第五章培养形象思维能／J策略的实施研究高中物理教学中形象思维能力培养研究表12中列出高中阶段可进行的研究性学习课题研究性学习课题相关物理知识l研究影响滑动摩擦的因素簿擦力2物理与体育平抛运动、竖直上抛、自由落体、功和能3寻找牛顿的足印牛顿运动定律4测定家用电器的电功率电功率5双控开关的多种接法串、并联电路6节能灯的节能探究能量守恒定律7自行车中的物理原理圆周运动、全反射8市民对家庭中电磁辐射的认识电磁波9伽利略的研究艺术伽利略对自由落体的研究10物理学对计算机发展的影响简单的逻辑电路11显象管工作原理磁场对运动电荷的作用力12电能的输送技术远距离输电13对几列永动机的剖析能量守恒定律14155．3实践尝试⋯⋯教学案例案例～：<平抛运动》【教学目标】1．知识与技能·知道平抛运动的特点是初速度方向水平，只有竖直方向的重力，运动轨迹是抛物线·理解平抛运动可以分为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。且这两个方向上的运动互不影响。-理解平抛运动是匀变速直线运动，加速度是g·会用平抛运动规律解决有关问题54 高中物理教学中形象思维能力培养研究第五章培养形象思维能力策略的实施研究2．过程与方法·通过实验、频闪照片，完全由感性认识到理性认识，培养观察能力和分析能力。-利用己知的直线运动的规律来研究复杂的曲线运动，渗透物理学“化曲为直“‘化繁为简”的方法及“等效代替”“正交分解”的思想方法·渗透物理学研究方法的教育。认识平抛运动的处理方法是从复杂到简单，先分解再合成，这个规律是物理学研究的重要方法。3．情感、态度和价值观·在物理教学中使学生受到相信科学、热爱科学的教育。·培养学生学习科学的兴趣及实事求是的科学态度。·激发学生积极的学习兴趣和勇于探索的精神。【教学重点】·抛运动的特点和规律·学习和借鉴本节课的研究方法【教学难点】平抛运动的规律【教学工具】平抛与自由落体等时演示器、PPT教学演示课件、视频、自制教具【教学过程】引入；(上课开始：教师在讲台旁边放上一个垃圾桶，并把一个废弃的粉笔头沿水平方向向垃圾桶扔过去，结果扔过头了，摇摇头，重新拣起来，再一次向垃圾桶扔过去，结果这次又没有扔到。老师现出一脸的无奈，然后以求助和征询的眼光看着学生。)师：我抛出的粉笔头所做的运动有什么特征?生：轨迹是曲线，只受重力，开始出手时是沿水平方向⋯⋯师：(板书)物体所做的这种运动就叫——平抛运动。分析：在引入中紧密联系生活实际导入课题，唤生活图景为物理情景，充分体现——从生活走向物理——的新课程理念，由于本节课能从学生的生活实际出发，选择了学生非常熟悉的“扔垃圾”这一情景，·下子拉近了物理与学生的距离，让学生应用已有的知识分析其运动特征与受力情况，为学生从已知探究未知创设了基础。有效调动了学生的形象思维，激发了学生学习物理的积极性，同时以“同学们这样丢垃圾⋯⋯”对学生渗透环保教育，关注学生的全面发展，关注社会发展热点。 第五章培养彤象思维能力策略的实施研究高中物理教学中形象思维能力培养刨f究新课教学问：平抛运动的轨迹是什么?(曲线)为什么会是曲线呢?(物体做曲线运动的条件是F合与v不在同一直线上，做平抛运动的物体受力方向竖直向下，速度方向水平方向，不在同一直线上，故平抛运动的轨迹是曲线)问：物体的受力有何特点?(只受重力，是一个恒力，加速度恒定)结论：平抛运动的性质是匀变速曲线运动说明：平抛运动的轨迹是曲线，直接研究曲线运动比较困难，那该怎么办呢?(上节课我们处理曲线运动的方法是“化曲为直”，能用我们前面一节学习的运动的分解与合成对平抛运动进行分析一下吗?学生分组讨论得出(可以把粉笔头的运动分解为竖直下落运动和水平方向的运动。)理论分析：(竖直方向上：只受重力，做自由落体运动；水平方向上不受外力，做匀速直线运动)实验验证：平抛运动演示器研究平抛运动在竖直方向上的运动是自由落体运动。学生活动：请大家拿出两枚一元硬币，一枚放在桌边一枚拿在手中，手弹一下桌上的硬币，给它一个初速度，让其做平抛运动，同时释放手里的硬币，让其做自由落体运动，可以听到两枚硬币同时落地的一声声响。结论：平抛运动在竖直方向是自由落体运动(在此基础的启发下，让学生们积极思考，设计出研究平抛运动在水平方向上的运动特征的方案。)学生讨论。得出(根据刚才在竖直方向上运动的设计思路，可以给两个同样的小球同样的初速度，一个放在桌子边缘，一个放在光滑的气垫导轨上，气垫导轨置于桌子下方。)学生根据刚才的描述选择合适的实验器材演示，看到的现象是两小球在导轨上相遇了。这说明平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动。分析：整个教学过程始终把学生放在主体地位，并提倡学习方法的多样化，使学生的积极性持续发挥效能。同时让学生在对实验现象的感知中发现问题，提出问题，再通过相互讨论作出科学猜想，然后验证猜想，并在活动过程中学到科学研究的方法和提高学习能力，充分体现新课程三维目标的高度统一，和谐发展。教学中提到研究曲线运动的方法是对知识适当的拓展和延伸，这种做法是对学生学习方法的培养，学 高中物理教学中形象思维能力培养研究第五章培养形象思维能力策略的实施研究生的思维也得到了延伸。正是体现了教育“授人以渔”的目的。学生活动：出示《请你来当飞行员》的课件。[课件】只见屏幕上一只敌船在海上逃逸，左边远处传来轰隆隆的轰炸机的声音，一架轰炸机从屏幕左边飞来。把投弹按钮一按，一颗炸弹投将下来，落到地面发出轰隆的爆炸声，可惜未能炸到敌船!学生踊跃举手，要求做投弹练习。开始时没有炸到目标。做了若干次投弹练习，直到最后似乎摸到了什么规律，才偶尔击中目标。)讨论后得出(要在距离敌船150m的后面投弹才能炸到。)怎么样计算的呢?(先算出炸弹下落的时间，在算出在这么一段时间内飞机和船运动位移，然后用飞机的位移减去船的位移就得到应该距离多远开始投弹!)(课件出示正确规范的解题方法)分析：“学习知识的目的全在于应用”。本课件是“从生活走向物理，从物理走向社会”新课程理念的突出体现，也把本节课的教学推向了高潮。这里利用了学生对电脑和游戏的兴趣，充分利用了多媒体课件调动了学生的积极性和兴趣，活跃了课堂气氛，使本节课的教学时空得到拓展，学生的思维得到延伸，并使学生在学习知识的同时，得到了学习的愉悦!加深了学生对知识的理解和掌握程度。案例二：在探究课中实现形象思维培养《新课程标准》明确指出课程的总目标之一是学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。可见，探究性的学习方法只是作为培养思维能力的一个载体。《楞次定律》教案【教学目标】1．知识目标·理解楞次定律的内容；·理解楞次定律与能量守恒定律是相符的：·会用楞次定律解答一些简单的问题。2．“过程与方法“目标·通过学生亲自动手进行实验操作、分析、归纳，培养学生自主学习，分析解决问题 第五章培养形象思维能力策略的实施研究高中物理教学中形象思维能力培养研究的能力。．渗透科学的思维方法和物理研究方法，培养学生的形象思维、抽象思维和创新思维的能力。3．情感、态度和价值观．在教学中渗透科学素养：如科学家所表现出的坚韧不拔的意志力，科学态度。·让学生参与问题的解决，培养学生科学的探究能力和合作精神【教学重点】理解楞次定律的内容。【教学难点】理解楞次定律与能量守恒定律的一致性。【教学方法】讲授、讨论、演示实验、学生实验、自主探究等【教学工具】条形磁铁、螺线管、电流表、导线若干根等26组实验装置，其中有一组是供教师演示用，投影仪【教学过程】一、创设情境，引入课题提问：通过前面的学习，我们已经知道电磁感应现象产生的条件及感应电动势和感应电流大小的求法，那么感应电动势和感应电流的方向如何判断呢?3lC二lL●生答：当闭合电路的一部分导体作切割磁感线图11运动时产生的感应电流的方向可以用右手定则来判断。提问：右手定则能否用来判断下列情况下感应电流的方向?演示：两个很轻的铝环A、B处于静止状态，A环闭合，B环开口，A、B可绕中心轴自由转动。将条形磁铁的N极靠近A环的过程中出现A环被推斥的现象；磁铁的N极远离A环的过程中出现A环被吸引的现象；换用磁铁的S极做同样的实验，出现的现象相同。(学生很热烈地讨论，并开始尝试表达自己的解释。)学生观点1：A环中的磁通量发生变化，A环产生了环形的感应电流，将环形电流等效成小磁体，它与条形磁铁发生了相互作用，于是出现A环被推斥或被吸引的现象。学生观点2：A环中产生的感应电流同时处于条形磁铁的磁场中，磁场对A环的58 高中物理教学中形象思维能力培养研究第五章培养形象思维能力策略的实施研究感应电流施加了安培力的作用，A环被推斥或被吸引的现象可能是安培力作用的结果。设问：能否赞同2位的观点取决于A环中感应电流方向，如何判定感应电流的方向呢?有学生会想到用右手定则来判断，但失败了。可见，右手定则只适用于判断闭合电路的一部分导体作切割磁感线运动时产生的感应电流的方向，不具有普遍性。所以，有必要寻找一种更为一般的判断感应电流方向的方法。板书：第二节感应电流的方向——楞次定律分析：引入新课是在复习前面所学知识的基础上，提出新的矛盾，目的是让学生在唤起已有表象的同时思考或者是形成新的意象。矛盾则是以实验这一直观手段的形式引出的。这种形式既利于吸引学生注意力，激起学生的求知欲望，很快进入新课的学习，又能在复习旧知识引出新知识的过程中，调动形象思维的参与。二、新课教学1．提出假设(讨论法)既然感应电流的产生和其大小都与穿过闭合电路的磁通量的变化有关，那么是否可以假设感应电流的方向也可能与磁通量的变化有关呢?是否可以利用磁通量的变化来判断感应电流的方向呢?下面就通过实验寻找感应电流的方向和引起感应电流的磁通量的变化这两者之间的关系。2．实验探索(学生分组实验)(1)实验设计(讨论法)前面在学习感应电流产生的条件时我们采用了一些电路，用投影再现这些电路供学生讨论选择一个来探究感应电流的方向。(2)实验准备如图12所示，用电池和电流表组成电路，判定指针偏转与电流方向之间的关系。指针左偏表示电流从极流进，指针右偏表示电流从极流进，用螺线管59图12 第五章培养形象思维能／J策略的实施研究高中物理教学中形象思维能力培养研究取代A，用电流表与螺线管串联，弄清线圈的绕向。电流表指针的偏转方向和线圈中电流方向的关系。学生自己设计一张表格，记录实验中电流表指针的偏转方向和引起感应电流的磁通量的变化的情况。(3)实验探索(学生实验)将条形磁体的某一极插入线圈中，停留一会儿再取出，同时注意观察，"-3磁体在插入和取出及停止运动时，电流表的指针有无偏转，从而确定线圈中有无感应电流，并记下感应电流的方向。再用条形磁体的另一极做上述实验。实验流程如图13所示山宙N个宙NlIl『囝s个囝s圆圆圆圆图13(4)数据分析利用学生设计的表格，来探索感应电流的方向和引起感应电流的磁通量的变化之间的关系。(线圈中感应电流的方向可以用其磁场方向来表示)表13N极插停N极拔S极停S极入止出插入止拔出引起感应电流的磁场方向引起感应电流的磁通量的变化感应电流的磁场方向思考学生将实验结果填入上表，然后分析推理讨论，从而找出两者问的关系：(板书)感应电流具有这样的方向，感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变 高中物理教学中形象思维能力培养研究第五章培养形象思维能力策略的实施研究化。并且在讨论中强调“阻碍”的意义及与“阻止”的一字区别。3、实验验证(讨论、投影及演示实验法)将上述实验中的条形磁体换成电磁铁(通电螺线圈)，有什么方法使闭合电路中产生感应电流，感应电流的方向如何?利用上面得出的结论，先从理论上分析推导，得出答案，然后用实验验证。4、得出定律(讲解)通过上面的提出假设——实验探索——实验验证，我们找到了判断感应电流方向的一般方法：感应电流具有这样的方向，感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。这个结论早在1834年楞次已发现了，即(板书)楞次定律。看上去这一定律的发现很简单，但实际上每一规律、定律的发现，都是无数人智慧和勤奋的结晶。当时法拉第为探求感应电流方向的规律做了许多实验，总结出了一些方法，但没有解决确定感应电流方向的普遍而简明的规律。楞次在法拉第及其他科学家研究的成果基础上及自己的研究，于是1834年发表了楞次定律，一举解决了感应电流方向的问题。分析：首先，物理实验本身就是发展形象思维的一个很好的举措，通过观察具体的实验就是在积累丰富的表象，为形象思维的下一个阶段作充分的准备。其次，整个教学过程是围绕“问题提出⋯．提出假设⋯设计实验⋯实验探究”这一过程展开的，而这正是科学的思维过程。再次，实验过程和数据分析中都离不开图文结合。最后，通过对楞次发现这一规律和法拉第对此的失之交臂，也让学生清楚的了解科学的发现过程是离不开形象思维和抽象思维的，只有两者的有机结合才能碰撞出绚丽的火花。三、当堂巩固楞次定律的应用步骤(讨论、讲解)从实验探索和验证过程中总结出该定律应用的步骤：(板书)(1)判定原磁场的方向；(2)判定引起感应电流的磁通量的变化；(3)用楞次定律判定感应电流的磁场方向；(4)用安培定则判定感应电流的方向。在应用中进一步认识楞次定律(讨论、投影、演示实验法)解释本节一开始所做的实验：在感应电流方向明确的基础上，能否推断上述的观点l、2的正确性呢?6I 第五章培养形象思维能／J策略的实施研究高中物理教学中形象思维能力培养研究理性分析：将图3中环的感应电流等效为磁体，可以判定：当磁铁的N或S极靠近环，环中感应电流的磁性上方就是N或S极，起“阻碍靠近”的作用；当磁铁的N或S极远离时，环中的感应电流的磁性上方就是S或N极，起“阻碍远离”的作用。因此，观点l是正确的，可以进一步提炼结论l：感应电流的磁场总是起阻碍“相对运动”的作用。现取上表2实验1中的P点研究。当磁铁的N极靠近，P点处的感应电流方向向里，如图3所示。环在此安培力F的作用下有远离的趋势，同时还具有沿半径方向收缩的趋势。同样，当磁铁的N极远离，P点处的感应电流向外，环在安培力的作用下有紧随其后的趋势，同时还具有沿半径向外扩张的趋势，实验3和实验4的分析方法相同。因此，观点2是正确的，可以进一步提炼为结论2：安培力是阻碍“相对运动”的原因，是安培力“迫使”环的运动状态发生改变。利用该题可引导学生得出楞次定律的推广之一：(板书)从导体和磁体的相对运动来看，感应电流的效果总要阻碍它们间的相对运动。例2：举例自感现象。从中引导学生得出楞次定律的推广之二：(板书)从由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象来看，感应电流总要阻碍导体中原电流的变化。例3：如图所示，让铜线圈A自由落下，并通过一段有IlA匀强磁场的空间。试定性说明线圈的运动情况。(不考X×X×虑空气阻力)x利用该题可引导学生得出：(板书)右手定则可视为×楞次定律的特殊情况。而且从l、3两题中总结出：(板x×x书)电磁感应现象符合能的转化和守恒定律。图14分析：这一环节主要是通过对楞次定律的应用来进一步理解这一定律的。楞次定律的得出是楞次在观察大量直观实验的基础上，通过分析、综合、归纳、最后用抽象的文字描述而成的物理规律。这一过程是不能缺少形象思维的，我们现在学习楞次定律，就是要帮助大家沿着科学家的足迹，重现科学探究的过程，将抽象晦涩的文字再还原成直观的物理现象。当然这不是简单的还原，而是在完全理解这一普遍而简明的规律之后的还原，比之法拉第等科学家当年在黑暗中苦苦摸索，这个还原就是在光明62 高中物理教学中形象思维能力培养研究第五章培养形象思维能力策略的实施研究下的还原。选择的三个例题，每一个都能加深对楞次定律的理解。尤其是例3，将右手定则和楞次定律相结合，也就是将具象和抽象相统一。学生的形象思维和抽象思维都得到了锻炼。5．4实施效果笔者选取苏州市某普通中学的两个水平相当、同一年级的班级，进行了一年时间的试验，针对学生在2007年7月的期末考试卷和2008年7月的考试卷进行分析，在试卷中选择5、7、11、13、以及2、6、7、13题目进行统计，这些题目的特点是需要利用图像，分析物体运动特点、建立清晰的物理过程等调动形象思维参与的方法。从中可以反映学生形象思维能力的高低表14学生的学业成绩分析表2007届人数实验前测实验后测．平均分标准差平均分标准差高二(2)对345．92．66．052．26照班高二(3)376．32．27．322．32实验班差异检验0．692．33由于样本数均大于30，为大样本，故采用双侧Z检验，Z=O．69<1．96=zo⋯P>O．05．其结论为实验前两个班级的学生在形象思维方面无显著性差异。由于在实验班的教学中采用和重视了学生形象思维的训练、尤其注重了形象思维与抽象思维相结合的训练，在实验后，对学生的考卷进行分析，发现，实验班和对照班的Z=2．33>1．96=ZomP
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