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物理学是由物理概念、物理规律、物理理论所构成的完整的科学体系。其中物理概念是物理学体系的基本要素。物理概念在形式上是抽象的、主观的,但在内容上则是具体的、客观的。物理概念的客观性和具体性决定了物理概念本身隐含着形象性。人们在认识物理世界的过程中,抽象思维与形象思维总是交叉、互补进行的,常常把逻辑推理与形象加工两种思维方式熔为一炉,提炼出许多既有“理”又有“形”的物理概念,因此抽象思维和形象思维是统一物理思维过程的两个层次。
一、观察和实验是“物”、“理”、“形”三结合的过程
观察和实验是物理学的基本方法。俗话说:“物理,物理,‘以物’‘说理’。”“以物”,就是通过观察和实验触及客观世界,“说理”就是对从观察和实验中取得经验材料进行理性加工得到对物的本质认识的过程。具体体现在物理教学中,教师要做到“以物说理”,学生也要做到“即物思理”,“见物明理”。如高中电磁感应定律的导出性实验中,五个演示实验装置,给学生以鲜明的印象,对学生来说,是一种“感性上的具体”。通过比较分析得出五个结论,这些结论都是从实验事实中抽象出来的种种“规定”,这些规定分别反映了电磁感应现象的一个侧面,但每种抽象规定又有它形象的一面,在学生的脑海中同时建立起切割磁感线或磁感线条数变化的种种形象,在这一抽象过程,具体的表象形象转化为无形的结论,无形的结论又转化为新的形象。总之,是一个形象转化过程。第三个进程还要把各种“规定”按照其内部联系综合起来,借助于磁通量变化这一概念,得出“只要穿过闭合回路的磁通量变化,在回路中就会产生感应电流”这一“思维中的具体”。同时五种形式又综合为一种新形象,即穿过闭合回路的磁感线条数有增有减的具体形象。这是个形象的再组合过程。可见,观察实验方法是“物”、“理”、“形”三结过程,以物讲理,以理想形,理中有理,形中有理,对感性经验材料加工,既是运用概念进行判断和推理过程,又是运用形象变换,形象组合的形象思维过程。
二、数学方法把“式”,“理”,“形”融为一体
数学是物理学的一种最简洁精确的形式语言,在物理中常用数学公式来描述要领和物理规律,即物理公式。物理公式在形式上具有抽象性的特性,而在内容上又是有形象性的特性,为使学生明确公式的物理意义,我们在揭示物理公式的“理”时,还要挖掘理中之形,使抽象的“理”穿上形象的“衣”,从而达到把抽象化的数学语言与形象化的物理描述统一起来。
应用数学方法进行推理时,纯数学推导过程虽然脱离了形象,但推导出的新概念、新规律,又以新的公式所描述,具有新的“理”同时具有新的形象,从整个数学推导过程来看,概念和规律的演变过程同时也是形象的转化过程。如F=ma,F-ma=0,出现了新的概念ma(惯性力),脑海中展现出大小为ma方向同a相反的假想力,人们想象从地上飞到车上,从静系飞到动系去观察研究力的效应,数学形式的变换,导致物理意义的变化,同时形象发生了转换。
数学方法中的图像是形象思维与抽象思维的统一体。物理学中的物理图像既有抽象性的一面,又有形象性的一面,借助于物理图像既能说明物理量之间的数量关系,而图像本身又具有非同物理“原型”的变化形象。
三、等效法作为思维过程,也是抽象思维与形象思维互相交叉、互相渗透的过程
物理学中的等效方法是从等同效果出发来研究物理现象,物理过程的一种方法,等效思维过程;也是抽象思维与形象思维互相交叉,互相渗透的过程。如并联电路的等效电阻、1/ R= 1/R1 1/R2,力的合成等,等效方法的思维过程运用概念抽象思维和形象思维始终是结合在一起,抽象思维作为形象思维的依据,形象思维又对抽象思维补充和深化,运用概念进行判断,推论得出结论的抽象过程,同时导致了一种形象转化为另一种形象的过程。可见,等效法从形象思维角度来看,实际上是形象的转化。
四、物理学中的理想化方法是形象思维与抽象思维的明显结合
理想模型是一种高度抽象的“理想客体”,是以客观存在为原型的,是对客观事物一种近似反映,把原型抽象成“模型”的过程,即有科学抽象过程,又有形象转化过程。如质点,舍去和忽略形状、大小、转动等性能,突出了它具有位置和质量的特性,这是抽象过程。同时,在人们头脑中原型转化为既有质量又有位置的非同于数学上的点的形象,同样,如物理学中的刚体、完全弹性体、点电荷,磁感线,电场线等这些“理想模型”都是抽象思维与形象思维相结合的产物。
五、理想实验也是一种形象思维与抽象思维相互作用的思维过程
理想实验是以实践为基础,以逻辑法则为依据,用思维来展开实验过程,通过抽象思维来整理和验证实验结果,而理想化的仪器、设备和实验对象的具体形象都必须参加思维过程,在运用概念判断推理的同时,又调用具体形象的加工组合和变换,逻辑推理渗透着形象变换,形象变换依据于逻辑推理,两种思维始终是相结合进行的。如伽利略的无摩擦平面运动的理想实验、建立麦克斯韦方程组的理想实验,爱因斯坦建立狭义相对论时,曾设计关于同时性的相对性的理想实验,都是有两种思维相结合的特点。
学生形成概念,掌握规律必须通过形象思维与抽象思维的结合,在物理教学中实现形象思维与抽象的统一,对教学质量的提高是一个重要问题。当前物理教学中有些教师忽视形象思维,降低形象思维的作用,把形象思维只看是抽象思维的基础、土壤 前奏,这种看法的实质是把形象思维的具体形象和感性阶段的表象等同起来,须知表象虽然反映了事物的事体形象,但都是事物的外部联系,是感性认识的高级阶段,形象思维决不停留在感性阶段,而是属于理性认识阶段。形象思维是以运动的观点看形象、形象的变换、形象的加工、形象的组合,在脑海中映出一幕幕电影,贯串于物理教学的全过程,感知、理解、记忆、运用和发展都留有形象思维的痕迹。
一、观察和实验是“物”、“理”、“形”三结合的过程
观察和实验是物理学的基本方法。俗话说:“物理,物理,‘以物’‘说理’。”“以物”,就是通过观察和实验触及客观世界,“说理”就是对从观察和实验中取得经验材料进行理性加工得到对物的本质认识的过程。具体体现在物理教学中,教师要做到“以物说理”,学生也要做到“即物思理”,“见物明理”。如高中电磁感应定律的导出性实验中,五个演示实验装置,给学生以鲜明的印象,对学生来说,是一种“感性上的具体”。通过比较分析得出五个结论,这些结论都是从实验事实中抽象出来的种种“规定”,这些规定分别反映了电磁感应现象的一个侧面,但每种抽象规定又有它形象的一面,在学生的脑海中同时建立起切割磁感线或磁感线条数变化的种种形象,在这一抽象过程,具体的表象形象转化为无形的结论,无形的结论又转化为新的形象。总之,是一个形象转化过程。第三个进程还要把各种“规定”按照其内部联系综合起来,借助于磁通量变化这一概念,得出“只要穿过闭合回路的磁通量变化,在回路中就会产生感应电流”这一“思维中的具体”。同时五种形式又综合为一种新形象,即穿过闭合回路的磁感线条数有增有减的具体形象。这是个形象的再组合过程。可见,观察实验方法是“物”、“理”、“形”三结过程,以物讲理,以理想形,理中有理,形中有理,对感性经验材料加工,既是运用概念进行判断和推理过程,又是运用形象变换,形象组合的形象思维过程。
二、数学方法把“式”,“理”,“形”融为一体
数学是物理学的一种最简洁精确的形式语言,在物理中常用数学公式来描述要领和物理规律,即物理公式。物理公式在形式上具有抽象性的特性,而在内容上又是有形象性的特性,为使学生明确公式的物理意义,我们在揭示物理公式的“理”时,还要挖掘理中之形,使抽象的“理”穿上形象的“衣”,从而达到把抽象化的数学语言与形象化的物理描述统一起来。
应用数学方法进行推理时,纯数学推导过程虽然脱离了形象,但推导出的新概念、新规律,又以新的公式所描述,具有新的“理”同时具有新的形象,从整个数学推导过程来看,概念和规律的演变过程同时也是形象的转化过程。如F=ma,F-ma=0,出现了新的概念ma(惯性力),脑海中展现出大小为ma方向同a相反的假想力,人们想象从地上飞到车上,从静系飞到动系去观察研究力的效应,数学形式的变换,导致物理意义的变化,同时形象发生了转换。
数学方法中的图像是形象思维与抽象思维的统一体。物理学中的物理图像既有抽象性的一面,又有形象性的一面,借助于物理图像既能说明物理量之间的数量关系,而图像本身又具有非同物理“原型”的变化形象。
三、等效法作为思维过程,也是抽象思维与形象思维互相交叉、互相渗透的过程
物理学中的等效方法是从等同效果出发来研究物理现象,物理过程的一种方法,等效思维过程;也是抽象思维与形象思维互相交叉,互相渗透的过程。如并联电路的等效电阻、1/ R= 1/R1 1/R2,力的合成等,等效方法的思维过程运用概念抽象思维和形象思维始终是结合在一起,抽象思维作为形象思维的依据,形象思维又对抽象思维补充和深化,运用概念进行判断,推论得出结论的抽象过程,同时导致了一种形象转化为另一种形象的过程。可见,等效法从形象思维角度来看,实际上是形象的转化。
四、物理学中的理想化方法是形象思维与抽象思维的明显结合
理想模型是一种高度抽象的“理想客体”,是以客观存在为原型的,是对客观事物一种近似反映,把原型抽象成“模型”的过程,即有科学抽象过程,又有形象转化过程。如质点,舍去和忽略形状、大小、转动等性能,突出了它具有位置和质量的特性,这是抽象过程。同时,在人们头脑中原型转化为既有质量又有位置的非同于数学上的点的形象,同样,如物理学中的刚体、完全弹性体、点电荷,磁感线,电场线等这些“理想模型”都是抽象思维与形象思维相结合的产物。
五、理想实验也是一种形象思维与抽象思维相互作用的思维过程
理想实验是以实践为基础,以逻辑法则为依据,用思维来展开实验过程,通过抽象思维来整理和验证实验结果,而理想化的仪器、设备和实验对象的具体形象都必须参加思维过程,在运用概念判断推理的同时,又调用具体形象的加工组合和变换,逻辑推理渗透着形象变换,形象变换依据于逻辑推理,两种思维始终是相结合进行的。如伽利略的无摩擦平面运动的理想实验、建立麦克斯韦方程组的理想实验,爱因斯坦建立狭义相对论时,曾设计关于同时性的相对性的理想实验,都是有两种思维相结合的特点。
学生形成概念,掌握规律必须通过形象思维与抽象思维的结合,在物理教学中实现形象思维与抽象的统一,对教学质量的提高是一个重要问题。当前物理教学中有些教师忽视形象思维,降低形象思维的作用,把形象思维只看是抽象思维的基础、土壤 前奏,这种看法的实质是把形象思维的具体形象和感性阶段的表象等同起来,须知表象虽然反映了事物的事体形象,但都是事物的外部联系,是感性认识的高级阶段,形象思维决不停留在感性阶段,而是属于理性认识阶段。形象思维是以运动的观点看形象、形象的变换、形象的加工、形象的组合,在脑海中映出一幕幕电影,贯串于物理教学的全过程,感知、理解、记忆、运用和发展都留有形象思维的痕迹。