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物理学中培养学生直觉思维的教学策略
2008-08-22 17:01   点击次数:201

  如何提高物理教学的质量和效率,是物理基础教育广泛关注的问题,同时也是广大物理工作者所追求的目标。面向二十一世纪,创新意识是人才的最本质、最重要的心理素质,而直觉思维是创新的重要表现形式。纵观目前我国物理教学,由于受“学而优则仕”旧思想的影响和支配,把教学过程看作是知识的灌输与接受的简单过程,在教学行为上重视符号识记、习题强化等机械式操练,学习者在物理知识内化过程中缺乏激发思维活动的环节和氛围,直觉思维的培养也失去了基础。因此,物理教学中有诸多与心理结构、时代要求不相适应的因素。要改变这种局面,应转变教育观念。在教学过程中,本着“以学生发展为本,”以物理知识为载体,以提高学生的科学素质为基本宗旨,重在培养学生的创新精神。而直觉思维对创新精神和创新意识有着重要贡献。因此,笔者认为,在物理教学中,应以培养和发展学生的直觉思维作为突破口,逐步提高学生的学习能力和研究能力,促进学生综合素质的发展,达到培养学生创新能力的目的,这是当前物理教育改革的最基本、最紧迫的任务之一。
  一、物理学中直觉思维培养的原则
  1. 身心性原则:人是一个有机的整体,它是由生理成熟和心理素质构成的。教学培养要遵从其身心发展规律,把握“最佳发展期”,充分认识到大脑潜能的丰富性和可开发性,循序渐进,和谐发展。
  2. 层次性原则:指针对不同层次的教学对象,要确定不同的直觉思维能力发展目标,设置不同的诱导方法和途径,进行适应性的直觉思维的培养。
  3. 基础性原则:物理学中直觉思维的形成并非凭空产生,它的产生和发展必须有坚实的基础,这可以从三方面来理解,一是物理知识,二是相关策略,三是非认知因素。
  4.示范性原则:是指教育者应主动地以自身的直觉思维方式去感染、带动受教育者直觉思维的形成和发展。教学系统是一个人——人系统。师生互动,才能推动教学系统有效地进行。互动的本质是心理相互影响,教师应从多层次、多角度来影响和培养学生的直觉和直觉个性。
  5. 开放性原则:是指教学内容、教学方式、教学策略等开放性。人与环境不断进行信息交流是心理构建的前提条件,也是培养直觉思维的基础。传统教育在诸多方面表现出很大的封闭性,在一定程度上阻碍学生多种能力的开发。
  6. 启发性原则:是指在教学过程中,教师的主要作用在于启发和引导,调动学生的主动性和积极性,诱发学生去“思”和“想”。在我国《学记》中就提出“君子之教,喻也,道而弗牵,强而弗抑,开而弗达则思,和易以思,可谓善喻矣”。这强调了对学生启发的重要意义和作用。
  7. 主体性原则:是指学生在教学中的主体性。学生在学习中要能自我提问、自我反思、自我激励、自我调控、自我实现,以提高自身的科学素质和创新意识。
根据以上原则,结合物理学科的特点,建立在物理学中培养学生直觉思维的教学策略,这是我们重点关注的问题。
  二、物理学中直觉思维培养的教学策略
  1. 使学生掌握物理学科的知识结构,形成合理认知结构
要想灵活地应用直觉思维对某一物理问题作出迅速地判断和假设,必须具有扎实的物理学及相关学科的基础知识,掌握物理学及相关学科研究问题和解决问题的基本方法,形成合理的认知结构。
  首先,要掌握物理学科的基本结构。所谓物理学科的基本结构,是指物理学的基本概念、基本原理、基本方法,以及它们之间的逻辑联系和理论框架。在教学过程中,要帮助学生进入物理情境中,感知物理现象,按照知识产生的背景和程序,阐述物理概念和物理规律的内涵和外延,将新知识纳入原有的认知结构中去,从而使物理知识网络化和立体化。学生只有掌握具有一定深度和广度的基础知识及联系之后,才能获得直觉的联想、想象和顿悟,才有可能在错综复杂的现象中直接而迅速地“一眼看穿”问题所在,得到解决问题的方法,进而提高用直觉思维获得正确解决物理问题的概率。例如,1968年美国物理学家温伯格和巴基斯坦物理学家萨拉姆凭借他们渊博和扎实的物理知识,直觉地提出弱相互作用和电磁相互作用是统一的。后来,于1979年由美国物理学家莫纬和中国物理学家王祝翔等人,在美国费米实验室成功地进行了μ中微子和电子的碰撞实验,证实了弱相互作用和电磁相互作用的基本统一。
  其次,要鼓励学生参加各种课外活动,广泛阅读课外读物,以物理学科知识为核心,形成宽广的知识面,以求开阔视野,思维才能灵活,直觉思维的产生几率也就越大。例如,诺贝尔物理学奖获得者贾埃弗具有机械、电气、军事、哲学等一系列的知识背景。当他迷上物理学后,便大胆而果断地“让隧道效应与超导现象幸福地联姻”,发现了超导体中电子的隧道效应,并从理论上预言了超导电流能通过隧道阻挡层的可能性。正如泰勒所指出的“具有富知识和经验的人,比只有一种知识和经验的人更容易产生联想和独到的见解。”所以,物理学中直觉思维的形成是随着人脑中知识组块的丰富而得以发展。
  2.了解物理学的发展历史,激发学生的探索精神
  物理学中每一个发明创造都是创造性地思维活动过程。发明和创造来自探索,探索又主要发源于直觉思维,而直觉思维又以科学的自信心和浓厚的兴趣为前提条件的。因此,在物理教学过程中应把知识系统与该学科的发展史及未来展望有机结合起来进行讲授,介绍物理概念和物理规律是如何产生和演变的,使学生了解它的来龙去脉,把学生带进科学家解决问题的思维情境之中,去感受前人的发明创造过程和情绪体验,顿悟探索的灵魂所在,从而使学生的思维处于高度“受激”状态,产生共振,打破科学发明高不可攀的神秘感,激发起学生跃跃欲试地探索精神和盎然地学习兴趣,激活学生潜在的直觉意识。例如,美国《PSSC物理》在“万有引力”一章中,介绍了牛顿在伽利略和开普勒等人研究成果的基础上,通过苹果落地受到启发,而直觉地提出“地球作用于苹果的力可能也作用于月球”的推测,而后牛顿又提出“引力平方反比定律不仅适用于太阳与行星、地球与月亮,而且也适用于任何两个物体”的假设。后来,经过理论研究和数学论证,终于发现了“万有引力定律”。向学生展示发明过程,使学生获得的不仅是知识和理论,更重要的是培养了学生探索的精神和思维的能力。
  3. 启发和鼓励学生大胆猜测,养成直觉判断的良好习惯
  首先,教给学生提出问题的方法。物理思维往往从问题开始。古人曰:学起于疑。在物理教学中,要善于通过分析知识之间的逻辑困难,分析物理理论与实验的矛盾,分析多种假说之间的差异和对立,寻找实验事实之间的联系,追求物理理论的普遍性和完善性,把有待探索的问题展现在学生面前,启发学生发现问题和提出问题,培养学生发现问题的能力。
  其次,鼓励学生大胆猜测。猜测是在对研究的物理对象进行观察、实验和分析的基础上,依据已有的材料和知识作出符合一定经验与事实的推测性的联想、想象、顿悟等思维方法,它是直觉思维的高级认知过程。教师必须经常运用直觉思维对问题进行猜测,为学生做出示范,引发学生模仿。美国著名心理学家布鲁纳认为,如果学生从来没见过他们的长辈有效地利用直觉思维去解决问题,那么,他们就未必会相信和应用直觉思维。
  再次,经常要求学生大胆地把零碎知识重整,如把电场和磁场;水波、声波、光波和电磁波等研究方法统一起来,认识到物理知识有“对称、和谐、简洁、多样统一”的特点。在猜测之中,促使学生思维向协调性、敏捷性、灵活性方向发展,培养和提高学生直觉思维。
  总之,在当前的教育改革和发展中,物理教学如何站在跨世纪的高度和用现代教育观点培养学生的直觉思维是一个具有时代意义的重要课题,有待于与广大物理教育工作者从理论到实践进行深入地讨论和研究。

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