一、物理思维及物理思维能力的含义

（一）物理思维的界定

在日常生活中，思维被称为“思考”“想”，是人大脑内部的一种活动。在《中国百科全书》中，关于思维有比较详细的定义：“思维是对客观现实的间接和概括的反映，是以感觉和知觉为基础的更高级的认识过程。它运用分析和综合、抽象和概括等智力操作对感觉信息进行加工，以存储于记忆中的知识为媒介，反映事物的本质和内部联系，这种反映以概念、判断和推理的形式进行，带有间接和概括的特性。”

物理思维，即物理学中的科学思维。其作用是将物理观察与物理实验所得到的感性认识上升为理性认识，并从已有的理性认识中整合创新获得新的理性认识。培养学生的物理思维能力，是中学物理教学的重要目的之一。

（二）物理思维能力的含义

物理思维能力，是能够顺利进行物理思维并且获得正确思维结论的个性心理特征。就其思维方式来讲，主要有分析、综合、比较、抽象、概括、归纳、演绎等。物理概念、物理推理、物理判断是思维表现的形式；物理知识的单元构建属于思维表现的成果。

学生的物理思维能力属于以上所有思维方式的综合体现。单一的解题能力很稳定、很熟练，并不能代表这个学生物理思维能力很强。由此可见，物理思维能力的培养是涉及学生能否在物理学领域有所收获与发展，能否完善自身知识体系与世界观的重要物理教学任务。人的天性对于思维能力具备启发与影响力，但是后天的教育和训练对思维能力的影响更深、更大。

（三）物理学科的思维特点

在物理教学与学生学习过程中，分析、综合、比较的方法已经潜移默化地渗透到整个物理思维之中。观察、推理、实验、检验、假说、概括、直觉、抽象等都是获取物理概念、进行物理判断与建立物理规律的思维方法。物理学科具备以下七个思维特点。

1.思维建立的基础——模型化

对于较为复杂的物理事物的研究，我们往往采用抓住其基础特征，而舍弃了次要因素让其简化，先形成经过抽象概括的理想化模型，然后再研究这个模型，建立新的概念。这种对事物的思维加工过程就属于模型化。例如，质点的设立，就是把物体看作一个有质量的点，而忽略了物体的形状、体积等因素，在研究天体运动与机械运动的问题中经常会被用到。质点模型能够帮助学生理解并且形成牛顿力学体系，解释了宏观慢速物体运动的规律。建立理想化的物理模型属于一种物理的思维模式，也是一种物理研究的重要方法，教师要在日常教学过程中强化这种建立物理模型的思维，帮助学生逐渐提高利用模型处理物理问题的能力。

2.思维方向的多向性

物理问题的解决，可能有多种方法；而且有些问题并不只有一个结果。解决这类问题所需要的思维过程也要是开放性的。比如，对于平面镜成像的作图，可以用反射定律，也可以直接用平面镜成像的特点来确定像的位置。这种从不同角度、方向、方面去思考问题的方式为发散思维。

3.思维的转换性

在解决物理问题时，我们经常会遇到研究对象之间的转换、物理语言和数学语言之间的转换等。教师可以通过专题训练学生及时转换思维方式和方向的能力，以便更有效地进行分析、综合。跳跃式的思维模式是学生学习物理的难点，也是思维灵活性的体现。思维的转换有利于学生整合自己的知识结构，在科目之间产生相互交叉的点，从而有利于创造思维的出现。

4.思维的横宽纵深性

解决某一问题一般有如下五个步骤：发现问题、认清问题、提出假设、验证假设、得出结论。发现和认清问题是启迪学生思维的出发点，也是拓宽其思维广度的重要环节，有人说发现问题比解决问题更重要。认清问题其实就已经向胜利迈进一半了。而其中的假设与验证是思维过程的中心环节。在解决有多种可能的问题时，结论与假设是有关的，必须加以验证。验证假设是人的认识深化的过程。验证的方法，可以是直接的检查也可以是间接的推理，无论以怎样的方法来验证，都会很好地培养学生思维的横宽纵深性。

5.思维的等效替换性

思维的等效性，即效果相同。等效的方法可以简化复杂的问题，如矢量的合成分解、等效电路等。这种等效处理的方法本身就是一种思维方式。

6.物理语言思维的多样性

物理问题的表达方式也是多种多样的。例如，表述物理规律、概念，可以用文字叙述，也可以用公式表示，还可以借助图像呈示。在解决具体问题的时候，学生对表述方式的选择和优化也能体现其思维的灵活性。学生要在论述物理问题时不断练习，准确地运用恰当方式来表达。

7.学生思维发展的螺旋式上升性

学生学习的任何一门学科，都不是孤立存在的，或多或少地与其他学科有一定联系。在物理学科内，一个物理问题的提出、解决，其后所牵涉到的问题，可能有许多个环节，问题解决所经历的思维过程，往往需要分作几个过程、阶段或几个方面、几步，须经历分析、综合的相互转换、往复循环、逐级上升。这正是学生思维发展逐步深入、逐步全面的特点。

二、物理思维能力研究的理论基础

（一）辩证唯物主义认识论

辩证唯物主义认为，学生的学习过程属于一种较为特殊的实践活动，是在教师的引导下发现问题、分析问题、解决问题的过程。物理源于客观世界中的事实，物理学中包含了存在决定意识、量变到质变、物质是运动的、世界是物质的、运动是有规律的等唯物主义观点。在教学过程中，教师要针对性地渗透这些观点，这有助于培养学生的科学世界观与方法论。

长期以来，理科教学关注科学结论“是什么”的问题，而科学结论形成的条件或者背景，即“为什么”或者“怎么样”的问题就被忽略了。正是在重视物理概念与规律形成的过程中，学生才深刻领悟到物理学的思想，领悟到科学家的思维品质，如果把课堂教学过程中的接受转变为探究，那么就会从根本上改变学生的学习方式从而将能力培养落到实处。

（二）人本主义心理学

以美国学者罗杰斯为代表的心理学学派，在20世纪五六十年代的时候，以西方哲学为基础，从心理学的角度出发，提出了人本主义学习理论。人本主义心理学主要是研究人的欲望与需求、理想与情感、尊严与价值、创造与潜能的。这一理论认为学习属于个人自主发起的，让个人整体投入其中并且产生全方面变化的活动。

人本主义学习理论的另外一个代表马斯洛提出：“教育的本质就是发展潜能，尤其是那种成为一个真正人的潜能。教育要能够满足人发展的基本需求。”人本主义把“自我实现”看作促进人生长与发展的最大内在驱动力，甚至是推动社会发展的动力。

人本主义学习理论在教学形式上较为强调课堂教学和实际生活的相互统一；在教学内容上强调学生的直接经验、外在的科学知识和内在的经验与情感的相互统一，主张发展学生的个性化，充分调动起学生学习的内在动机，激发学生参与物理教学的自主性与积极性；在教学目标上，较为强调学生的个性化和创造性；在学习方式上，主张学生去主动参与，教师要给予学生足够的想象与自由发挥的空间；在教学方法上，主张把学生作为课堂教学的主体对象，放手让学生自我选择、自我发展，并且要求创造和谐融洽的教学师生关系。教师可以利用问题情境的设定、物理实验的设计等环节，充分调动起学生的思维能力，引导学生逐步深入发展下去，并且激发各个学科之间的结合点，慢慢形成学生自己的知识体系，并且使学生能够在不断学习中完善知识体系。

（三）构建主义心理学(www.daowen.com)

构建主义教学观认为：学习不只是知识由教师向学生的传递，而是学生自己构建知识的过程。知识是认知主体自己构建的，教师的实际作用仅仅是促进学生自己构建知识而已。学生的认知结构、能力结构、心理结构有一个形成与发展的过程，这个过程就是自身的建构过程，现有的认知结构决定了建构活动，建构活动反映认知结构。皮亚杰在其著作《发生认识论》中写道：“发生认识论的基本假定是：知识的逻辑性和理性的组织进程（科学史）与相应的心理过程之间的相似性。”很多经验研究表明：学生对科学的认识过程会重复科学发展过程的某些特征。教师通过历史探究引导学生亲历物理概念、理论的生长过程，要求学生去体验物理问题的解决过程，组织学生去探寻物理规律的发现过程，能有效促进学生对知识的主动建构。

建构主义理论是深化教育改革的理论基础，强调学生主体作用的同时也重视教师的指导作用。知识只有结构化、方法化了才会形成能力。物理教师在课堂中应是物理教学的组织者、积极参与者、指导者、评价者及学生主动建构知识的促进者。现代建构观认为，学习活动与学习情境关系密切，积极参与、主动探究、合作交流有利于学生理解知识，形成认知结构。学生在实际情境中利用原有认知结构中的经验去同化或顺应学到的新知识，并重组原有的知识结构。学生可以利用各种工具和信息资源实现学习目标，在此过程中与教师和其他同学的交流也对构建起着重要作用。

教师要使学生受到科学方法的训练，培养学生的观察和实验能力，形象和抽象思维能力，逆向思维能力，发散和创新思维能力，分析问题和解决问题的能力。教学过程是师生进行信息交流的过程，是师生的思维活动过程。没有思维就没有教学。而学生获得知识和技能的目的在于应用，应用知识的关键还是思维。所以使学生逐步掌握科学思维方法，提高思维能力，培养创新精神，是中学物理教学的重要目标。

三、学生物理学习的思维障碍因素分析

（一）中学生的物理思维能力特点

1.学生正处于从形象思维向抽象思维逐步过渡的阶段

形象思维是思维的感性阶段，学生的观察能力有待提高。很多学生喜欢物理实验是因为实验有趣，但在实验过程中注意力不集中，实验都结束了还不知道应该观察什么、为什么观察、怎样观察和记录实验。还有些学生缺乏选择获取信息的能力，给以后的分析、综合造成困难。

2.学生容易片面地思考问题

物理学习和其他学科的学习存在着千丝万缕的联系。其知识深度的设置也是依据学生思维水平的发展规律而来的。比如，学生在日常生活中每天都接触水，知道它是一种无色、无味的液体，通过自然课的学习知道水中有氧气，水养育了很多物种；通过中学物理的学习知道了水有蒸发、凝固等变化；通过中学化学的学习知道了它的原子结构，以及通电后产生氢气和氧气。具有片面思维的学生在遇到一题多解时容易碰到困难，所以学生在扎实基本功的基础上多训练扩展性思维，可以适应复杂多变的情况。

3.初中生思维的依赖性较强，遇到问题时感到不知所措、无从下手

初中生思维的灵活变通性不够，不能举一反三、类比解决问题，探索性思维较差。因此，初中物理思维能力培养的重要目标就是要帮学生拥有独立思维能力。

4.创造性思维能力差

学生设计的实验方法多是验证性的，对实验仪器的使用也比较保守，数学思维能力和物理语言之间的转换还存在差距。

（二）中学生物理思维障碍的外在影响因素

1.教师因素

第一，教师本身对学生思维能力的培养不够重视，一味追求所做题目的数量和分数。诚然，学生通过类型题的大量练习可以机械地解题，但他们只知其然而不知其所以然，久而久之，只要题目稍微改动，就又不会了。有的教师觉得激发和培养学生的思维能力来得太慢，一时难以见到什么显著的效果，就着急地把答案、解题思路一股脑地讲出来，从而剥夺了学生独立思考的机会，对所有的学生来说这是一种思维的扼杀。久而久之，学生了解了教师的方式，就懒得自己想了，“反正教师会给答案”，如此恶性循环下去，后果将不堪设想。

第二，教师教学方法不当造成思维障碍。学生学习物理习惯于从特殊到一般的归纳推理，即从有代表性的感性事物入手，归纳出它的本质特征和共性，得出概念和规律。初中物理的绝大部分概念和规律都是这样得出的。如果不注意这个特点，统一用演绎推理的方法来讲解所有的内容，学生就会感到不好接受。所以教师的教学方法要得当，如此才不会对学生的思维造成不良影响。

2.学科特点

学生生活在丰富多彩的物理世界中，在正式学习物理之前，就已形成了一些概念或者说经验。这些概念和经验的积累大多是自然而然形成的，是缺乏引导的。有些生活经验是正确的，有些则是片面的，有的甚至是错误的，对物理概念的形成、物理规律的正确理解和运用，将起到消极作用，造成一定的学习障碍。学生的经验障碍在学习中主要表现为两点：一是妨碍概念理解的全面性、完整性，造成对概念的片面理解。例如，在学习力和运动的关系这部分知识之前，许多学生都有这种看法：对于静止的物体，用力推动它时，它才会运动；力停止作用时，它就会停下来；推物体的力越大，物体运动得就越快，速度就越大。实际上，这种生活中形成的观念是片面的，结论是错误的。而等学生学完了力和运动的这部分知识之后，才对此有了正确的认识：受力的物体，受的力大，但速度不一定大；反之，速度大，力不一定大。二是阻断知识间的内在联系，造成知识与应用脱节。有一部分学生，因为受原有错误的生活观念和经验的干扰与影响，运用物理概念和规律的思维判断被阻断，不能联系所学的知识，想当然、习惯性地按错误的生活观念进行判断，所以妨碍了物理概念的建立和巩固。而且，原有的错误观念和经验比较顽固、不是一朝一夕就能改正的。比如，学过牛顿第二定律的应用之后，学生已经知道物体间的相互作用力是与加速度即物体的运动状态变化有关系的，提出了超重和失重两个现象，并给出了分析这两个现象的方法。但一遇到稍有变化的超重和失重问题时，有些学生受先前观念支配，仍按原来的想法判断，认为绳对物体的拉力就等于物体的重力，水平面对物体的支持力等于物体的重力等。

（三）中学生物理思维障碍的内在影响因素

1.对相近的物理概念混淆形成的障碍

物理上有许多相近的物理概念，它们既相互联系又相互区别，具有不同的本质属性。例如，质量和重力这两个物理量，质量是物质本身的属性，是与生俱来的，不会随位置、形状、状态而发生变化，重力是物体由于地球的吸引而产生的，把物体从地球拿到月球，质量不会变，但所受的重力会变小。再如，对于“热现象”一章涉及的烟和雾，同学们在描述物理现象时经常用错它们。烟是固体小颗粒，雾则是小液滴。有的学生对某些物理量的物理意义理解不透，区分不清，加上头脑中没有完整的物理情境，容易将物理量之间的关系简单化，要么同时变大，要么同时变小。像这样在学习时不注意区分物理量的本质，就容易产生思维障碍。

2.由概念内涵和外延的模糊而形成的思维障碍

任何一个物理概念都具有内涵和外延的统一性，概念的外延和内涵是紧密联系、互相制约的。我们通常所说的使学生掌握物理概念，一方面指的是要理解物理概念的内涵，另一方面也要求明确其外延。每一个概念的建立都有其涉及的范围和条件，清楚概念的内涵和外延是运用概念解决问题的前提条件。学生在理解或实际运用概念时，有时会不自觉地缩小概念的外延。比如，物体所受摩擦力的方向，应该总是与物体相对运动方向相反。学生分析物体所受摩擦力时，知道物体匀速上坡时摩擦力向下，但认为物体匀速下坡时摩擦力也向下，而忽视了其相对运动的方向。这是由于学生头脑中的物理情境建立得不全面，同时也暴露出学生的思维缺乏周密性。

3.物理公式数学化而形成的思维障碍

数学是学习和研究物理学的重要工具，中学物理教学大纲要求培养学生运用数学工具解决物理问题的能力。在解决问题的过程中，把物理语言正确转变成数学表达式是非常关键的。例如：大海中某冰山露出水面的体积是10m3，求整个冰山的体积。第一句话其实可以转化出两个数学表达式：直接的转化为V=10m3=V冰-V排，句中隐含的意义是既然有露出水面的部分，说明冰山是飘浮的，所以F坪=G冰。很多学生只想到V=10m3，不能顺利写出句中隐含的第二个等式。还有，在教学中我们往往会发现，学生经常撇开公式的物理意义，忘记公式所表达的物理现象之间的因果关系，从而造成了运用公式分析物理问题的思维偏差。例如：电阻公式R=U/I，左端代表一种材料的物理性质，而右边仅代表一种测定方法，并不存在R正比于U或反比于I的问题。

4.思维定式带来的思维障碍

思维定式是指已有的生活经验、实验情境、解题思路、学习过程使人对刺激情境以某种习惯的方式进行反应。学生的这种能力有积极帮助解题的作用，说明学生不仅掌握了知识，而且也形成了一定的思维推理能力；但思维定式也会影响思维的开拓，甚至导致出现原则性错误。比如，物理中常用的正负号，既可用来表示矢量的方向，也可用来表示标量的正负，还可用来表示物体的性质。学生有时把正负号片面理解为表示方向，却忘记它们有时表示性质、有时表示大小的可能性（如温度的高低、电荷的性质等）。

5.忽视隐含条件而形成的思维障碍

学生运用物理知识解决实际问题时，对于题目明确给出的条件，能较好地把握；但有的条件是隐含在字里行间或隐含在题目描述的物理过程当中的，不易被发现。例如，“一艘轮船停在海面”，隐含了船是漂浮状态，受力平衡。又如，“用力推一木箱而没推动”，隐含了物体处于平衡状态，这时摩擦力与推力的大小相等。有的学生在处理这类问题时找不到题目中关键字句所隐含的信息，从而不能解答，做出错误的结论，形成思维障碍。因而在物理教学中，我们应切实帮助学生学会认真审题，读懂字句背后的意思，挖掘题目中的隐含条件，及时排除学生思维上的障碍。