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【摘要】强烈的创新意识仅仅是创新素质的起点,创造思维才是创新素质的“内核”。物理教学恰恰应该而且完全能够在培养人才的创新素质方面发挥它应有的作用:培养学生的创新意识、创造思维、创新能力。本文就物理课堂教学中思维能力的渐进培养谈几点粗浅的体会。
【关键词】思维能力 教育 培养 创新素质
一、思维的认知机制
何谓思维?一般认为,思维是直接领悟的思维,是人脑对于突然出现在面前的新事物、新现象、新问题及其关系的一种迅速识别、敏锐而深入的洞察、直接的本质理解和综合的整体判断。对于思维的认知机制,国内外心理学家和教育学家有着不同的理解。其中,一种“知识组块说”的观点引起了我们的深入思考。
我们认为,“知识组块说”把思维看作是“一种逻辑性推理”的观点是值得商榷的。因为这种观点既与科学家的科研过程有较大出入,又与大多数科学家的观点相左。包括杨振宁在内的许多著名科学家,在总结自己的研究体会后都确认,思维在本质E是非逻辑的。费米发现慢中子作用的过程便是—个生动的例证。
1932年,费米和他的学生在做中子实验时,观察到一个非常奇特的现象:他们用一个屏蔽物希望把中子流挡住,然而他们发现,屏蔽物放的越多,后面的中子好像越多。费米后来回忆说,当时是一个他不知道的道理,促使他作了一个完全是下意识的决定。他对大家说:“我们不要用重的物质做屏蔽,而用一个非常轻的物质试一试。”结果发现,后面的中子效应大大增加了。这是因为一个轻的东西放上去以后,中子的速度更慢了,反应截面变得非常之大。对于这一现象,费米思考了一个晚上之后,就完全弄懂了。
布鲁纳认为,儿童的认知发展不是刺激与反应结合的渐次复杂化的量的连续过程,而是由结构上迥异的三个阶段组成的阶段性的质的过程。这三个阶段是:行为把握,图像把握,符号把握。其中,行为把握是从动作中认知的阶段,图像把握是把事物当做视觉的或听觉的想象进行掌握。图像把握以视觉图像为主,以听觉图像为辅。图像把握比行为把握的认知机制更复杂。在行为把握中,一个刺激只产生一个反应(认知),而在图像把握中,对一个刺激可以同时作出两个以上的反应;符号把握是依靠语言符号表现的认知。在符号把握中,物体所具有的诸要素已分别语言化了,可以依据语言所具有的作用认识事物诸要素间的关系,所以能够达到逻辑把握。依据智力发展过程理论,布鲁纳建构了关于思维的认知解释。
首先,思维多数采取图像的认知方式。一般来说,思维相当于图像把握。在图像把握中,可以同时浮现事物的所有因素,所以是同时把握的。如果说,行为把握受“时间顺序”的束缚,同一时刻只能把握一个因素,符号把握受“逻辑顺序”的束缚,只能以规定好的步骤前进,那么,图像把握既不受“时间顺序”的束缚,也不受“逻辑顺序”的束缚,可以一览无余地把握构成事物的各种要素。
其次,思维的过程是非语言的认知过程。由于思维大多是图像把握或图像之前的情绪性的感知,而图像通常具有非语言的性质,是难于言传的。正是因为这个特点,在思维中,用语言表述其思维结果并不太困难,而用语言表述其思维的过程就极其困难。思维是一闪念的思维,飞跃的思维。它是一种深层知觉的过程,是缺乏语言媒介的直接过程。所以,直觉思维是无算法的过程。思维与算法之间存在着紧密的相关关系,思维原则上是无算法的过程。
布鲁纳思维理论的关键在于,他提出了图像把握既不受“时间顺序”的束缚,也不受“逻辑顺序”的束缚,可以一览无余地把握构成事物的各种要素的观点。而这一观点与杨振宁关于思维的论述十分吻合。杨振宁认为:“从每一个方向来看,规律是逻辑性的。可是科学的创造不只是从每一个方向去发现与了解那个方向的规律,更重要的是,要通过想象、通过直觉(灵感),一下子同时了解每一个方向的规律。这种更高一层的了解就不只是思考所能达到的了。
按照布鲁纳的见解,思维是在所研究的客观事物细节尚未分明的情形下对整个事物的内隐的感知,它具有跨越时间和空间而直达事物本质的性质,爱因斯坦提出狭义相对论的过程生动地说明了这一点。
1895年,当爱因斯坦还是一个16岁的中学生时,他就提出了一个朴素的理想实验一“追光实验”。当一个人以光速运动时,他应该看到被“冻结”的光的波峰和波谷的图像。然而,这个结果却不是麦克斯韦理论应有的解。当时大多数物理学家认为牛顿力学是正确的,应该对麦克斯韦理论进行修改。爱因斯坦以他自己的直觉认为,为了保持物理学定律在逻辑上的一致性和麦克斯韦电磁理论的有效性,必须对以牛顿力学为基础的相对论原理做出修改。经过十年的努力,爱因斯坦终于在崭新的时空观上建立了狭义相对论。
二、思维的教育功能
物理学研究中的思维品质则是人们在研究和学习物理过程中逐渐形成和发展起来的个体思维特征,主要包括思维的深刻性、思维的灵活性、思维的批判性、思维的独创性和思维的敏捷性。这样,物理教育中思维的教育功能就有如下几个方面。
(一)有助于学生思维深刻性的培养
思维的深刻性反映了思维活动的深度、广度和难度。它表现为善于深入地思考物理问题,把握物理事物的本质和规律;善于开展系统的、全面的物理思维活动;善于从整体上认识物理事物,掌握物理知识。思维的深刻性是思维品质的基础,其发展水平的高低必然会影响到其他思维品质的发展。而思维则在一定程度上反映了思维深刻性的本质。人们借助于思维的高级表现形式——科学洞察力,往往能透过事物的现象而直达事物的本质。
(二)有助于学生思维灵活性的培养
思维的灵活性是指思维活动的灵活程度,能够根据客观情况的变化而变化,能够从不同角度、不同方面去思考问题。思维是以整个知识为背景的直接而迅速的认识,它的跳跃性、猜测性的特点,使其可以不经过详尽的逻辑推理,不经过分析的演绎步骤而提出一个假设或法则等去试图解决问题,当问题不能解决时,又可以提出新的假设,从而表现出它的灵活性。
(三)有助于学生思维批判性的培养
思维的批判性是指在进行思维时,善于发现问题,提出质疑,不人云亦云,不盲从附和。因此,即使是学生理解科学知识的内容,同样也离不开思维的批判性。比如,现行教材中的许多物理量是通过比值法来定义的,如R=U/I,学生凭直觉提出质疑——为什么要用两个物理量相比来定义一个新的物理量?这就是思维的批判性。进一步,教师可以告诉学生:比较的关键是选取相同的标准。因为只有选取相同的标准,才能使比较的结果有意义。所以,比值定义法采用两个物理量相比,就是在比较时选取相同标准。不讲清楚这一点,学生就不可能明白比值定义法的意义。
三、培养学生思维能力的实施建议
(一)活化概念,培养抽象思维能力。
物理学中有许多概念比较抽象,学生难以理解,只有死记, 无法进入创造思维情境。教学时,设置有趣的小实验和诱导性问题,如果将抽象的概念活化,使学生能形象直观地“顿悟”概念的内涵,把抽象的问题具体化。如,人们时刻跟大气打交道,从来未感觉到大气压强。在讲大气压强前增加一个小实验:将小试管插入盛满水的大试管中,竖直倒悬于空中。当学生看到小试管不断进入大试管时,会惊讶地发出疑问:“为什么小试管不掉下来?”为鼓励学生猜想,教师提出:“是不是水把小试管吸进去了?”“是不是有一种什么力把小试管推进去了?”当学生发现是空气压力“作怪”时,一种成功的喜悦顿时由心底溢于言表。但学生还会怀疑水的粘性,为此,演示在杯里水中加两个彩色玻璃珠并在杯底钻一小孔,用手指堵住小孔演示覆杯实验,让学生看见水和珠子不会掉下来,当手指移开小孔,水和水珠立即掉下来,这就排除了水的粘性起作用,大气压的概念自然而然地在学生头脑中形成、扎根。
(二)穿插置疑,训练发散思维能力。
发散思维和收敛思维的训练是培养创造性思维的有效途径。为培养学生的发散思维,在讲物理概念、规律之前,穿插置疑,促使学生广泛地搜寻自己的记忆贮存,尽可能提起更多的信息项目来寻求答案。如,用实验方法研究电流、电压、电阻之间的关系时,首先提出:要研究三个物理量之间的变化,怎么办?可否设想使其中的一个量保持不变,研究其余两个量间的变化关系;将三个量之间的变化转化成二个量之间的变化,再使另外一个量保持不变,研究剩下的两个量间的变化关系。然后通过实验结果归纳得出三个量之间的变化关系。最后介绍德国物理学家用实验的方法得出结论相比较完全一样,学生为自己做的实验感到成功喜悦,更为自己学到了物理学家做实验喝彩。
(三)颠倒时空,发展逆向思维能力。
逆向思维就是倒过来想问题,也就是把思维顺序逆转过来,颠倒时间和空间顺序,把始态与终态、条件与目标、原因与结果沿着相反思路思考问题。物理学中有很多问题,运用逆向思维,从问题的反面思考而得出结果。这也是研究物理过程和结论的科学思维方法。如,如何判断静摩擦力的方向?学生感到无从着手,对物体相对运动趋势难以“捉摸”。若引导学生进行逆向思维:如果接触面是光滑的,物体会向什么方向运动?这个运动方向与相对运动趋势方向关系如何?从而得到这个物体相对运动方向就是物体在光滑接触面上运动的方向。又如,电流能产生磁场,磁场能不能产生电流?若能,应具备什么条件?在这些问题的研究过程中,学生的逆向思维、猜想能力得到培养,有效地提高创造思维能力。
参考文献
[1]田世昆,胡卫平,物理思维论[M]
[2]高策,走在时代前面的科学家——杨振宁[Z]
[3]教育部,全日制普通高级中学物理教学大纲[S]
【关键词】思维能力 教育 培养 创新素质
一、思维的认知机制
何谓思维?一般认为,思维是直接领悟的思维,是人脑对于突然出现在面前的新事物、新现象、新问题及其关系的一种迅速识别、敏锐而深入的洞察、直接的本质理解和综合的整体判断。对于思维的认知机制,国内外心理学家和教育学家有着不同的理解。其中,一种“知识组块说”的观点引起了我们的深入思考。
我们认为,“知识组块说”把思维看作是“一种逻辑性推理”的观点是值得商榷的。因为这种观点既与科学家的科研过程有较大出入,又与大多数科学家的观点相左。包括杨振宁在内的许多著名科学家,在总结自己的研究体会后都确认,思维在本质E是非逻辑的。费米发现慢中子作用的过程便是—个生动的例证。
1932年,费米和他的学生在做中子实验时,观察到一个非常奇特的现象:他们用一个屏蔽物希望把中子流挡住,然而他们发现,屏蔽物放的越多,后面的中子好像越多。费米后来回忆说,当时是一个他不知道的道理,促使他作了一个完全是下意识的决定。他对大家说:“我们不要用重的物质做屏蔽,而用一个非常轻的物质试一试。”结果发现,后面的中子效应大大增加了。这是因为一个轻的东西放上去以后,中子的速度更慢了,反应截面变得非常之大。对于这一现象,费米思考了一个晚上之后,就完全弄懂了。
布鲁纳认为,儿童的认知发展不是刺激与反应结合的渐次复杂化的量的连续过程,而是由结构上迥异的三个阶段组成的阶段性的质的过程。这三个阶段是:行为把握,图像把握,符号把握。其中,行为把握是从动作中认知的阶段,图像把握是把事物当做视觉的或听觉的想象进行掌握。图像把握以视觉图像为主,以听觉图像为辅。图像把握比行为把握的认知机制更复杂。在行为把握中,一个刺激只产生一个反应(认知),而在图像把握中,对一个刺激可以同时作出两个以上的反应;符号把握是依靠语言符号表现的认知。在符号把握中,物体所具有的诸要素已分别语言化了,可以依据语言所具有的作用认识事物诸要素间的关系,所以能够达到逻辑把握。依据智力发展过程理论,布鲁纳建构了关于思维的认知解释。
首先,思维多数采取图像的认知方式。一般来说,思维相当于图像把握。在图像把握中,可以同时浮现事物的所有因素,所以是同时把握的。如果说,行为把握受“时间顺序”的束缚,同一时刻只能把握一个因素,符号把握受“逻辑顺序”的束缚,只能以规定好的步骤前进,那么,图像把握既不受“时间顺序”的束缚,也不受“逻辑顺序”的束缚,可以一览无余地把握构成事物的各种要素。
其次,思维的过程是非语言的认知过程。由于思维大多是图像把握或图像之前的情绪性的感知,而图像通常具有非语言的性质,是难于言传的。正是因为这个特点,在思维中,用语言表述其思维结果并不太困难,而用语言表述其思维的过程就极其困难。思维是一闪念的思维,飞跃的思维。它是一种深层知觉的过程,是缺乏语言媒介的直接过程。所以,直觉思维是无算法的过程。思维与算法之间存在着紧密的相关关系,思维原则上是无算法的过程。
布鲁纳思维理论的关键在于,他提出了图像把握既不受“时间顺序”的束缚,也不受“逻辑顺序”的束缚,可以一览无余地把握构成事物的各种要素的观点。而这一观点与杨振宁关于思维的论述十分吻合。杨振宁认为:“从每一个方向来看,规律是逻辑性的。可是科学的创造不只是从每一个方向去发现与了解那个方向的规律,更重要的是,要通过想象、通过直觉(灵感),一下子同时了解每一个方向的规律。这种更高一层的了解就不只是思考所能达到的了。
按照布鲁纳的见解,思维是在所研究的客观事物细节尚未分明的情形下对整个事物的内隐的感知,它具有跨越时间和空间而直达事物本质的性质,爱因斯坦提出狭义相对论的过程生动地说明了这一点。
1895年,当爱因斯坦还是一个16岁的中学生时,他就提出了一个朴素的理想实验一“追光实验”。当一个人以光速运动时,他应该看到被“冻结”的光的波峰和波谷的图像。然而,这个结果却不是麦克斯韦理论应有的解。当时大多数物理学家认为牛顿力学是正确的,应该对麦克斯韦理论进行修改。爱因斯坦以他自己的直觉认为,为了保持物理学定律在逻辑上的一致性和麦克斯韦电磁理论的有效性,必须对以牛顿力学为基础的相对论原理做出修改。经过十年的努力,爱因斯坦终于在崭新的时空观上建立了狭义相对论。
二、思维的教育功能
物理学研究中的思维品质则是人们在研究和学习物理过程中逐渐形成和发展起来的个体思维特征,主要包括思维的深刻性、思维的灵活性、思维的批判性、思维的独创性和思维的敏捷性。这样,物理教育中思维的教育功能就有如下几个方面。
(一)有助于学生思维深刻性的培养
思维的深刻性反映了思维活动的深度、广度和难度。它表现为善于深入地思考物理问题,把握物理事物的本质和规律;善于开展系统的、全面的物理思维活动;善于从整体上认识物理事物,掌握物理知识。思维的深刻性是思维品质的基础,其发展水平的高低必然会影响到其他思维品质的发展。而思维则在一定程度上反映了思维深刻性的本质。人们借助于思维的高级表现形式——科学洞察力,往往能透过事物的现象而直达事物的本质。
(二)有助于学生思维灵活性的培养
思维的灵活性是指思维活动的灵活程度,能够根据客观情况的变化而变化,能够从不同角度、不同方面去思考问题。思维是以整个知识为背景的直接而迅速的认识,它的跳跃性、猜测性的特点,使其可以不经过详尽的逻辑推理,不经过分析的演绎步骤而提出一个假设或法则等去试图解决问题,当问题不能解决时,又可以提出新的假设,从而表现出它的灵活性。
(三)有助于学生思维批判性的培养
思维的批判性是指在进行思维时,善于发现问题,提出质疑,不人云亦云,不盲从附和。因此,即使是学生理解科学知识的内容,同样也离不开思维的批判性。比如,现行教材中的许多物理量是通过比值法来定义的,如R=U/I,学生凭直觉提出质疑——为什么要用两个物理量相比来定义一个新的物理量?这就是思维的批判性。进一步,教师可以告诉学生:比较的关键是选取相同的标准。因为只有选取相同的标准,才能使比较的结果有意义。所以,比值定义法采用两个物理量相比,就是在比较时选取相同标准。不讲清楚这一点,学生就不可能明白比值定义法的意义。
三、培养学生思维能力的实施建议
(一)活化概念,培养抽象思维能力。
物理学中有许多概念比较抽象,学生难以理解,只有死记, 无法进入创造思维情境。教学时,设置有趣的小实验和诱导性问题,如果将抽象的概念活化,使学生能形象直观地“顿悟”概念的内涵,把抽象的问题具体化。如,人们时刻跟大气打交道,从来未感觉到大气压强。在讲大气压强前增加一个小实验:将小试管插入盛满水的大试管中,竖直倒悬于空中。当学生看到小试管不断进入大试管时,会惊讶地发出疑问:“为什么小试管不掉下来?”为鼓励学生猜想,教师提出:“是不是水把小试管吸进去了?”“是不是有一种什么力把小试管推进去了?”当学生发现是空气压力“作怪”时,一种成功的喜悦顿时由心底溢于言表。但学生还会怀疑水的粘性,为此,演示在杯里水中加两个彩色玻璃珠并在杯底钻一小孔,用手指堵住小孔演示覆杯实验,让学生看见水和珠子不会掉下来,当手指移开小孔,水和水珠立即掉下来,这就排除了水的粘性起作用,大气压的概念自然而然地在学生头脑中形成、扎根。
(二)穿插置疑,训练发散思维能力。
发散思维和收敛思维的训练是培养创造性思维的有效途径。为培养学生的发散思维,在讲物理概念、规律之前,穿插置疑,促使学生广泛地搜寻自己的记忆贮存,尽可能提起更多的信息项目来寻求答案。如,用实验方法研究电流、电压、电阻之间的关系时,首先提出:要研究三个物理量之间的变化,怎么办?可否设想使其中的一个量保持不变,研究其余两个量间的变化关系;将三个量之间的变化转化成二个量之间的变化,再使另外一个量保持不变,研究剩下的两个量间的变化关系。然后通过实验结果归纳得出三个量之间的变化关系。最后介绍德国物理学家用实验的方法得出结论相比较完全一样,学生为自己做的实验感到成功喜悦,更为自己学到了物理学家做实验喝彩。
(三)颠倒时空,发展逆向思维能力。
逆向思维就是倒过来想问题,也就是把思维顺序逆转过来,颠倒时间和空间顺序,把始态与终态、条件与目标、原因与结果沿着相反思路思考问题。物理学中有很多问题,运用逆向思维,从问题的反面思考而得出结果。这也是研究物理过程和结论的科学思维方法。如,如何判断静摩擦力的方向?学生感到无从着手,对物体相对运动趋势难以“捉摸”。若引导学生进行逆向思维:如果接触面是光滑的,物体会向什么方向运动?这个运动方向与相对运动趋势方向关系如何?从而得到这个物体相对运动方向就是物体在光滑接触面上运动的方向。又如,电流能产生磁场,磁场能不能产生电流?若能,应具备什么条件?在这些问题的研究过程中,学生的逆向思维、猜想能力得到培养,有效地提高创造思维能力。
参考文献
[1]田世昆,胡卫平,物理思维论[M]
[2]高策,走在时代前面的科学家——杨振宁[Z]
[3]教育部,全日制普通高级中学物理教学大纲[S]