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1《物理思维论》复习提要《物理思维论》是思维学、物理学、教育学、心理学、教学论等学科相互交叉而形成的一门新兴学科。属于学科现代教育理论体系的范畴，与之相关物理方面的内容还有《物理教学论》、《物理课程论》等。《物理思维论》主要阐述物理思维的概念、特征、品质、过程、形式和方法，并在此基础上对一些物理模型的建立、物理概念的教学、物理规律的发现及物理问题的解决进行思维分析、研究。通过学习，掌握物理思维的规律及特点，并建立鲜明的物理思维图象，树立辨证唯物主义观点，提高分析问题、解决问题的能力第一章物理思维及其品质一、物理思维的基本特征（一）精确性与近似性的统一1、物理学是一门定量的精密学科，它以基本概念为基石，以基本原理为核心，以基本方法为纽带，构成了物理学的学科结构。其精确性体现在：（1）物理思维的材料------物理概念及表象具有精确性；（2）物理量之间的关系----物理规律具有精确性；（3）物理概念和物理规律获得的思维过程具有精确性；（4）物理理论应用的思维过程也具有精确性。2、物理思维具有精确性，但并非像数学一样完整精确，它还具有近似性。具体体现在：（1）为了研究的方便，常常舍弃个别的、非本质的因素，突出主要的、本质的因素，将实际客体抽象为理想模型。如，质点、空气阻力等；（2）物理学是一门实验科学，在观察、实验过程中，限于仪器的精密程度、操作技术的熟练程度、读取数据的准确程度和实验理论的完美程度，不可避免地要产生误差，使得物理思维材料具有一定的局限性和近似性；（3）物理思维的结果------物理规律是一定的理想化客体在一定的理想过程中所遵循的规律，它总是在一定的条件下，在一定的精度范围内足够真实但又近似地反映客观物理事物。如，牛顿定律仅适用于宏观低速下的质点。总之，物理思维既有精确性，又具有近似性，是精确性与近似性的辩正统一。在进行物理思维时，要根据要求及问题的性质处理好精确与近似的矛盾。（二）抽象性与形象性的统一1、表现在物理思维的材料和结果上：物理思维的材料有感性材料和理性材料两种。一是感性材料主要是在观察、实验基础上对外部物理对象的感觉和知觉，具有形象性；二是理性材料中的物理概念、判断、推理、规律等，它们隐藏着物理现象的背后，不能靠感官直接把握，故具有抽象性；2、表现在物理思维的方法上物理学有许多思维方法，都是抽象性和形象性的统一。如：理想化的方法、观察与实验的方法以及类比的方法。二、物理思维的品质（一）物理思维的深刻性（抽象逻辑性）思维的深刻性也叫抽象逻辑性，反映思维的抽象程度和逻辑水平，以及思维活动的广度、深度和难度。表现如下：1、善于深入地、逻辑清晰地思考物理问题；2、善于把握物理事物本质和规律，而不被表面的现象所迷惑；3、善于开展系统的、全面的物理思维活动；4、善于从整体上用联系的观点认识物理事物，掌握物理知识，严密地推理论证。（二）物理思维的灵活性物理思维的灵活性是指物理思维活动的灵活程度。体现如下：1、能根据客观情况的变化而变化，从不同的角度，不同的方面去思考问题；2、善于应用不同的知识，用不同的方法正确地解决问题；3、善于组合分析物理问题，伸缩性大；4、思维的结果具有多样性、灵活性和合理性。（三）物理思维的批判性物理思维的批判性是指在物理思维活动中对事物的性质、价值、精确性和真实性等方面不盲从、不轻信，能做出个人判断的思维品质。表现在：1、善于独立思考，不受暗示干扰；2、善于发现问题，提出质疑，进行争论，不断分析解决问2题的所依据的条件，所复检查已拟定的假设、计划和方案；3、善于客观地考虑正反两方面的论据；4、善于明辨是非曲直，不人云亦云，盲从附和。（四）物理思维的独创性1、思维的独创性就是思维的创造性。独创性品质有三个特点：（1）独特性，即有自己独特的思维方式；（2）新颖性，即善于采用新的思维方法进行思维，是独创性的重要标志；（3）发散性，即善于在广阔的领域内思考问题。2、物理思维的独创性是在思维深刻性的基础上引伸出来的一个思维品质，主要表现为：（1）善于提出新的物理问题；（2）不依赖现成的解决问题的方法及别人的思想和暗示；（3）善于采用新的思路和方法解决问题；（4）善于对物理事实和规律提出新的解释和理解，允许不寻常的思维自由驰骋。（五）物理思维的敏捷性思维的敏捷性是指思维过程的速度或迅速程度。有了思维的敏捷性，在处理问题和解决问题的过程中，能够适应紧急情况来积极思维，周密地考虑，正确地判断和迅速地做出结论。物理学习中思维的敏捷性，是指：（1）在学习物理知识时，快速、准确地抓住所学习的内容，在头脑中予以内化；（2）在运用物理知识解决问题时，迅速、准确地将物理信息输入头脑中，利用原有的认知结构，找出问题的关键所在，并迅速、适当地提取物理知识和方法，正确解决问题。三、物理思维五个主要品质之间的关系物理思维品质的深刻性、灵活性、批判性、独创性和敏捷性，是完整的思维品质的组成因素，它们之间是相互联系，密不可分的。（一）思维的深刻性是一切思维品质的基础；（二）思维的灵活性和独创性具有交叉关系，灵活性具有广度和具有顺应性，独创性则更具有深度和新颖性，从而获得创造力；（三）思维的批判性是在深刻性的基础上发展起来的品质，只有深刻的认识，周密的思考，才能全面而准确地判断。同时，只有不断地自我评判，调节思维过程，才能使主体更深刻地揭示物理事物的本质和规律；（四）思维的敏捷性是以其他四个品质为前提的，同时又是其他四个品质的具体表现。四、物理思维品质的培养和形成（一）突破局限，培养思维广阔性；（二）揭示本质，培养思维深刻性；（三）鼓励独创，培养思维独立性；（四）质疑究难，培养思维批判性；（五）理清思路，培养思维逻辑性；（六）加强训练，培养思维敏捷性。第二章物理思维的一般过程一、物理思维一般遵循的程序（提出问题、搜寻事实、捕获信息、立论解释）二、提出物理问题的基本思维方法（一）分析物理事物之间的联系与关系即提出物理问题的基本思维方法，也是建立物理理论和假说的基本的出发点。物理理论和假说的最基本的、最直接的目的就是反映在一定范围和条件下物理事物之间的联系和关系。例如，法拉第在研究电磁现象的过程中，从电与磁的对称性出发，提出既然电流能产生磁场，那么，磁场能否产生电流呢？最后得到法拉第电磁感应定律。（二）分析实验事实与已有理论的矛盾由于某种新的事实或现象，使用原有的理论解释不了而引发出的问题；例如，黑体辐射、光电效应等实验事实与经典物理矛盾，使经典物理面临难题和危机，导致了量子力学的产生。（三）分析物理理论内部的逻辑困难揭示物理理论内部的逻辑困难，从而向该理论提出疑难，这是提出物理问题的又上途径；例如，伽利略揭露亚里士多德动力学原理的悖论。3依照亚里士多德的动力学理论，物体运动的速度与物体受力的大小成正比，所以物体下落的速度与物体所受的重力的大小成正比：[伽利略有名的逻辑论证]从亚里士多德动力学的前提出发，把它引向了悖论。伽利略指出，如果有一个重物M和一个轻物m同时下落，按亚里士多德的理论，M下落的速度V应大于m下落的速度v；如果将M和m捆在一起，按亚里士多德的理论，就应得出两个矛盾的结论。第一，M+m＞M，所以，M+m下落的速度V′应大于V。第二，由于M以较大的速度V下落，m以较小的速度v下落，后者对前者的下落将起一种抵消的作用，因此，v＜V′＜V，从而驳倒了亚里士多德的动力学理论。由此，人们提出问题：物体下落的速度究竟与哪些因素有关呢？（四）比较多种假设之间的差别在物理学中，对于同一现象范围内的许多事实，常常可以提出多种假设或建立几种理论，往往存在多种学派。它们在一定范围内或在某些方面可以解释一此物理现象，但在另一方面又存在某些困难。通过比较这些假说差别和对立，可以对问题给出一个更为合理的答案，进而提出新的问题；例如，在光学史上，仅就几何光学的现象范围来说，波动学说和微粒学说都能很好进行解释，而且在这个现象范围内，两种对立假说的预言都能被证实。这两种学说究竟哪个正确呢？这就给人们提出了进一步探索的问题。（五）追求物理理论的美科学真理和其他一切真理一样，归根到底，检验它的唯一标准是实践。但是，在评价一种理论的时候，还需依靠逻辑准则、经验准则和美学准则。物理学理论应当具有对称、和谐、简洁、多样统一等形式美，对美的追求是提出物理问题的又一种思维方法；爱因斯坦认为：“把人们引向科学的强烈愿望是人们总想以最合适的方式来画出一幅简化的和易领悟的世界图像”，“渴望看到这种先定的和谐，是无穷的毅力和耐心的源泉”，“十分有力地吸住我的特殊目标，是物理学领域中的逻辑的统一性。”爱因斯坦出于对简单、统一的追求，提出将万有引力、电磁力等统一起来的设想，并就此献出了后半生的精力。（六）分析物理学与其他科学之间的矛盾不仅物理学自身体系中的矛盾可以导致物理问题的提出，而且通过分析物理学与其他学科之间的矛盾也可以产生新的物理问题；例如，热力学与生物进化论均是19世纪自然科学的重大成就。它们在各自的范围内可以解释一类现象，解决一类问题，并且形成了较完整的理论体系。热力学第二定律指出：在孤立系统中，熵将不断增加，直至极大。而熵是无序系统程度的量度，熵越大，系统的无序程度越高，熵增意味着无序化和组织程度的解体，熵减意味着有序化和组织程度的提高。对于一个生物系统来讲，根据生物进化论，总是处于不断进化中总是由低级向高级发展的，即生物系统的熵总是由大到小的。这就与热力学第二定律发生了矛盾，这个矛盾如何解决，热力学第二定律和生物进化论如何有机地结合起来，这就给物理学工作者提出了一个尖锐的问题。经过科学们的长期努力，终于由比利时科学家普利高津通过对远离平衡态的统计力学研究，提出了耗散结构理论，从而解决了这个问题。（七）寻找物理事物的本质属性和规律在日常生活和研究物理的过程中，我们可以观察到很多物理现象和物理过程，寻找这些物理现象和物理过程的本质和规律，是提出物理问题常用的一种思维方法；例如，当我们乘坐在火车上，注视着车窗外的远景和近景时，发现看到远处村庄是向前运动，而近处的树木则是向后运动，这是为什么呢？为什么洗过的衣服在太阳下比在阴暗处干得快？在有风时比无风时干得快？为什么凸透镜可以聚焦太阳光？为什么两根平行的、通有同向电流的直导线相互吸引？通过对以上这些问题的解决，常常可以得出物理概念或物理规律。（八）满足社会和技术的要求物理学的发展推动着社会和技术的发展，反过来，社会的技术的发展也推动着物理学的发展，它给物理学提供的物质基础，同时也为物理学研究提供了新的课题和新的要求；故满足社会和技术的要求也是提出物理问题的一种思维方法。例一，在无线电研究中，为了提高选择性和灵敏度，就要选用较大的天线，但天线增大就会在实用上带来不便，特别是在军事不便隐蔽和转移。于是，人们就提出：能否使无线电天线既缩小体4积又保持良好的性能呢？例二，蒸气机早在18世纪初就已发明，但它效率很低，无法使用。如何提高热机的效率？能不能制造出效率达100﹪的热机？这是当时工程师和物理学家共同关心的问题，这个问题的解决导致了热力学第二定律的建立。人们还提出能不能制造出一种不消耗能量而能对外做功的机器，从而导致了热力学第一定律的建立。第三章物理思维的基本形式一、物理抽象思维（凡是以物理概念为思维材料，以物理判断和物理推理的形式来反映客观物理事物的运动规律，达到对物理事物的本质特征和内在联系的认识过程叫做物理抽象思维）（一）物理抽象思维特点1、抽象性和概括性物理抽象思维是在观察、实验的基础上，通过物理概念、判断和推理的形式对已获得的物理事实进行加工处理而形成的对物理对象、现象和过程的本质和规律的认识，从而抽出本质属性或特征的过程。所谓概括，就是在抽象的基础上，把所有反映物理事物本质的属性结合为一个整体，并形成一般认识，进而把这种一般的认识推广到同类事物，把握同类事物的共同性和一般性。抽象性与概括性的统一，是物理抽象思维的一个重要特点，只有通过抽象和概括，才能形成物理概念；才能简化物理对象，形成理想化的过程；才能在实验和理论分析的基础上得出定量的物理规律。2、逻辑性和系统性逻辑性------由于物理思维是以