一、思维方式的形成

作为教师，首先要考虑的是什么，那就是你所教学科的主要精神和特点。如语文的表达、数学的思维逻辑性，外语的沟通、历史的借鉴。因而文史哲重于传承人文精神，而数理化生则要求掌握自然科学知识。作为物理学科，应该是思维方式的形成和突破。

物理教学的核心就是让学生获得清晰的物理概念，也就是如何形成正确的物理概念和思维方式。在人类认识自然的漫长历程中，经历了前所未有的曲折和艰辛，经历了洪水猛兽各种自然灾难的考验，同时也经历了各种理念的交锋及东西方文明的碰撞，早期的物理学主要表现在人类如何认识自然，并与哲学有着千丝万缕的联系。因此物理学又被称之为自然哲学。当我们回首重新审视几千年来的东西方哲学史，不难发现，不论是柏拉图还是康德的先验论，不论是亚里士多德还是牛顿的第一推动力，也不论是老子和黑格尔的辩证法，他们的观点即使是如此悬殊，所得出的结论千差万别、大相径庭，但他们都有一个共同的特点：用心去拥抱世界，用智慧去解释自然。我们物理教学任务就是要我们学会用心去感悟自然，感悟物质世界，感悟哲人们的人格魅力，去掌握物质世界的运行规律，即所谓的“悟道”。

我们知道在佛教中有顿悟和渐悟之说。牛顿从树上落下的苹果悟出了地球的引力，从而为后来认识万有引力埋下了伏笔；爱因斯坦闭门谢客一周而发现了相对论。前者可以认为是一种“顿悟”而后者可以认为是一种“渐悟”。在牛顿第一定律验证的教材中，物体在粗糙表面上运动到认识多次改变物体表面材料也就是改变表面光滑程度，物体可沿直线运动越来越远，并且一直运动下去，这是一种“渐悟”的过程。由此明白一切物体在不受力作用时，可保持匀速直线运动或静止状态，这是一种“顿悟”。当然任何一种“悟”都是生活知识的积累，所以归根到底还是一种渐悟。

作为物理教学与物理学除了认识物质世界运行的规律外，还有对认知方式的认识。

二十世纪后半叶，世界各国的教育改革十分活跃，许多国家不仅从课程设置而且还从教材、教法对中小学的科学教育进行一系列有意义的积极的试验和探索。上海作为发达地区，依次推出了一期课改和二期课改。教育理念也从行为主义强调感官刺激到认知主义的接受效应，再到建构主义、重现亲身体验方向转变。因此及时调整教育理念是每一个教育工作者必然的选择。为了便于叙述和突出在物理教学方面的探索，现将现代教育观的主要特征简略归纳为：

强调知识内容向如何获取知识的科学转变，从强调单纯的知识积累向探求知识转变，换而言之，以往是教学注重教些什么、教多少，而现在是注重怎样教、如何学；教学观重视非智力因素在教学中的作用和影响；从教科书中心转向多种教学媒体和多种教学手段相结合，以及授课方式向灵活性方向转变；强调不同学科不同领域知识内联外延相互渗透和联系。如何促进思维方式和物理概念的形成，本文从“品、议、趣、动、理”五个方面做如下探讨。

1．传授知识提高一个“品”字

物理教学应该提高它的品味，丰富学生的情趣和修养。目前的物理教学就像一个匆匆赶路的人，对着教材急急忙忙赶进度，对着试卷，反复练习。单一的教学模式失去了物理教学的魅力，使学生感到枯燥无味。怎样改变这种单一的教学模式，可否从其他学科中吸取营养？其中借鉴文学作品的艺术性不失为一种较好的方法。文学作品中包涵着大量描述自然景物，这是与物理相关的内容，笔者曾尝试把文学知识引入物理教学。

在运动和静止相对性的教学中：

欧阳修：水面波平琉璃滑不觉船移。

歌词中：小小竹排江中游，巍巍青山两岸走。

然后向学生提问：欧阳修为什么会有这种感觉，观察竹排和青山的运动分别以什么作为参照物，由于在诗情画意的陶冶一下，学生的情绪得到调整。回答问题也显得比较轻松自如，不少学生听这赏心悦目的词句都有一种回归大自然的感受，是文学艺术的魅力把他们带入诗情画意。教师边说，边导，边提问，所涉及的物理概念在轻松自如的氛围中得到解答。既弄清了物理概念，解答了问题，同时又提高了学生的文学修养。

不仅如此，绘画作品、音乐的美无处不在，莫奈的《日出》，马远的《寒山独钓》，使人想到柳宗元的“独钓寒江雪”的意境，贝多芬雄浑激荡的交响曲和“梁祝”哀怨委婉的倾诉，谁又能说这与物理没有关系呢？

人以“品”论，视事业如同生命，称之为高尚的人。物理学取得今天的成就，无不与物理学家的努力分不开。这种人格魅力的本身就是一种品味，只要教师做适当的引导，就会使学生的思路更宽阔，“品”自然就会得到提升。

2．课堂教学倡导一个“议”字

吸引学生的注意力，增加学生的参与程度是一节课成功的关键。根据一项学生最感兴趣的调查［参与率（％）］如下：

讨论问题	学生动手实验	表扬	教师讲评	其他
44.81%	33.33%	9.52%	3.81%	8.5%

由此可见，学生最感兴趣的是课堂上对问题的讨论。我们会发现，学生对学过的物理概念感觉往往是良好的，只有通过对问题的讨论，甚至是激烈的争论后，才发现问题不容忽视，错误仍然存在。例如在刚学完力与运动状态、牛顿第一定律与惯性这部分内容后，对学生提出这样的问题：

一辆做匀速直线运动的车内，一个人竖直向上跳起，人落在原地还是后面。

允许学生对这个问题进行思考和讨论。虽然学生都能积极参与，本以为得到满意的结果，但结果并不理想，有接近一半的学生认为落在后面，如果要他们解释原因，就会说，人跳起来后，车往前走，人就落在后面，教师可因势利导，按这种想法，就可以完成24小时世界环游。当跳起来时，地球转过去，人就会落在后面，只要24小时持续跳下去，就能实现环球旅游的目的，并请他们想想看，空气如果像人一样，在地球向前转动过程中，落在后面，风速该是多大，这时他们会意识到前面的想法有问题，同意人应落在原地，但仍找不到原因，教师只要做必要的解释，他们就会豁然洞开。此外，还可以提出，例如：密闭的车厢内不会感到有风，但在敞开的车上为什么有很大的风，继续把问题扩展引申。

从这个例子可以说明，正确的思维方式和物理概念的形成有一个反复的过程，不要期望一蹴而就，同时在引导学生对问题讨论的教学过程中要注意以下几点：

（1）学生对问题的评议和讨论，必须对该问题有一定的基础知识，而新知识又能在原有基础知识上加以分析归纳。

（2）学生方面必须改变过去那种只听老师讲的学习习惯，主动参与整个过程。

（3）对所要求的问题，具体生动，具有典型性和针对性。深度、难度、广度要求与学生知识和能力水平相适应。

3．教学过程贯串一个“趣”字

探求各种形式的教学模式，尤其重视非智力因素在教学中的作用和影响已成为现代教育理念的一个重要组成部分。笔者曾在探寻纵波和声音传播的特点时做如下实验。

实验一：器材：扬声器、蜡烛。

把两支点燃的蜡烛放在正在发声的扬声器前，观察蜡烛摇曳情况（如图1）。当扬声器纸盆振动时，它使周围的空气也振动起来。空气的振动引起蜡烛火焰的摇曳，纸盆振动时，空气一密一疏地将振动传播开来。

可以借用蜡烛火焰的摇曳来说明空气疏密的变化。

实验二：器材：六个不倒翁。

将六个不倒翁沿直线水平面由近及远等距依次排列。当打击第一个不倒翁使之摆动，然后第一个又碰撞第二个不倒翁并引起一连串的摆动（如图2）

将不倒翁的摆动比作烛焰的摇曳，从图中我们可以看出空气的疏密变化传播的声音有如下一些特点。

（1）不倒翁在摆动过程中，由于碰撞挤压引起邻近不倒翁的摆动，但对每个不倒翁来说，它本身并没有移动，只是在原地来回摇摆，可以看出声音在传插过程中引起空气的振动所发生的现象与此类似，空气本身没有移动，只是在平衡位置附近来回振动，也就是说在纵波的传播过程中物质并没有发生迁移，只是质点在原有的平衡点附近振动。

（2）不倒翁在平衡位置附近摆动、碰撞必然会出现某一时刻一些不倒翁彼此靠近些，而另一些不倒翁彼此离得远些，如图2第6组abc不倒翁靠得近些，而d不倒翁两侧的不倒翁与其较远，而ef两个不倒翁又较为靠拢，同时我们还会发现，时序在后的不倒翁的摇摆都是由于时序在前的不倒翁碰撞引起的。从图2中可以看出，从第2组开始ab两个不倒翁靠近一些，而第3组bc靠得较近，然后依次是第4组cd靠近，第5组de靠近，第6组ef靠近，如果连续起来就会发现两个靠近的不倒翁在不断地向前推进，这样就能很好的解释声音在空气中的一疏一密的传播过程。如果将上述不倒翁实验过程制作成动画，对于纵波在介质中的传播过程的解释将是显而易见的。

该实验过程主要突出一个趣味性和形象性。

另一个例子是美国物理教材中有：“我们了解物体的浮沉吗？”在课后的习题中设计了这样一个问题“你考虑过鱼是怎样在水中游来游去的吗？写一个故事或一首诗来描绘鱼或水中生物，并画出图来说明你的故事或诗”，这个例子是把知识内容的科学性与艺术性、文学性结合在一起。

另据报道，美国把“动漫”纳入课堂教学中，这的确是一个很有创意的做法。一件优秀“动漫”作品，既包含有科学性、艺术性，还有一定的教育意义。我们也经常在“动漫”片中听到诸如“冰河期”“时间隧道”，还有象征意义的“正义”和“邪恶”等等一些名词，既生动又真切，不光青少年感兴趣，就是成年人也被它吸引。相比之下，国产的一些“动漫”片往往仅限于神话传说，与现代科技、现代物理观念相距甚远，因此，科技含量相对差一些。青少年对“动漫”的兴趣，我们还可以见诸学生的书包里，还有一张张他们自己绘制的“动漫”作品。既然年轻一代那么感兴趣，为什么我们就不能正确引导呢，让那些科普作家多出一些这方面的作品，让我们的青少年一代在接受科技知识的同时又接受正面教育。这不是一举两得的事情吗？

爱因斯坦讲过兴趣是最好的老师，好奇心和探究精神是科学文明的原动力，大凡一个人只要有所成就往往都是从兴趣开始，因此提高学习兴趣、对人才的培养，就显得格外的重要。现代科技给我们带来便捷高效、丰富多彩的课堂形式，同样也因为现代科技，我们的一些学生沉溺于网吧和游戏机不能自拔，而大家普遍认为的优秀学生，尤为看重的是分数、是名牌学府，因此，提高学生的学习兴趣，仍然不是一个轻松的话题。

4．学习方式转变一个“动”字

笔者曾就演示实验效果提出过自己的建议，学生获得的实验结论以及物理概念是在每个实验的演示过程中形成的。这个过程也是启发学生悟性的关键过程，而实际情况是学生成了实验的旁观者，而不是直接的参与者，若遇到演示效果不佳，坐在较远的同学学习效果更成问题。认识论告诉我们，对一个事件的直接参与要比旁观者的感受更深刻，因此提出，在演示教学上能否让教师的演示转变为学生的动手实验。应该看到，随着教育改革的逐步深入，比起前几年我们的教学配置，有了很大的改善。由于实物投影、电脑及课件制作的使用，演示效果不佳这种现象正在逐步得到改善，但要达到普及程度，尚需多日，尤其是落后贫穷地区。因此提倡学生就地取材制作实验，参与整个实验过程，仍有其实际意义。

光的直线传播的两种现象就是小孔成像和影子的形成，笔者曾就教学中如何制作和运用简易仪器进行演示，来解释小孔成像和影子的形成。现谈一下这一实验过程。

拿一块薄板，在板上凿取一个边长不超过一指宽度，即不超过1cm的三角小孔，然后在薄板一侧点燃蜡烛，在薄板的另一侧竖直放一块半透明的毛玻璃［如图3（a）］。就可以在毛玻璃的另一侧面看到一个正立三角形的像，实验时，可将毛玻璃的这个面呈现给学生，一般来说，此时玻璃上的图像较为清晰。

如果将这块薄板取走，在原有的位置上放上一块与三角小孔的孔径形状大小相同的三角形木板，此时在毛玻璃原先三角形亮斑变成了大小形状相同的三角形黑影，为了突出实验效果，也可将毛玻璃换成白色光屏，通过上述实验，影子的成因以及特点不言自明。在实验操作时，还可以省略去第二个实验，因为烛光通过三角形孔落在毛玻璃上所成的像，已足以说明影子的成因了。

此外，在做小孔成像实验时，只要略加改变，就可以在原有的实验基础上实验，也就是将手指按住三角形的小孔从下向上慢慢移动，此时要求学生仔细观察就可以发现光屏上正立的三角形逐渐变成了倒立的蜡烛像［如图3（b）］

另一方面当今教育观和教学要求已经发生了很大的变化，学生从被动接受知识的地位，向主动探索知识的地位转变，物理实验是学生获取信息的主渠道。实验的目的。不仅仅只是满足验证所得到的规律，而要使学生主动通过实验在科学的学习和研究方法上获取感性体会。因此对于“动”字的含义不仅仅动手做实验，还要主动地投入。实验形式和范围不仅仅是演示实验，还要把实验贯串于整个教学的始终。

这里有一则报道，华盛顿某学校关于串、并联电路的教学，一开始先做预测验，看一看，学生原有这方面的知识，随后让学生做“灯泡亮度”实验，按照课程设计程序依样画葫芦，把相同的小灯泡逐个接上去，从亮度变化去感觉“电阻的变化”，同时逐一回答教材中的问题，不断地悟出串、并联的不同效果，逐渐体会出串联分电压、并联分电流的电路特点。在这种“主动探索物理”的教学过程中，几位指导教师巡回各实验小组之间，他们的任务仅仅是启发学生思考、引导学生在实验过程中不断生疑、释疑、解疑，但从不直接告诉学生结果。实质上，整个过程中学生的分组进行主动“探索”代替了传统意义上教师课堂讲授。我们传统的教学方法，一般先由教师告诉结论，然后由实验验证。采用华盛顿某学校的教学方法，学生虽然能定性地解释不同接法灯泡亮度的差异，但能归纳出串、并联及电阻公式的学生却寥寥无几。相比之下，采用传统教法要容易些，只要把公式和盘托出，只要学生背下记住就可以了。

这里牵涉到一个教学理念问题，为了高分“知道些什么”重要呢，还是主动探究“怎样获取知识”重要，这就是我们探究教学中遇到的问题。

我们的重点应放在“怎样获取”上，我们的教材不乏探究教学的实例，完全可以让学生自己去从学会到会学，而不是教师手把手的教会，这也就体现了主动实验和主动学习的真正意义。

5．实验教学加强一个“理”字

“理”是指学生对获取各种信息的收集、整理、归纳和处理，思维的形成主要通过物理实验，通过对数据的整理。只要通过这个“理”，才有可能形成新的观念、新的假设，为进一步工作创造条件。

对于实验数据的整理，是指要求学生学会对实验过程中图形图表的设计和制作，在学会对实验的整理，对实验数据的处理的同时，还要学会用正确的科学语言和文字的表述，以及用图表和图形来描述，其中还应包括对实验数据的估算能力以及学会对缺失条件归纳和整理的能力。

不仅我们要求学生学会对实验的整理，同时还要学会对知识体系的整理以及学科之间的联系。只有通过整理，才能理出一个头绪。

“理”是一种基本技能，应用于我们的生活的各个方面，因此具有普遍意义。

二、思维方式的突破

“江山代有人才出，各领风骚数百年”，每当我们提起思维方式的突破，人们想到的是，人类历史长河中古往今来涌现出那些能人志土，不是科学巨匠就是文学泰斗，如牛顿、爱因斯坦、莎士比亚，曹雪芹……，他们震古烁今，名垂史册，因此认为这是一种精英教育，与大众教育无关，实在是认识上的一种误区。误区之一是：思维方式的突破和改变一定总是重大的发现，实际可以只是对某一问题发表的见解，既可大到宇宙飞船的技术的问题，也可小到一个螺丝钉那样的小问题。误区之二是：只要新的就是好的，传统的固有的就可以不受重视。即使对待科学理论也是如此，有了现代物理学的两大理论，经典物理学就可以不受重视，事实上作为经典物理仍有其不可替代的价值和历史地位。

那么物理的概念和思维方式的突破应具备哪些条件呢？

1．发散思维

就物理学而言，发散思维是以想象、类比、假设、推理为基础，是以形象思维和直觉思维为主要形式，以研究对象为中心，并以此展开的思维模式。

其中类比、想象对物理学的发展起着十分关键的重要作用。库仑将电荷间的相互作用与牛顿万有引力相类比；卢瑟福又将万有引力作用下的天体的行星与原子结构相类比；法拉第引入电力线和磁力线来描述电场、磁场；麦克斯韦在建立电磁场理论时把不可压缩流体的应力与应变关系同电磁效应相类比等等。不仅如此，物理学史上许多重大突变，往往先假设推测出结论，然后再给予逻辑和实践证明。爱因斯坦的光子理论、普朗克提出的量子论假设、麦克斯韦应用“数学猜测”的方法来推测建立电磁场相互关系，以及法拉第认为磁可以逆变为电的推测等等，这些都是直觉思维的光辉范例、直觉思维的重要性显而易见，但正如教育家布鲁纳指出的那样：“直觉思维，预感的训练是正式的学术学科和日常生活中很受忽视但又重要的创造性思维特征。”

既然发散思维没有受到足够的重视，那么，演绎、逻辑思维和实验归纳对创新性思维能起到什么样的作用呢？回答是否认的，演绎和逻辑思维不可能有原创性的突破，因为逻辑思维只是从已知的前提出发，结论已经隐含在前提里。至于能否在各种实验现象及数据里发现新的东西，如同爱因斯坦所说的：“你能不能观察到眼前的现象，取决于你运用什么样的理论，理论决定着你到底能够观察到些什么。”

在发散思维教学的拓展过程中，不仅学会运用物理学的基本思想。如能量的观点、相对的观点、统计的观点，以及理想化方法、等效方法、对称方法、类比方法，还要重视与发散思维相关的训练。如思维的灵活性和经验的转移，联想和预见能力以及重视对意志、个性、环境、开阔知识面等等的培养和拓展。不仅要重视学科知识体系的纵向联系，还要重视物理知识的横向联系，以达到知识的融会惯通。

2．文理综合

有人说，科学与艺术是一个硬币的两个面，也有人说，还包括人文。法国作家福楼拜在创作他的代表作《包法利夫人》的时候由衷感到：越往前进，艺术越要科学化，两者在山麓分手，回头又在山顶汇合。如果把人类的文明比作一个高峰，那么就有三条路可以通向山顶。一条路是科学，另一条路是艺术，还有一条路是人文。在山脚时彼此相距甚远，只有到了顶峰时，才会汇合。苏东坡在观赏王维的作品时感叹：味摩诘之诗“诗中有画，观其画，画中有诗”，从中可以领悟到知识融会贯通的真正含义。

思维的创新在于突破，创新性的思维模式在于发散思维的过程中获得借鉴。因此，获得原始性的直觉思维不一定总是深不可测的，也可能就发生在我们身边。传说中的阿基米德可以从浴盆中悟出测皇冠的办法，鲁班在手指被带齿的小草割破时想出锯子的制作方法等等。不仅如此，同时也可以成为现代科学发生“迁想妙得”的有效途径。日本的汤川秀树从《庄子》“为混饨开七窍”悟出了基本粒子，从一个没有特性、最原始的东西分化出来成为各种各样的粒子。德国的魏根纳根据各大洲可以组合在一起而提出大陆漂移说，爱因斯坦的相对论则是讨论物质在接近光速情况下的运动规律。其共同的特点就是科学灵感的迸发总是以跨学科的知识面以及深厚广博的功底作为他们的基础。

古往今来，许多卓有成就的科学巨匠或艺术大师都有着广泛的兴趣和爱好。

“数术穷天地，制作侔造化。高才伟艺，与神会契。”这段话是对天文学家张衡的评价。张衡还正确地解释了月食并认识到宇宙无限性，同时他还在中国文学史上赢得了很高的地位，为五、七言诗的创始和汉赋的转变做出贡献。在史学上，他对司马迁的《史记》和班固的《汉书》提出了修改意见，同时他还对圆周率、地理、哲学都做出贡献，他又是东汉著名的画家。无独有偶，在欧洲文艺复兴时期的意大利也出现了一位集科学与艺术一身的天才达芬奇，他不仅把绘画与科学知识相结合，把绘画艺术推到一个前所未有的高度，同时他还是一位雕刻家、音乐家和最好的男高音歌唱家，他在地质学、物理学、生物学和生理学等领域里做出创造性的贡献，他在军事、水利、土木、机械、建筑领域的某些著述，至今仍有其价值，整整超越了五百年。

此外，钱三强喜欢古典文学，华罗庚喜欢填词，苏步青爱好作待，爱因斯坦、海森堡、普朗克和达尔文都酷爱音乐，而费米、居里夫人爱好爬山旅游，巴甫洛夫喜欢小说。切不要以为诗歌、音乐和美术只是茶余饭后的消遣品，凡是有志于科学创造的人都十分重视各门学科之间的联系和人类知识的统一性。那么，在科学认识研究的活动中，一个有胆识的科学家怎样能够做采撷众华呢？正如玻尔所指出的那样：“事实上，当越来越大的程度上放弃逻辑分析，允许弹奏全部的感情之弦的时候、诗、画和音乐就包含着沟通一切极端方式的可能性。”这也就是我们学习诗歌、绘画、音乐和拓宽知识面真正的原因。它不仅是我们每个人情感上的需要，也不仅是创新教学对学生的需要，同时也是当代学生综合素质的要求。

任何一门学科都不会是孤立的，彼此之间总是相互影响。因此，思维方式的形成和突破不仅只限于物理概念的形成和突破，它还应该有更宽泛的含义。

三、思维方式的形成与突破的关系

首先，有许多人认为，读书越好，考分越高，就越有成就，事实上并非都是如此。对于那些死读书的人，考分越高往往就越不容易跳出原有的圈子。我们知道。老年人由于生活经验和个人对生活的解读，很难接受新事物，也就是说一个人一旦形成思维定势，是很难改变的。创新是因为受到启发，凡是有大作为者，除了在专业上有很高的造诣外，都表现为思路开阔，妙思如泉，他们从其他领域里获得启示。我们还会发现，不少在学生时代学习平平和那些没有受过多少教育的人却可能在某些专业和行业中做出不同凡响的成绩，其中一个重要的原因是，他们不拘泥、不死板，善于借助他人成功的经验，因为他们的思想没有受到太多的束缚。

其次，读书应该淡化功利色彩。一个功利薰心的人，他的出发点也就是目的，一切手段和行为都服从于他的目的。因此所得到的知识往往是利益所系，不会积极主动地改变现状，不愿在与利益无关的事情上下功夫，所以也不可能有重大的创新和突破。

“自古英雄出少年”，我们经常听到许多成就来自年轻人。不仅因为他们年轻聪明、思维敏捷、反应迅速，而且他们往往少有功利色彩。我们的学生也正处于这样的年龄，他们应当有追求、有抱负，有理想，不应为某些诱惑和利益所困。另一方面，老年人虽然没有年轻人那样的敏捷思维，但他们有着浓厚的知识积淀和广博的知识面，当然其中也不乏有大器晚成者。不同的是，人在年轻时，容易在自然科学上取得成绩，而进入中老年后更容易在人文和艺术上取得成功。思维的形成，需要能力，思维的突破，需要胆识。

“学问”两字，如果说前者是成就学业，促进思维的形成，那么后者就是提出问题，倡导创新。也就是我们目前教育的症结所在。

在事业心、兴趣心、功利心三者关系上，我们应当激发进取心，树立事业心，淡化功利心。

“好读书，不求甚解，每有意会，则欣然忘食”。虽然“不求甚解”未必正确，但我们要的是陶渊明这种淡泊功利和积极主动的思考问题的精神。