結合自己的教學實踐,粗淺地分析了物理學中包含的科學思維方法,即:科學的抽象和概括、科學的判斷和科學的推理,旨在提示同行,要牢記物理教師教書育人的雙重職責,不但要引導學生認識物理現象,掌握物理規律,還要注意透過物理教學,培養學生的科學思維方法,從而提高學生的科學素質,增強解決問題和分析問題的能力,這樣做不但對物理教學本身會有巨大的促進作用,而且它的意義遠遠超出了物理教學本身。
關鍵詞:創新,創造,抽象和概括,判斷,推理
新的中等職業學校物理教學大綱明確指出 :“透過物理教學向學生進行科學思想、科學方法和科學態度的教育,提高學生的科學素質,培養學生的創新意識和創造能力”,其根本宗旨之一就是要求物理教學要注意培養學生的科學思維。學生學習物理總是從感知開始,但不能停留在感性認識階段,必須對感性材料加以去粗取精,由表及裡地認識物理現象的本質和內部聯絡,即經過比較、分析、綜合、抽象、概括,達到認識的理性階段。這種由感性認識到理性認識的過程統稱為科學思維。
物理學中的科學思維,主要突出表現在下述幾個方面。
一、抽象和概括
大到宇宙天體,小到微觀粒子都是物理學研究的物件,而它們往往是錯綜複雜的,對於特定的研究物件,影響因素也是多種多樣的。然而,並不是所有的因素都起著同等重要的作用。因此,為了研究的方便,採取暫時捨棄個別的、非本質的因素,突出其主要的本質的因素,這種科學的處理方法,叫做科學的抽象和概括。
實際上,物理學中研究的物體和過程,都是利用科學抽象和概括的方法建立起來的理想化模型(理想化客體、理想化過程)。例如,質點、剛體、理想氣體、點電荷、點光源、光滑平面、勻強磁場等等,這些研究物件都是理想化的客體;又如:勻速直線運動、勻變速直線運動、勻速圓周運動、拋體運動、簡諧振動等等,都是理想化過程。
研究理想化客體和理想化過程,一方面具有現時意義,因為在一定的範圍內,在要求誤差允許的條件下,可以把許多實際物體和現象發生、發展的過程,看作某個理想化模型來處理;另一方面,它是一種重要的科學研究方法,把複雜的、具體的物體或過程,用簡化的模型來代替,可以突出主要矛盾,簡化問題,便於研究它的主要性質,便於找出它的主要規律,解決了主要矛盾之後,再考慮次要矛盾進行修正,問題就容易得到解決。
二、科學的判斷
所謂判斷,是運用概念對事物、現象作出肯定或否定結論的思維形式。一般來說,物理學中判斷有簡單判斷和複合判斷兩種。
1、簡單判斷
簡單判斷是由兩個概念組成、用簡單詞句表達的判斷。例如,在觀察、實驗之後,作出“物體具有慣性”這一結論,就是一個簡單判斷;多次觀察各種事物,分別得出相同結論,歸納得出“一切物體都具有慣性”的結論,也是一個簡單判斷。
2、複合判斷
複合判斷是由兩個以上的概念組成,具有並列存在性質的判斷。比如,“如果給金屬加熱,則它的溫度會升高。”這裡涉及三個概念:金屬、加熱、溫度,給金屬加熱是前提條件,溫度升高是作出的判斷結論。又如“閉合迴路中有磁通量變化時,其中就產生感應電流。”再如,“如果對氣體加壓、降溫,則可使其液化。”也是一個複合判斷。
三、科學的推理
推理,是根據一個判斷或一些判斷推出另一個新的判斷的思維形式,根據思維程序的不同,推理可分為歸納推理、演繹推理、類比推理。
1、歸納推理
歸納推理是由一些個別性的判斷推出一般性的判斷的推理,也就是說它是從個別性規律推出一般性規律的思維形式。
歸納推理的具體過程是:根據大量觀察、實驗獲得的資料,分別得到反應外部徵和條件的判斷,再經過由表及裡的分析、綜合、抽象出各個本質的因素,概括得出一般性的規律。可見,歸納推理的出發點,是以實驗所得的事實為基礎由此得出的一個個判斷為依據。因此,根據依據的數量是否充分,分析的是否科學,歸納推理又分為簡單列舉歸納推理、完全歸納推理和科學歸納推理。
如果只根據一、二個或幾個事例作為依據,就歸納出一般性的結論,則稱為簡單列舉歸納推理,例如:根據天文觀測得知:地球是繞太陽運動的,金星是繞太陽運動的,於是得出結論:太陽系的所有行星都是繞太陽運動的。如果根據天文觀測得知:木星、金星、地球、火星、水星、土星、天王星、海王星、冥王星都繞太陽運動,於是得出結論:太陽的九大行星都繞太陽運動。這種歸納推理叫做完全歸納推理。
顯然完全歸納推理具有不容置疑的意義,然而這是一種理想化的推理,是不現時的。列舉歸納推理所得的結論,並非完全正確,尚需經實踐檢驗。
如果不僅根據大量的實驗事實,而且對每個事實所作出的判斷進行分析,作出科學的解釋,然後進行概括,從而歸納出一般性的結論,則這種歸納推理叫做科學歸納推理。
例如:透過實驗發現:鐵受熱後膨脹,銀銅受熱後也膨脹。經過分析知道:鐵、銀、銅等純金屬受熱後,分子運動加劇,反抗分析間相互束縛作用的本領增強,從而分子間的距離增大,即體積膨脹。最後得出結論:所有純金屬受熱後,其體積膨脹。這是物理學中經常採用的。
2、演繹推理
演繹推理是由一般性的判斷推出個別性的判斷的推理。也就是說。它是從一般規律演繹推出個別規律的思維形式。其具體過程是根據已知的一般性的規律,透過分析並限制條件,運用數學的推演,得出個別化的規律。
如:已知均勻磁場(磁感應強度為B)對長度為l的載流導線(電流強度為I)施以力F的作用,其大小為: F=I l B
上式適用於載流導線垂直與磁場方向放置的情況。
根據這一規律,可用演繹推理方法得出運動電荷在磁場中受力的大小 。
因為電流是自由電荷的定向運動,磁場對載流導線的作用力可看作是磁場對導線中定向運動的自由電荷的作用力總和。設每米導線中有n 個自由電荷,長度為l的導線中共有nl個自由電荷,每個電荷的電量為q,電荷定向運動的速度為v,
根據電流強度的定義,得知:
I=nq v
則 F=I l B=nq v l B
因此磁場對每個垂直與磁場方向運動的自由電荷的作用力的大小為
f= q v B
顯然,演繹推理的出發點是已知的一般性結論。演繹推理所得到的結論,仍應由實驗加以驗證,或經過大量的實踐驗證之後,才能正式成立。
3、類比推理
類比推理是由個別判斷推出另一個別判斷的推理。其思維過程是對兩個或兩類物件進行比較,分析,根據這兩個或兩類物件有部分屬性相同,從而推出它們的其它屬性也可能相同的結論。
例如:惠更斯把光現象和聲現象進行類比,根據兩者都能夠發生反射、折射,從已知的相同點推理得知光和聲一樣,都是一種波動,提出光的波動說:德布羅意根據光的波粒二象性而提出微觀粒子也具有波動性,提出物質波的概念等等,都是物理學史上應用類比推理的方法提出假說的例項。
只有研究認識物理學中的科學思維,才能在物理教學中培養學生的科學思維,在引導學生認識物理現象,掌握物理規律的過程中,使學生逐漸學會科學思維的基本方法,一方面有利於物理知識的學習,更重要的是能夠提高學生分析問題和解決問題的綜合能力,它的意義遠遠超出物理教學本身,這正是素質教育的要求。
結合自己的教學實踐,粗淺地分析了物理學中包含的科學思維方法,即:科學的抽象和概括、科學的判斷和科學的推理,旨在提示同行,要牢記物理教師教書育人的雙重職責,不但要引導學生認識物理現象,掌握物理規律,還要注意透過物理教學,培養學生的科學思維方法,從而提高學生的科學素質,增強解決問題和分析問題的能力,這樣做不但對物理教學本身會有巨大的促進作用,而且它的意義遠遠超出了物理教學本身。
關鍵詞:創新,創造,抽象和概括,判斷,推理
新的中等職業學校物理教學大綱明確指出 :“透過物理教學向學生進行科學思想、科學方法和科學態度的教育,提高學生的科學素質,培養學生的創新意識和創造能力”,其根本宗旨之一就是要求物理教學要注意培養學生的科學思維。學生學習物理總是從感知開始,但不能停留在感性認識階段,必須對感性材料加以去粗取精,由表及裡地認識物理現象的本質和內部聯絡,即經過比較、分析、綜合、抽象、概括,達到認識的理性階段。這種由感性認識到理性認識的過程統稱為科學思維。
物理學中的科學思維,主要突出表現在下述幾個方面。
一、抽象和概括
大到宇宙天體,小到微觀粒子都是物理學研究的物件,而它們往往是錯綜複雜的,對於特定的研究物件,影響因素也是多種多樣的。然而,並不是所有的因素都起著同等重要的作用。因此,為了研究的方便,採取暫時捨棄個別的、非本質的因素,突出其主要的本質的因素,這種科學的處理方法,叫做科學的抽象和概括。
實際上,物理學中研究的物體和過程,都是利用科學抽象和概括的方法建立起來的理想化模型(理想化客體、理想化過程)。例如,質點、剛體、理想氣體、點電荷、點光源、光滑平面、勻強磁場等等,這些研究物件都是理想化的客體;又如:勻速直線運動、勻變速直線運動、勻速圓周運動、拋體運動、簡諧振動等等,都是理想化過程。
研究理想化客體和理想化過程,一方面具有現時意義,因為在一定的範圍內,在要求誤差允許的條件下,可以把許多實際物體和現象發生、發展的過程,看作某個理想化模型來處理;另一方面,它是一種重要的科學研究方法,把複雜的、具體的物體或過程,用簡化的模型來代替,可以突出主要矛盾,簡化問題,便於研究它的主要性質,便於找出它的主要規律,解決了主要矛盾之後,再考慮次要矛盾進行修正,問題就容易得到解決。
二、科學的判斷
所謂判斷,是運用概念對事物、現象作出肯定或否定結論的思維形式。一般來說,物理學中判斷有簡單判斷和複合判斷兩種。
1、簡單判斷
簡單判斷是由兩個概念組成、用簡單詞句表達的判斷。例如,在觀察、實驗之後,作出“物體具有慣性”這一結論,就是一個簡單判斷;多次觀察各種事物,分別得出相同結論,歸納得出“一切物體都具有慣性”的結論,也是一個簡單判斷。
2、複合判斷
複合判斷是由兩個以上的概念組成,具有並列存在性質的判斷。比如,“如果給金屬加熱,則它的溫度會升高。”這裡涉及三個概念:金屬、加熱、溫度,給金屬加熱是前提條件,溫度升高是作出的判斷結論。又如“閉合迴路中有磁通量變化時,其中就產生感應電流。”再如,“如果對氣體加壓、降溫,則可使其液化。”也是一個複合判斷。
三、科學的推理
推理,是根據一個判斷或一些判斷推出另一個新的判斷的思維形式,根據思維程序的不同,推理可分為歸納推理、演繹推理、類比推理。
1、歸納推理
歸納推理是由一些個別性的判斷推出一般性的判斷的推理,也就是說它是從個別性規律推出一般性規律的思維形式。
歸納推理的具體過程是:根據大量觀察、實驗獲得的資料,分別得到反應外部徵和條件的判斷,再經過由表及裡的分析、綜合、抽象出各個本質的因素,概括得出一般性的規律。可見,歸納推理的出發點,是以實驗所得的事實為基礎由此得出的一個個判斷為依據。因此,根據依據的數量是否充分,分析的是否科學,歸納推理又分為簡單列舉歸納推理、完全歸納推理和科學歸納推理。
如果只根據一、二個或幾個事例作為依據,就歸納出一般性的結論,則稱為簡單列舉歸納推理,例如:根據天文觀測得知:地球是繞太陽運動的,金星是繞太陽運動的,於是得出結論:太陽系的所有行星都是繞太陽運動的。如果根據天文觀測得知:木星、金星、地球、火星、水星、土星、天王星、海王星、冥王星都繞太陽運動,於是得出結論:太陽的九大行星都繞太陽運動。這種歸納推理叫做完全歸納推理。
顯然完全歸納推理具有不容置疑的意義,然而這是一種理想化的推理,是不現時的。列舉歸納推理所得的結論,並非完全正確,尚需經實踐檢驗。
如果不僅根據大量的實驗事實,而且對每個事實所作出的判斷進行分析,作出科學的解釋,然後進行概括,從而歸納出一般性的結論,則這種歸納推理叫做科學歸納推理。
例如:透過實驗發現:鐵受熱後膨脹,銀銅受熱後也膨脹。經過分析知道:鐵、銀、銅等純金屬受熱後,分子運動加劇,反抗分析間相互束縛作用的本領增強,從而分子間的距離增大,即體積膨脹。最後得出結論:所有純金屬受熱後,其體積膨脹。這是物理學中經常採用的。
2、演繹推理
演繹推理是由一般性的判斷推出個別性的判斷的推理。也就是說。它是從一般規律演繹推出個別規律的思維形式。其具體過程是根據已知的一般性的規律,透過分析並限制條件,運用數學的推演,得出個別化的規律。
如:已知均勻磁場(磁感應強度為B)對長度為l的載流導線(電流強度為I)施以力F的作用,其大小為: F=I l B
上式適用於載流導線垂直與磁場方向放置的情況。
根據這一規律,可用演繹推理方法得出運動電荷在磁場中受力的大小 。
因為電流是自由電荷的定向運動,磁場對載流導線的作用力可看作是磁場對導線中定向運動的自由電荷的作用力總和。設每米導線中有n 個自由電荷,長度為l的導線中共有nl個自由電荷,每個電荷的電量為q,電荷定向運動的速度為v,
根據電流強度的定義,得知:
I=nq v
則 F=I l B=nq v l B
因此磁場對每個垂直與磁場方向運動的自由電荷的作用力的大小為
f= q v B
顯然,演繹推理的出發點是已知的一般性結論。演繹推理所得到的結論,仍應由實驗加以驗證,或經過大量的實踐驗證之後,才能正式成立。
3、類比推理
類比推理是由個別判斷推出另一個別判斷的推理。其思維過程是對兩個或兩類物件進行比較,分析,根據這兩個或兩類物件有部分屬性相同,從而推出它們的其它屬性也可能相同的結論。
例如:惠更斯把光現象和聲現象進行類比,根據兩者都能夠發生反射、折射,從已知的相同點推理得知光和聲一樣,都是一種波動,提出光的波動說:德布羅意根據光的波粒二象性而提出微觀粒子也具有波動性,提出物質波的概念等等,都是物理學史上應用類比推理的方法提出假說的例項。
只有研究認識物理學中的科學思維,才能在物理教學中培養學生的科學思維,在引導學生認識物理現象,掌握物理規律的過程中,使學生逐漸學會科學思維的基本方法,一方面有利於物理知識的學習,更重要的是能夠提高學生分析問題和解決問題的綜合能力,它的意義遠遠超出物理教學本身,這正是素質教育的要求。