物理思维模式的特点有哪些

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物理问题解决的思维模式 物理问题解决是包含有重要认知成分、一系列操作的心理活动。它要借助一定的思维模式才能进行。所谓思维模式是指一种依时间顺序排列的有顺序性、结构性、策略性和规律性的连续系统，它是思维方法和思维内容的统一，思维规律和思维方法的统一。一个物理问题解决得正确与否，完满与否，在已有足够陈述性知识的前提下，则主要取决于解题过程的思维模式。 一物理问题解决的程序模式 问题解决是一种企图达到目标的尝试。问题解决者的任务就在于要找到某种能达到目标的操作序列①。通常一个物理问题包含着目标、条件及它们之间的联系这三个要素，物理问题解决的任务就是去寻找条件和目标之间的联系，并利用这种联系去达到目标。这种联系可能是一个概念、一个规律，也可能是一个几何关系，或者是一系列的规律、公式、关系的组合。怎样去寻找？这种寻找应沿着什么方向进行呢？《牛顿力学的横向研究》一书中所提出的人类问题解决的一般程序②给了我们很大的启发，结合物理学科特点，我们认为物理问题解决应遵循如图8－2所示的程序： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 面对一个物理问题，解答者总是在他们已有和能够达到的认知状态中，猜测或搜索出一些概念、规律和方法，尝试在问题的目标和条件之间寻找联系。一旦确定某一或某些概念、规律和方法可能建立起这种联系时，便将其应用于求解这个给定的问题，从而得到一个结果。然后将这一结果反馈检验，若结果是肯定的，则问题解决；若结果是否定的，则进行矫正，即修改或重新猜测，搜索出新的概念、规律和方法，再次去求解……这种循环往复，利用“猜测—试错”最终使问题解决的思维程序，就是物理问题解决（实际上也适用于其他问题解决）的基本模式。 二 物理问题解决的行动模式 我们可以将解题的认知过程视为三个状态：解题者所处的最初情境（条件和对条件的认识），称为初始状态；达到目标过程中所处的情境（寻求联系的种种认识），称为中继状态；达到目标时的情境（建立新的认知结构），称为目标状态。从初始状态开始，存在着多种途径、方法和选择。例如，面对一个力学问题，就存在静力学、运动学还是动力学问题的认识和选择；若一旦确定是动力学问题，又存在着是使用牛顿第二定律或动量定理或动能定理来解决问题的认识和选择；若一旦确定使用动量定理，又存在着是否守恒的认识和选择……解题者一旦作出某种选择，就改变了原有状态，处于一种新的状态。可见，在初始状态和目标状态之间，存在着许多的中继状态，解题者所能达到的所有中继状态构成了一个问题空间。物理问题解决的过程实质上就是对物理问题空间的搜索过程。 怎样的搜索更为有效？有哪些指导搜索的方式呢？从问题解决的基本模式可以演绎出两种搜索问题空间的主要方式，我们因其对搜索行动具有指导意义而称之为行动模式。 1.尝试错误式 尝试错误式是由进行无定向的尝试，重复无效动作，纠正暂时性尝试错误，直至出现解决问题得以成功的动作等，一系列反应所组成的。 在没有或辨不清意义联系形式的问题的场合，尝试错误式是不可避免的。例如在解决一些光学黑盒和电学黑盒问题时就常用这种方式。 例1 如图8－3所示。黑盒内装有一个电源和几个阻值相同的电阻连成的电路。盒外有从电路引出的四个接线柱，用理想的电压表测得各接线柱之间的电压为U12=5V，U24=0V，U34=3V，U13=2V。试画出盒内电阻的结构，要求所用电阻个数最少。 　　　　 本题的解答即需要用尝试错误的方式，去确定电阻个数和组合形式①。所得最后结果如图8－4示。 　　　　 2.顿悟式 和尝试错误式的一系列刺激—反应形成联结的解题方式相比，顿悟式解决问题则具有一定的“心向”。它致力于发现手段与目标之间的有意义的联系，而这种联系正是问题赖以解决的基础。顿悟式解决问题就其特征来说，好像是突然出现的。阿基米德在入浴时，由于浴缸的水外溢，而顿悟孕育已久的解决测定王冠含金量问题，就是一个典型的例子。 对于许多繁难的物理问题，从初态通向目标状态的途径十分隐蔽，而且在中途还会出现许多岔道。学会顿悟的策略，对于解决这些难题是很有启发意义的。遇到难题时仔细审查题目中的变量，从整体着眼，力图寻找一种合适的联系。当一次探索不成功时，就进行变换和适应，力图抓住主要变量和问题的实质。经过这种孜孜以求的顽强努力和思索，常常得到灵感，找到解决问题的有效途径。 尝试错误式和顿悟式虽然作为两种问题解决的不同方式提出，但不应将他们绝对化，在问题解决的过程中，尝试错误和顿悟实际上是两种互相补充的方式，在顿悟过程中，实质上包含了许多尝试错误的过程。 三 物理问题解决的过程模式 虽然问题解决活动，从根本上来说是一种个体行为。同一个问题对于不同的解题者而言，解决的过程常常是不同的。但作为一种心理活动，它仍然有着一些普遍的规律和共同特征。国内外许多学者对问题解决的一般过程提出了许多很有价值的观点，如国外有邓克尔的三层次观点：一般范围—功能解决—特殊的解决；瓦拉斯的四阶段观点：准备—孕育—明朗—验证；杜威的五步观点：认知困惑—尝试识别—结构重组—检验假设—理解应用①。国内有查有梁的；假设—实例—应用—反馈②的观点等。这些观点对于我们探讨物理问题解决的过程模式具有很大的启发意义。 物理的题型很多，从题目形式上，可分为选择题、填空题、说理题、作图题、计算题、实验题、推理论证题等；从评卷方式上，又可分为主观题和客观题。每种题型都有着各自独特的解题特点，但在思维程序上，也有着共性。思维模式的普适性即在于它必然反映出这种共性。在物理问题解决的过程中，思维模式具体反映出这样一个序列步骤：物理问题解决出发点的形成方式—物理问题解决方向的形成方式—物理问题解决思路、步骤的建立方式—物理结论的确立和回顾方式。从这一步骤我们提出物理问题解决过程应经历的四个基本环节，见图8－5。 　　　　 这四个环节构成物理问题解决的一般过程。下面我们对这4个环节的内涵逐一探讨。 1.读审 读，是读题