物理学习形象思维和抽象思维的特点探讨，本文主要内容关键词为：抽象思维论文,形象思维论文,物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一般认为，形象思维是通过形象来反映和把握事物的思维活动，运用知觉形象、表象以及想象都是形象思维的基本形式。抽象思维是根据一定的系统知识、遵循特有的逻辑程序，来认识事物的思维活动，概念、判断和推理是抽象思维的基本形式。形象思维和抽象思维都具有各自的特点，并在人的学习活动中反映出来，在物理的学习中，也是如此。因此，探讨形象思维和抽象思维在物理学习中的特点，可以认识学生学习物理这两种思维活动的实质和关系，提高培养学生思维能力的自觉性。
1 形象思维和抽象思维都具有间接性和概括性， 但前者具有形象性，而后者具有抽象性。
所谓思维的间接性，就是思维能通过其它事物的媒介来认识客观事物，即借助于已有的知识经验，来理解和把握那些没有直接感知的或根本不可能感知的事物，以及预见和推知事物发展的进程。但形象思维是通过形象的加工，而抽象思维则通过概念的判断和推理来反映这种间接性。
所谓思维的概括性，就是思维能够把同一类事物的共同特性或本质特性抽取出来加以概括，或者能够将多次感知的事物之间的联系加以概括，得出有关事物的内在联系的结论。概括有二种形式。一种是根据事物形象特征，对不同事物的形象进行比较，摒弃它们互相不相同的特征，对它们的共同特征加以概括。这是形象的概括。另一种是根据某一对象和现象或者某一系列对象和现象的本质方面用概念加以概括，这是抽象的概括。一切科学概念、规律的表述都是思维概括的结果，都是人脑对客观事物的一种概括反应。例如学习物理学中的质点、刚体、理想气体、点电荷、光滑表面、力、功、能……，物理概念、理想化模型、物理规律，无不利用思维的间接性和概括性。从概念的原型转化为突出事物特点的典型化的形象的过程，是一种形的抽象概括；从摒弃事物的非本质非主要的性质，而突出地抽取其本质性质的过程来说，这又是一种抽象的概括。
物理教学应充分利用形象思维和抽象思维间接性的概括性，来发展学生的认识能力。教师应注意物理过程的教学，引导学生对物理过程进行分析、综合、抽象、概括。使学生学会如何把一个连续的物理过程，在头脑中分解成“慢镜头”，并对“慢镜头”透彻分析的基础上，实现综合。
[例1]小球自高5米处自由落下，落地后又被弹起，每次碰地后回碰的速率为下落速率的7／9，求小球自开始下落至最终停止于地面所经历的时间（设球与地球碰撞时间不计，取g＝10米／秒[2]）〕
这个题目所涉的物理过程是小球与地面碰撞反弹越跳越低，直至不动。如果能把整个过程在头脑里形象地建立起小球往返运动的“慢镜头”，再由题目的条件，就不难发现这是一个遵循以7／9作为公比的无穷递缩等比数列问题。
2 形象思维和抽象思维都具有创造性， 但前者往往具有直觉性，而后者具有逻辑性
形象思维所使用的思维材料以及思维结果一般都是加工改造或者重新创造出来的形象。形象思维对形象的加工改造，一般都体现形象的变革上。这种形象的变革往往带有创造性。例如，艺术家构思人物形象，技术人员设计产品的形象思维都具有这样的特点。正如原苏联著名物理学家卡皮查所说，“在科学发展的一个特定阶段，在我们必须找出新的概念时，对于需要这种问题的科学家来说，知识渊博和传统训练不是他们最重要的特点，在这种情况下，看来需要的是想象力和十分具体的思想，尤其需要大胆，在必需寻求新的基本概念时，在数学中极需要的严格合乎逻辑的思想会对科学家的想象力起阻碍作用。”（P.π.ka πya：回忆卢琴福勋爵，科学史译丛，1981.1）而形象思维恰恰可以借助想象、直觉、灵感等形式来填补这些空缺，所以形象思维的创造性往往不体现严密的逻辑性。
抽象思维的材料和结果都是一些概念和判断，它的过程要遵守一定的逻辑规则。因此，它的创造性受到逻辑的制约，而在演绎推理、归纳推理和类比推理中呈现出不同的创造性。
演绎推理一般被认为不能有所创新，不能推出新知识的思维形式，或者说它的创造性功能是较少的。因为演绎推理是从一般原理推出特殊结论，结论的知识并不超出前提中已有的一般知识范围。但是也不能完全否定演绎推理的创造性功能，因为演绎推理可以将前提中所包含的较为模糊的知识得展开和加以明晰，使得一些尽管理所当然还不为人知的道理被揭示出来，从这个角度上讲，这也是一种创造性。
归纳推理则是人们公认的能够创新的、能够推出新知识的思维形式，归纳推理是从个别或特殊的东西推出一般性的结论。由于归纳推理不是以现存的一般结论作为前提，所以它能够概括新的事实，形成新的一般知识。因此，归纳推理就具有较大的创造性。
类比推理是三种推理中最富有创造性的一种方法，它把不同的两类对象进行比较，根据已知的相似的属性，来推论出其它属性的相似。类比推理使人们触类旁通，从已知的事物的特征看到未知事物特征，把未变为已知，从中获得新的知识。其创造性常常在于发现两个或两个上研究对象或设想之间的联系或相似之处，而原来以为这些对象或设想之间没有关系。
[例2] 如图1所示的轻质杠杆处于平衡状态，已知AO＞BO，若在两盘中各加一个等量的砝码，杠杆能否仍平衡？
解此物理问题，常规的思维过程是：
设左右两盘中砝码的质量分别m[,1]，m[,2]，则：
m[,1]g·BO＝m[,2]g·AO
（1）
若两盘中加上等重的砝码m[,0]后，杠杆仍平衡，则：
（m[,1]＋m[,0]）g·BO＝（m[,2]＋m[,0]）g·AO （2）
由（2）－（1）得：m[,0]g·BO＝m[,0]g·AO （3）
而AO＞BO∵（3）式不成立。
即（2）式不成立，杠杆不平衡。
上述思维过程体现了思维的逻辑性。
但若运用形象思维的直觉性，则可把杠杆作如图2的变化，则把m[,1]和m[,2]作为两盘的一部分，是平衡状态下的不等臂杠杆，若加入等量的砝码，则必不平衡。
这种思维过程反映了形象思维的直觉的创造性，简化问题解决的过程。
[例3] 如图3所示，一小船质量为M，长为L，站在小船上的人质量为m，当人从船头走到船尾时， 求人和船移动的位移（假设水的阻力不计）。
此问题的常规解法是：
由人和船组成的系统在水平方向上动量守恒。选河岸为参照物，则
教师根据上题的题意出示下列问题：
（1）在光滑水平面上有辆小车，其质量为M长为L， 站在小车上的人质量为m，当人从车的一端走到另一端时，求人和车移动的位移， 见图4（a）。
（2）质量为m的小球从质量为M的光滑楔上由静止下滑到底端时， 小球和楔移动的位移（设地面光滑），见图4（b）。
（3）当质量为m的小球从质量为M 光滑的半球碗形物的一端由静止滑到另一端时，求小球和物体移动的位移（设地面光滑），见图4（C）。
（4）一质量为M的小车上装有四分之一的圆弧的光滑轨道，一个质量为m的子弹以水平初速度v[,0]沿轨道最低点射入静止的小车见图4 （d）。小车可在水平面上作无摩擦前进， 如果小球能从小车上方射出去，那么最终小球、小车的速度如何？
对于上述系列问题，引导学生利形象思维思想与例3 问题进行类比联想，不难发现，这些问题的本质都是相同的，都可以利用相同的方法加以解决。
3 形象思维和抽象思维相辅相成，具有协同的特点
形象思维和抽象思维的协同性是基于脑的生理机制的基础之上。人脑左右两半球各有不同的功能。左半球主管语言和抽象思维；右半球主管音乐和形象思维材料的综合活动。在两个脑半球之间有两亿条排列规则的神经纤维，每秒钟可以在两半脑之间往返传输四十亿个神经冲动，共同完成思维活动。从人脑的机能来看，要理解和记忆语言的抽象概念信息时，必须有直接形象信息的支持；相反，要理解和记忆形象信息，又必须有语言的抽象概念的信息支持；有直接形象信息的支持；二者相辅相成。在相互影响、相互制约的过程中，形象思维自然跃入理性认识阶段，从而组成理性认识的一种形式。
抽象思维在形象思维的协同下，使得思维的内容变为形象化，变为直观可感知，有利于复杂问题的解决。形象思维在抽象思维的协同下，使得形象思维明确方向，加快问题解决的进程，深入到事物本质中去。物理学习要求这两种思维的协同。
[例4]如图5所示，一颗速度较大的子弹，水平穿过一木块，因而使得原来放在光滑桌面上静止的木块获得一定的动能。假设子弹无论以多大的速度击穿木块都受相同的阻力。则下面说法正确的是：
A.子弹的入射速度越大，它穿过木块，使木块获得的动能越大；
B.子弹的入射速度越大，它穿过木块，使木块获得的动能越小；
C.木块获得的动能与子弹的入射速率无关。
这道题可以应用动能定理及动量守恒定律通过解析法得到定量的判断，但其数学推导及讨论的过程是很复杂的，但利用抽象思维和形象思维协同性，可以简约解决问题。
由题意可知，木块对子弹的阻力与子弹的速度大小无关，则可作出判断出：子弹在穿过木块的过程中，木块获得的加速度、子弹本身的加速度大小均与子弹初速v[,0]的大小无关， 子弹在穿过木块的过程中相对于木块的位移大小（即木材厚度）亦与初速大小无关。由题设子弹通穿过木块，则可作为判断：子弹击穿木块后的速率应大于等于木块在此过程中获得的速率。在上述抽象思维判断基础上作出子弹与木块的v－t图线（这是形象思维高级形式）。如图6所示，图线Ⅰ、 Ⅱ分别表示木块的v－t图线及子弹初速度了v[,01]时的v－t图线，t[,1] 为子弹击穿木块所需的时间。图中阴影的面积在数值上等于木块的厚度（即子弹击穿木块过程中相对于木块的位移值）。若子弹初速增至v[,02]（v[,02]＞v[,o1]），木块及子弹的v－t图斜率均不变，此时子弹的v－t 图线如图中的Ⅲ所示。设这种情况下子弹击穿木块所需时间为t[,2]， 由于木块厚度不变，必有t[,2]＜t[,1]，由图象知，必有v[,2]＜v[,1]，即子弹的速度越大，木块获得动能愈小。
