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通过实例剖析,感知分析思维与综合思维在建立物理知识及解决物理问题中的思维过程,认知分析思维与综合思维的特点,明确分析思维和综合思维对建立物理知识及解决物理问题的作用.
中学物理教学中不仅要教知识,更要教获得知识的思维方式,学生明白了学习物理的思维方式,有利于明确知识的所以然,有利于学生拓展知识的深度和广度,有利于学生在运用思维方式去学习新知识,掌握新知识过程中形成学习能力,以达到“受之以鱼更授之以渔”的教学效果.为此,谈谈教学实践中感知的分析思维和综合思维.
一、分析思维与综合思维的含义与作用
分析与综合是学习物理知识的两种思维方式,是学生学习物理知识必须具备的思维能力.
所谓分析思维是指把研究的对象分解为若干个组成部分、要素或方面,并分别加以考察,以达到认识事物本质的一种思维形式.
人们之所以应用分析思维,是由于客观事物的复杂性决定的.客观现象和过程往往是由许多因素共同决定,这些因素相互牵制,相互渗透,只有将它们逐个隔离、分解才易于揭露每个要素的本质,找出其主次关系,最终为从整体上解释和把握事物本质奠定基础.
分析的主要作用是可以将复杂的问题简单化,可以找到解决问题的方向.比如,在探究电阻定律的时候,由于决定导体电阻的因素很多,关系复杂,于是在探究时可以从单一因素开始,如,先探究电阻与导体长度的关系时,就控制导体的材料、横截面积、温度等不变,在弄清电阻与长度关系的基础上,再用此方法探究电阻与其它因素的关系,最后将所有单一关系综合起来得出电阻定律.
所谓综合思维是指把研究对象的各个部分、要素或方面联合起来加以研究,从而在整体上把握事物的本质和规律的思维形式.
综合是在分析的基础上进行的,分析研究时,侧重于事物的对立和差异,以便找出主要与次要、本质与非本质的区别;综合研究时,则侧重于它们的联系与统一,通过概括和升华将事物的各部分、各方面、各种属性真实联结,体现事物本来面目的整体性.
综合的主要作用是通过综合把原来认为相互独立的现象放在统一的运动和过程中从而发现隐藏得更深的普遍规律. 例如,牛顿力学是物理学发展史上的第一个综合成果.牛顿在伽利略发现的抛体运动规律和开普勒发现的行星运动定律的基础上,把行星绕日、月球绕地、物体落地这些联系起来进行综合研究,最终发现了万有引力定律,联合牛顿三大运动定律实现了天上力学和地上力学的统一,建立起了经典力学的理论大厦.
二、分析思维与综合思维在物理知识学习、规律探究中的运用
在中学物理学习中经常用到分析思维与综合思维,按认知过程中对整体进行“解剖”方式的不同,归纳为以下几种方式.
1.对物理过程按空间分布进行分析与综合
例如, 对平抛运动的研究,我们采用了运动的分解、合成的方法,先把实际运动在空间上分解为水平方向和竖直方向两个独立的运动.应用力学规律逐个进行研究,然后再综合起来,得出平抛运动规律.
2.对物理过程按时间发展进行分析与综合
例如,在研究示波管的原理时,我们把电子的运动按时间的发展分解为电子枪中的加速运动、偏转电极之间的类平抛运动和荧光屏之前的匀速直线运动等几个相对独立的阶段,然后依据速度与几何方面的联系对各阶段进行综合,从而认识荧光屏显示图象的原理.
3.对物理量或物理对象进行分析与综合
例如,在静电场中,研究等量异种电荷周围某点的电场强度时,先把电荷从系统中孤立出来,然后再单独研究它对空间该点场强的贡献和作用.最后根据平行四边行定则进行“综合”,得出该点的电场强度.用此方法可以确定周围其它点的电场强度,整合到一起,形成完整的电场分布图景.
4.对复杂统一体按各种因素、方面和属性进行分析与综合
例如,对于一定质量的气体,体积(V)、压强(p)、温度(T)三者都是气体状态的重要因素,在通常情况下,它们的作用相互牵制很难找到它们之间的关系.因此,科学家将这三个要素进行分离,分别从等温、等压、等容的角度进行研究并找到有关规律,在此基础上进行综合得到理想气体状态方程.
通过上述认知思维方式的剖析,展现了运用分析与综合建立物理知识的思维过程,认识了认知过程中的分析思维与综合思维的统一,不仅使学生学会了物理知识,同时还学会了学习物理知识的思维方式,进而可以利用分析思维与综合思维自行知识学习和规律探究.
三、分析思维与综合思维在物理解题中的运用
分析思维解题是指从题目的待求量出发,首先根据题目的要求,列出包含所求量的基本公式,如果在这个基本公式中还有一个或几个未知量,就继续找出这些未知量与已知量的关系,直到公式能求解为止.即所谓的从“未知”想“需知”,逐步靠拢“已知”.列举下例,
一列火车总质量m=1000 t,机车发动机的额定功率P=2.4×106 W,在水平轨道上行驶时,最大速度是vm=24 m/s,设火车行驶过程中阻力大小不变.问:若火车从静止开始,保持a=0.5 m/s2的加速度做匀加速运动,这一过程能维持多长时间?
首先,应当把列车的启动分解为恒定牵引力作用下功率不断增大的匀加速过程、功率达到额定值后的变加速过程和牵引力等于阻力后的匀速运动过程.然后,分析思维如下:在匀变速阶段求t,依据t=v/a需求末速度v→依据v=P/F需求牵引力F→依据F-f=ma需求阻力f,阻力大小不变,在匀速阶段依据P=fvm求出阻力f.
综合思维解题则是从题目首部出发,根据题设条件和所有已知量的关系,建立一系列等式,直到建立起和待求量有联系的公式为止.即所谓的从已知看可知,并逐渐推向未知.
如,一个质量为m,电荷量为-q的小物体,可在水平轨道Ox轴上运动,O端固定在墙上,轨道处于匀强电场中,场强大小为E,方向沿ox轴正向,如图1所示.小物体以初速v0从x0处沿Ox轨道运动,运动过程受到的大小摩擦力恒为f,且f
回答此问题,如果运用分析法先求每次单向运动的的路程si,再对si求和得总路程s,这相当于一个无穷等比递缩数列的求和,显得非常复杂.但是通过分析可知,每一个对称的来回运动过程电场力做功总和为零,于是从运动开始到最终静止于O点,电场力做功的总和为qEx0;任何一次单向运动中摩擦力总做负功,所以整个过程摩擦力做功∑(-fsi)=-f∑si=-f s,以此为基础,就可以把每个小过程综合归纳为一个大过程,列出综合方程qEx0- fs =0-1 2mv2,求得总路程s.
需要注意的是,分析与综合是相互联系,辩证统一的,不应将两者截然分开.很多情况下,可以对研究对象先隔离分析再综合,或先综合后再隔离分析.对一个物理对象或物理过程是否分析,怎样分析,往往是通过综合、全面的考虑后作出的.
中学物理教学中不仅要教知识,更要教获得知识的思维方式,学生明白了学习物理的思维方式,有利于明确知识的所以然,有利于学生拓展知识的深度和广度,有利于学生在运用思维方式去学习新知识,掌握新知识过程中形成学习能力,以达到“受之以鱼更授之以渔”的教学效果.为此,谈谈教学实践中感知的分析思维和综合思维.
一、分析思维与综合思维的含义与作用
分析与综合是学习物理知识的两种思维方式,是学生学习物理知识必须具备的思维能力.
所谓分析思维是指把研究的对象分解为若干个组成部分、要素或方面,并分别加以考察,以达到认识事物本质的一种思维形式.
人们之所以应用分析思维,是由于客观事物的复杂性决定的.客观现象和过程往往是由许多因素共同决定,这些因素相互牵制,相互渗透,只有将它们逐个隔离、分解才易于揭露每个要素的本质,找出其主次关系,最终为从整体上解释和把握事物本质奠定基础.
分析的主要作用是可以将复杂的问题简单化,可以找到解决问题的方向.比如,在探究电阻定律的时候,由于决定导体电阻的因素很多,关系复杂,于是在探究时可以从单一因素开始,如,先探究电阻与导体长度的关系时,就控制导体的材料、横截面积、温度等不变,在弄清电阻与长度关系的基础上,再用此方法探究电阻与其它因素的关系,最后将所有单一关系综合起来得出电阻定律.
所谓综合思维是指把研究对象的各个部分、要素或方面联合起来加以研究,从而在整体上把握事物的本质和规律的思维形式.
综合是在分析的基础上进行的,分析研究时,侧重于事物的对立和差异,以便找出主要与次要、本质与非本质的区别;综合研究时,则侧重于它们的联系与统一,通过概括和升华将事物的各部分、各方面、各种属性真实联结,体现事物本来面目的整体性.
综合的主要作用是通过综合把原来认为相互独立的现象放在统一的运动和过程中从而发现隐藏得更深的普遍规律. 例如,牛顿力学是物理学发展史上的第一个综合成果.牛顿在伽利略发现的抛体运动规律和开普勒发现的行星运动定律的基础上,把行星绕日、月球绕地、物体落地这些联系起来进行综合研究,最终发现了万有引力定律,联合牛顿三大运动定律实现了天上力学和地上力学的统一,建立起了经典力学的理论大厦.
二、分析思维与综合思维在物理知识学习、规律探究中的运用
在中学物理学习中经常用到分析思维与综合思维,按认知过程中对整体进行“解剖”方式的不同,归纳为以下几种方式.
1.对物理过程按空间分布进行分析与综合
例如, 对平抛运动的研究,我们采用了运动的分解、合成的方法,先把实际运动在空间上分解为水平方向和竖直方向两个独立的运动.应用力学规律逐个进行研究,然后再综合起来,得出平抛运动规律.
2.对物理过程按时间发展进行分析与综合
例如,在研究示波管的原理时,我们把电子的运动按时间的发展分解为电子枪中的加速运动、偏转电极之间的类平抛运动和荧光屏之前的匀速直线运动等几个相对独立的阶段,然后依据速度与几何方面的联系对各阶段进行综合,从而认识荧光屏显示图象的原理.
3.对物理量或物理对象进行分析与综合
例如,在静电场中,研究等量异种电荷周围某点的电场强度时,先把电荷从系统中孤立出来,然后再单独研究它对空间该点场强的贡献和作用.最后根据平行四边行定则进行“综合”,得出该点的电场强度.用此方法可以确定周围其它点的电场强度,整合到一起,形成完整的电场分布图景.
4.对复杂统一体按各种因素、方面和属性进行分析与综合
例如,对于一定质量的气体,体积(V)、压强(p)、温度(T)三者都是气体状态的重要因素,在通常情况下,它们的作用相互牵制很难找到它们之间的关系.因此,科学家将这三个要素进行分离,分别从等温、等压、等容的角度进行研究并找到有关规律,在此基础上进行综合得到理想气体状态方程.
通过上述认知思维方式的剖析,展现了运用分析与综合建立物理知识的思维过程,认识了认知过程中的分析思维与综合思维的统一,不仅使学生学会了物理知识,同时还学会了学习物理知识的思维方式,进而可以利用分析思维与综合思维自行知识学习和规律探究.
三、分析思维与综合思维在物理解题中的运用
分析思维解题是指从题目的待求量出发,首先根据题目的要求,列出包含所求量的基本公式,如果在这个基本公式中还有一个或几个未知量,就继续找出这些未知量与已知量的关系,直到公式能求解为止.即所谓的从“未知”想“需知”,逐步靠拢“已知”.列举下例,
一列火车总质量m=1000 t,机车发动机的额定功率P=2.4×106 W,在水平轨道上行驶时,最大速度是vm=24 m/s,设火车行驶过程中阻力大小不变.问:若火车从静止开始,保持a=0.5 m/s2的加速度做匀加速运动,这一过程能维持多长时间?
首先,应当把列车的启动分解为恒定牵引力作用下功率不断增大的匀加速过程、功率达到额定值后的变加速过程和牵引力等于阻力后的匀速运动过程.然后,分析思维如下:在匀变速阶段求t,依据t=v/a需求末速度v→依据v=P/F需求牵引力F→依据F-f=ma需求阻力f,阻力大小不变,在匀速阶段依据P=fvm求出阻力f.
综合思维解题则是从题目首部出发,根据题设条件和所有已知量的关系,建立一系列等式,直到建立起和待求量有联系的公式为止.即所谓的从已知看可知,并逐渐推向未知.
如,一个质量为m,电荷量为-q的小物体,可在水平轨道Ox轴上运动,O端固定在墙上,轨道处于匀强电场中,场强大小为E,方向沿ox轴正向,如图1所示.小物体以初速v0从x0处沿Ox轨道运动,运动过程受到的大小摩擦力恒为f,且f
回答此问题,如果运用分析法先求每次单向运动的的路程si,再对si求和得总路程s,这相当于一个无穷等比递缩数列的求和,显得非常复杂.但是通过分析可知,每一个对称的来回运动过程电场力做功总和为零,于是从运动开始到最终静止于O点,电场力做功的总和为qEx0;任何一次单向运动中摩擦力总做负功,所以整个过程摩擦力做功∑(-fsi)=-f∑si=-f s,以此为基础,就可以把每个小过程综合归纳为一个大过程,列出综合方程qEx0- fs =0-1 2mv2,求得总路程s.
需要注意的是,分析与综合是相互联系,辩证统一的,不应将两者截然分开.很多情况下,可以对研究对象先隔离分析再综合,或先综合后再隔离分析.对一个物理对象或物理过程是否分析,怎样分析,往往是通过综合、全面的考虑后作出的.