物理实验与学生思维能力的培养

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物理学是一门以实验为基础的科学。在当前物理新课改中，广大的物理教师普遍重视物理实验教学，注意培养学生实验能力，尤其是培养学生在物理实验中的直觉思维和抽象思维的能力。
物理实验，无论是教师的演示实验还是学生的分组实验，对学生来说，其思维特点一般是从直觉思维过渡到抽象思维。其基本规律是：观察→直觉思维→想象→抽象思维→本质揭示。
学生的直觉思维是以定势的心理包含了自己的全部知识来认识探索问题的。例如高中实验“研究平抛物体的运动”，有A、B两个小球，在某一高处同时释放，给A球一定的弹力，使其向水平方向飞出做平抛运动；B球竖直落下做自由落体运动。实验前有三种不同的答案：①大部分学生认为B球先落地；②一部分认为，A、B同时落地；③少部分认为A先落地。实验后学生通过直观，两球总是同时落地。为什么A、B两球总是同时落地呢？这就要通过学生以直观形象思维为次的感受贮存，以抽象思维为主的判断逻辑推理，通过开掘和启动大脑想象区域中的脑细胞，进行创先性的抽象思维，大胆设想，不拘俗套，解剖、揭示其现象的本质，得出最佳实验结论：平抛运动实际上是两个分运动的合运动：一个是水平方向物体由于惯性而保持的匀速直线运动，其速度等于平抛物体的初速度；而另一个是竖直方向物体在重力作用下的自由落体运动。这就不难解释A、B两个小球总是同时落地的了。
既然两球都受同一重力作用且同时做自由落体运动怎么会不同时落地呢？可见直觉思维与抽象思维的结合是不言而喻的。直觉思维是以客观存在为原型，是对客观事物一种近似反映。为了进一步揭示事物的本质，把原型想象成理想化的模型。可以把地球、太阳、月亮看成是一个点，即一个质点，忽略其形状、大小；研究某一系统时，把其中非常复杂的部分看成是一个黑匣子；在力学和声学实验中，想得到绝对真空一般是很难实现的，我们把稀薄的空气当成真空；在热学实验中，想得到绝热条件也是很难的，我们把物体想象成处在理想化绝热条件下，这都是抽象过程。这些由直观到抽象，使事物本身理想化，能使学生由难变易，由复杂变简单，绕过了难点，缩短了学生的认识过程，还有，物理力学中的刚体、完全弹性体、电学中的电势、电力线、电磁学中的点电荷、磁力线、流体力学中的流线等等，都是抽象思维在物理实验中的产物。
同时，抽象思维对想象力的培养也起着重要的作用。在物理实验教学中，在加强直观、抽象思维能力培养的同时，要发挥学生丰富的想象力，鼓励学生善于运用生活中所熟悉的旧模遽想新型。在初中物理关于“电流”和“电池”的演示实验中，学生很直观地看出用两根金属丝（导体）、一块锌片、一块铜片、一杯稀硫酸即能使小灯光发光，学习兴趣顿时高涨。但对小灯为什么能发光？电池又是如何产生的？学生的回答往往过于简单。教师单纯地讲“因为导体中电荷的定向移动形成电流”，学生一般也难以接受。这时教师应注意到直觉思维同抽象思维交叉、互补进行。电灯发光是可以看见的，而负电荷看成是一个个活泼可爱的“蓝精灵”，把正电荷看成是一个个小巧机灵的“红精灵”，正电荷“红精灵”定向移动的方向规定为电流的方向。一根导线能传“电”？要通过直觉→抽象→想象→形象的思维规律，把一个很难理解接受的物理现象活龙活现地印在学生大脑中，使学生终生难忘和受益。实践证明，他们在今后的学习中，都可以把抽象的磁力线、电力线、流线、磁场、电场等等这些看不见、不占据空间、很少接触、比较深奥，但又确实存在的特殊物体，想象成为一个个具有生命力的自己所喜欢熟悉的小生物。这样就容易懂，记得牢，课堂活跃，有利于提高学生学习物理的兴趣和分析问题、解决问题的能力。
教学实践证明，在物理实验中，加强学生直觉思维和抽象思维的培养，对教学质量的提高是一个重要的问题。教师有意地运用直观原型激发学生想象创造新形象，化大为小，化动为静，化无为有，化看不见为看得见，化办不到为办得到。用科普的语言、科学的思维、科学的技能引导学生不断地运用掌握的知识去想象、去探索未知的、奇妙的、缤纷的物理世界，也就能使学生的抽象思维能力不断地发展。
抽象思维能力的发展，不仅有利于培养学生的各种能力，而且有利于促进物理概念和物理规律的掌握。一部物理学史同时也是一部物理学研究方法的发展史。物理教科书是无数科学家运用物理实验通过直觉思维到抽象思维的过程而获得的关于自然规律的正确认识。可见，我们物理教学工作者也要特别注意培养学生的直觉思维能力和抽象思维能力。