高中物理教学中学生思维能力的培养
物理学研究的是自然界物质形态在不同层次上的结构特征和自然界各种不同形式的运动以及它们之间相互转换的规律。由于自然界的物质种类繁多，运动形式错综复杂，相互作用又各具特征。人们为了便于分析和研究，常采取一种“简化”的方法，即对实际问题进行科学抽象化，抓住其主要特征，得到一种能反映物质本质的理想物质（过程）或假想结构，人们把这种理想物质（过程）或假想结构称为物理模型。这种抓住主要因素，忽略次要因素，充分运用抽象思维、形象思维及直觉思维建立模型的思维方法，在物理教学中是不可或缺的。它对对开发学生智力，培养学生良好的思维品质，将起到不可低估的作用。
1.剖析典型物理模型的建立和发展过程，培养思维的深刻性
纵观物理学发展史，每一个物理概念、规律和物理思想无不渗透着物理模型的探索，它们都随着物理模型的发展而不断趋于完善。物理模型是中学物理知识的载体，通过物理教师的分析和讲解，不仅使学生获得物理知识，更是培养学生思维能力的重要途径。通过引导学生剖析物理发展史上建立物理模型的案例，特别是一些典型物理模型的形成及它不断完善发展的过程，培养学生构建物理模型的科学思维与研究方法。
一些物理模型的发展建立，往往需要长时间甚至几代人的努力来完善。如原子结构模型的创 建过程，由上十九世纪末的英国著名物理学家J?J汤姆生通过研究阴极射线发现组成原子的一种带负电的粒子――电子，提出原子的“枣糕模型”；而卢瑟福从α 粒子轰击金箔时极少数α粒子发生大角度散射的现象，提出了原子核式结构的“行星运动”模型；再到丹麦著名的物理学家尼?玻尔通过把卢瑟福原子核式结构模型和量子假说结合起来，以氢光谱的实验规律为依托，提出了核外电子绕核高速旋转的“定态”轨道模型；一直到海森堡等科学家利用量子力学，指出原子核外电子无确定轨道，用疏密不同的点表示电子在原子中各个位置出现的几率，提出了“电子云”结构模型。
通过引导学生分析、体会科学家探索原子结构模型的过程中运用的科学思维方法，使学生明白每种物理模型的建立与发展都是一个动态变化过程，随着理论水平和实验方法的提高，人们不断地对模型补充、修正和完善，使物理理论更加接近真实，也更加完善。
2.利用物理模型教育生活化，培养思维的广阔性
物理模型的建立大都需要大量、丰富的知识为基础，这些知识不仅仅局限于某一专业或某一学科。从原子结构模型的建立和完善过程我们可以看出，它需要许多物理学家的加入，他们不仅有丰富的物理知识，同时还要广泛地吸取其它学科的知识，借助他人的力量来完成自己的研究。
物理新课程标准中指出：“教师要紧密联系学生的生活环境，从学生经验和已有的知识出发，创设生动的物理情境……”。我们教师要关注学生的生活经验和体验，捕捉贴近学生的生活素材，选取学生日常生活中熟悉的事例，挖掘生活中常见的物理原型，使实际问题与物理联系起来，通过分析抽象出物理模型，不仅让他们感觉物理源于生活，寓于生活，同时也能加深学生对物理模型的认识和理解，拓展学生的思维。例如：学生在学习圆周运动时，对于车在桥面上的运动不容易抽象出一个圆形的轨道，教师可以通过收集相关拱桥的图片，借助多媒体技术，找出拱桥所对应的圆周及圆心，给学生以直观的印象。诸如此类，教师通过发掘日常生活中的物理模型，使物理模型教育生活化，鼓励学生去研究、思考，开放学习空间，扩大知识背景，培养学生思维的广阔性。
3.通过物理模型的拓展与变式，培养思维的灵活性
人们遇到某一物理问题时，当头脑中原有的图式不能解决时，往往可以及时转变思路提出新的假设，从而表现思维的灵活性。但人的心理活动常具有无意识的“定势思维”，它会降低思维的灵活性。特别是学生缺乏自觉摆脱“定势思维”束缚的能力，在这方面需要教师灵活地拓展或改变物理问题情境，对相同的物理模型从不同角度提出问题，启发学生从更多的方面进行分析思考，以此来提高学生思维的灵活性。
所以我们不仅要求学生能善于利用原有模型的成果，更要敢于突破原有模型的束缚。 例如单摆模型，它的基本模型为一根细线上端固定，下端系一小球，细线的伸长和质量可以忽略，而细线的长度要比小球的直径大得多，摆球只在重力和细线拉力作用下在最低点附近做小角度摆动的装置。具体教学中，教师可以设置不同的物理情境，如双线摆、光滑圆弧轨道上的小球、放在复合场中的带电小球等等效单摆模型，使这一模型从具体到抽象，再从抽象到具体，使模型在不同情境中得到扩充和丰满，这样学生的整个认知结构将变得既稳定又灵活。
例如：平板车在水平面上做加速度为a的匀加速直线运动，加速度 a、速度v的方向如图1所示，若平板车上装有盛水的容器相对于平板车静止时，则液面倾斜的高度h为。（设容器宽为d）
解析：这道题对一般学生来讲，不容易做对。它的难点是研究对象的选取及物理模型的选择，关键点是要抓住处在倾斜面上的水不往下流而随车一起向右做匀加速直线运动这一事实为突破口。如果学生能灵活地联想到如图2所示物理模型：放在光滑斜面上的物块与斜面体保持相对静止，且与斜面体一起加速运动的模型，学生就容易计算液面倾斜时液面的高度h的结果。
4.构建全面的物理模型体系，培养思维的敏捷性
如果把物理知识体系看成一个网络系统，那一个个物理模型就是网络中的一个个结点，所以物理模型是物理知识体系的基本组成要素。中学物理中常见的一些模型，往往也是高中物理课程的主干知识。抓住了这些物理模型，就抓住了高中物理的主要知识点；抓住了模型之间的联系，也就抓住了物理知识点之间的联系与纽带。通过模型教学，促进学生物理知识结构的网络化、系统化和清晰化，帮助学生构建全面的模型体系结构及模型合理的表达形式。由于人的头脑中本身的物理模型是以图景的形式存在的，具有映象性的特征，更容易引起头脑中的共鸣，当学生运用物理知识解决问题时，将物理信息输入头脑时，能利用原有的认知结构（主要是物理模型），找出问题的主要因素从而正确快速地解决问题。 例如：真空中，速度v0 =6.4×107 m/s 的电子束水平地射入两平行金属板间，如图3所示，极板长度 L=8.0 ×10-2 m，间距 d=5.0×10-3m，极板不带电时，电子束将沿两极板的中线通过，若在两极板间加50Hz 的交流电压 u=Usinωt，当所加电压最大值 U超过某一值U0时，将开始出现以下现象，电子束有时间断（不能通过）。求U0 的大小？
解析：该题许多学生会感到茫然，究其原因，在于未能通过合理的取舍，抓住问题的主要矛盾，因而也就无法构建合理的物理模型。事实上该题的关键是电子通过两极板的时间t=L/v=10-9s 与交流电压变化周期 T=10-2s相比要少的很多，即t< 5.重视物理模型的局限性，培养思维的批判性 牛顿曾谦虚地说过：“我之所以取得这样大的成就，是因为我站在了巨人的肩膀上”。牛顿运动定律和万有引力定律并非完全是他一个人的思想，实际上他是批判地继承了伽利略、胡克、开普勒等人的观点，把实验验证和理论推导有机的结合起来。物理模型的产生不能脱离一定的背景理论知识和背景实验材料，这种知识和材料反映了当时的物理学发展的水平，这就使得任何物理模型都有一定的适用条件，也存在一定的局限性。因此当我们引导学生建立物理模型时，一定要使学生清楚每个物理模型的适用条件及它在多大程度上反映了事物的哪些特性。 例如分子动理论中有关分子间作用力的分析，我们通常引入弹簧模型加以类比。但是弹簧的弹力与分子间的作用力仅仅在定性方面有相似，从定量角度看差异非常大。由此可以看出，利用弹簧模型类比来研究分子间作用力是有一定的局限性的。又如在计算两物体间的万有引力大小时，当两物体可看作质点时，用万有引力定律的公式来计算其作用力；当一个很小物体（相对某星球）在星球表面时，可把它们看作质点――球体模型，也可以直接利用万有引力定律的公式进行计算它们间的作用力；但如果把一个物体放到星球的中心或两个物体距离很近时，还能直接利用此公式计算吗？这就是思维的批判性的体现。 利用物理模型的简洁性及图象性的特征可以帮助学生有效地解决物理问题。但是物理模型是不能简单而任意推广的，当新的物理情景出现时，往往不会和原有情景完全相同，此时我们教师应指导学生对头脑中原有模型进行批评性的思考，抓住主要矛盾，构建更加完善合理的物理模型。
