物理与丁程Ｖ０１．１８Ｎｏ．５２００８物理教学中的三类物理图像张祖荣江遴汉曹慧４１００７３）（国防科技大学理学院物理系，湖南长沙（收稿日期：２００８—０３－２８）摘要本文总结了物理教学中经常遇到的三类物理图像，并对三类物理图像进行了解释和举例说明，指出了物理图像在教学中的重要意义．教学法；物理图像；形象思维；抽象思维关键词型化的形象．我们把它们分别称为第一类、第二类１前言和第三类物理图像，其中前两类图像的获得得益于形象思维，第三类图像的获得得益于抽象思维．２．１第一类物理图像第一类图像是指可以画在纸上的物理图形，大多数是物理工作者们为了形象地表达某一问题而专门设计的．有些物理图形是要面生活中的真实存在，但却不是简单地将它们直接搬到纸上，而是引进一些特制的图形，这些图形突出了所要表达问题的主要特征，忽略了一些次要因素，使复杂的真实图像简洁、明了又能说明问题，比如，力的示意图，人们正是抓住了力具有方向和大小这一主要特征，因此借助有向线段来表示它；有些图形是想象和虚构的，比如电场和磁场的图像，它们看不见、摸不着，但是物理大师们虚构出了电力线和磁力线将电场和磁场形象地呈现给读者；还有一些图形是为了直观地表现物理量之间的关系而教学法，即教学的方法，是指教师和学生在教学的过程中，为实现教学目的、完成教学任务所采用的途径和程序．它具有鲜明的时代特征，随着时代的前进，人们认识的转变，对教学法的要求也会发生转变．如今，社会大力提倡科学素质的教育，突出创新能力的培养，要达到这一目的，教学方法的改进是当务之急．目前，各大高校都在积极地进行教学法的改革，改变传统的教学方法为现代的启发式教学．如何实现启发式教学？布鲁纳提出的“发现法”；赞科夫提出的“间接法”；还有“悬念式”、“讨论式”、“提问式”等，都是实现启发式教学的有效方法．目前关于启发式教学的具体方法还在不断的探索之中．２三类物理图像画，如振动曲线、波形曲线、状态图、速率分布曲线，等等．如今随着多媒体技术的介入，过去很多图像教学法正是启发式教学的又一具体方法．什么是图像教学？物理学的研究对象是真实存在的客观世界，而呈现在我们面前的是书本上大量的物理概念、原理和规律，联系这两者的正是物理图像．爱因斯坦说：“把人们引向世界的强烈愿望是人们总想以适当的方式画一幅简单和易领悟的世界图像”．正是物理图像拉近了平凡人和物理学之间的距离，让人们感受到物理学是有“生命”的，是“平易近人”的．这里提到的图像教学不仅包含狭义上的用一个看得见图形来表示物理问题，也包括对物理概念和物理规律形象化的理解，以及深刻理解物理概念和物理规律的内涵后，抽象出来的一个稳定的思维模式，从而在头脑中形成模画不出来的图像现在可以画了，过去是静止的图像现在动起来了，例如有人提出的数字物理教学［１］，其中一个工作就是通过数字模拟方法将解析结果代数形式转化为几何形式，即图像，并且能动态地演示各变量或参数对结果的影响．我们能看到越来越多的具体图像，应该感谢这些人的辛勤劳动，有了这些图像，我们理解相关知识就容易得多．２．２第二类物理图像第二类图像是对一些物理概念和规律形象化的理解，它们往往不能画在纸上，但可通过言传来意会，人们头脑中照样拥有可供彼此沟通的图像．一般来说，宏观世界强墒拥模嗣瞧咀鸥芯蹙湍?达到对它形象化理解．而对于微观世界，人们看不万方数据物理与丁程Ｖ０１．１８Ｎｏ．５２００８见，摸不着。这时应强调以通过人的形象思考来理解这个世界，给微观世界画一幅准确的图像．例如微观粒子的波粒二象性，物理教师讲到这里时都会阐明：微观粒子，比如光子、电子等等，是粒子，也是波，但不是经典的粒子，也不是经典的波．这种讲法没有丝毫差错，却不易被初学者理解．为了形成波粒二象性的图像，我们不妨做这样一个类比口］：在二维世界里，圆和长方形是两个不相干的图形，然而在三维世界里，这两者却可以统一到圆柱形上，圆柱形是三维世界的客观存在，它不是圆，也不是长方形，却兼有两者的特征，二维世界里没有圆柱的对应物，但当我们去观测时，从圆柱上方观测，得到圆形；从圆柱侧面观测，得到长方形．有了这个类比，我们对微观粒子波粒二象性的图像也就清楚了：微观粒子是微观世界的真实存在，在宏观世界里永远找不到它对应的具体图像．我们要认识它，只有通过观测，当我们观测它通过光栅时，就表现为波动性，当我们观测它与物质相互作用时，就表现为粒子性．这幅图像虽然画不出来，但经过上述解释，听者应该心领神会．另外，物理学大量使用数学，用它简洁而准确地表达物理概念、原理和规律，并作为“推理”工具，进行逻辑演绎，从一个规律导出另外一个规律．这种数学化的处理往往使人忽视了物理图像，将物理学当成数学一样来学习：死记一些