物理思维——从好奇探索世界
王铁桦
一、 以物理眼光发现世界
谈到物理，大家首先会有一个疑问，我们为什么要学物理？
随着高新科技日新月异的发展，我们身边的万事万物都和物理发生着这样那样的联系。物理无处不在，物理又需要我们去发现。在看似眼花缭乱的科技外表下，很多学生在面对物理学科时会产生一种神秘感。
神秘感有引发好奇心的一面，但是过于神秘就走向了另外一面，会阻碍学生的发现和探究。神秘感的负面效应往往在学生刚踏入课堂学习物理时就“被开始”了。当学生怀着好奇向教师或家长问这问那时，他们也许会得到这样的回答：这个问题太复杂了，说了你也不懂，等你以后进了高中、大学就会知道了。这样的回答不会激发学生继续求学的热情，反而会扼杀学生探索、发现的好奇心。更何况，物理不会穷尽，它始终在不断地发现中。学习物理就是要激发孩子们发现的好奇，传授给孩子们发现的方法，培养孩子们发现的精神。
物理发展中这样的事例比比皆是。我们每一个人可能从出生那一天就会看到头上的蓝天，但是为什么天空是湛蓝色的？为什么天空出现晚霞时，晚霞是红色，而周围的天空还是蓝色的？为什么海水也是蓝色的？这是古往今来无数人都看到的自然景象，也有无数人发出疑问，但是蓝天白云的背后却是深奥的物理问题——这个称为瑞利散射的光学现象直到1900年才被英国物理学家瑞利勋爵发现。他在印度对人人习以为常的蓝天产生了思考，提出假设，利用海上远航的机会完成了实验证实，揭开了这个物理之谜。
我所喜欢的物理学家费曼说过：“研究物理不是为了荣誉，也不是为了奖章和奖金，而是因为它好玩，是为了一种纯粹的发现的快乐——探明自然如何运作，什么使它如此精确。”在物理学习中，应该激发学生对学习产生一种趣味，破解他们对科学所产生的畏惧，并使学生在学习过程中感受发现的乐趣，由此转化为志趣，进而确立为自己的志向。
学习物理的过程，也是我们学习怎样来观察和描述世界的过程，也就是发现我们这个世界的过程。
我觉得学过物理和没学过物理的人看待这个世界是不一样的。比如在面对一只美丽的蝴蝶时，艺术家会用艺术的方式把他所感受到的美描绘下来；学过物理学的人，会具备另一番眼光来看同一件事物，从运动看，从更小的尺度看，乃至从宇宙的角度看蝴蝶，会发现世界别样的美！也许不是每一个学生都会成为物理学家。但是这不会影响他们发现物理的美，发现人类如何探索物理世界的过程。
二、 物理探索有着简洁和美
物理充满着实践的美。同样是费曼的例子，可以说明如何用物理知识直观地揭示出深奥的科学道理。美国“挑战者”号航天飞机发射失败后，全国上下极为震惊，费曼作为唯一的一位科学家，准确地说是一位理论物理学家，参与事故原因的调查。当时对于凝结人类最高科学水平的航天飞机为何爆炸众说纷纭，而费曼凭借他的物理素养，完成了详尽的科学报告。在调查委员会举行的记者招待会上，费曼面对参加直播的记者和电视前的全世界观众,将一个航天飞机上的垫圈浸入一杯冰水中，过了一小会儿取出垫圈，用小锤敲击垫圈，垫圈立即破裂粉碎了。正是这个极为简单但非常直观的实验，向公众揭示了造成航天史上最大灾难的根本原因——低温下橡胶失去弹性!
所以在我们的物理课堂中，需要有既包含物理知识又丰富直观的案例来帮助学生理解物理，这应该成为物理教学的发展方向。如果说以前我们教师满足于能不能把这个学科体系知识阐述清楚，学生满足于能不能系统记忆学科知识，那么现在物理学习更强调实践能力等综合素养的提升。
清晰而系统地传授物理学科知识，这当然具有很大的价值。然而在今天，要学生把所有知识都吸收是不可能的，所以我们需要学习方式的改变。从过去以知识学习为中心，更多地转变到能力、素养的提升，促进学生从单一的接受型学习转化为发现型、研究型的学习。早在20世纪初，美国学者杜威提出的“教育即生活”教育思想和我国教育家陶行知“做中学”的教育理念，在今天依然值得我们去探索和实践。教师不再是单纯的知识传授者，而是对学生具有引领能力的引导者。
不可能每一个孩子在未来都成为科学家，学生有各自的天赋与发展方向，最终成为各式各样对社会有用的人。所以如果单纯强调物理的学科价值，就无法作为每个学生的目标。中学物理有着丰富的内涵和吸引力，自然会有一部分学生被其吸引，由对物理的兴趣并转化为志趣和志向。
三、 学好物理需要具备的特质
如果说学习物理学需要天赋的话，我觉得有以下几点学生应该努力加强。
（一） 强烈的学习热情
对物理强烈的热情是必须要有的，学生有了热情才有可能探索更高深的物理问题。在很多时候，学生为了考试而学习物理也会展现出热情，只不过这种功利的热情往往缺乏持续内驱力，无法真正学好物理。这种现象需要老师和社会教育引导。
（二） 对话的意识和能力(https://www.daowen.com)
很多教师或是家长会以学生上课时是否好好听课作为判断学习方法优劣的标准。然而，物理学习光是被动的听讲、被动的接受是不够的，还要主动的参与。学生能不能和周围的物理世界对话，他眼中的整个世界有没有被激发出物理的联系，这是深入学习物理的前提。如同前面我举的例子，当大家看到湛蓝的天空，有人会引发诗情，有人会和物理原理结合起来，更多的人也许会习以为常。能引发出诗意的人，未来可能是艺术家；能引发出科学动机的，未来可能是科学家、发明家。
要学好物理，就要善于和自己对话，不断地去问自己，并反省自己的想法。不仅如此，还要积极与同伴对话。很多学生缺乏和同学对话与交流的习惯。同伴对话在物理学习中是非常重要的。当然，和教师的对话同样重要，不能只是接受式的听从，要做到对权威不盲从，要在与教师的交流中吸取精华，实现新的超越。
物理学习的一个重要方法就是要善于和书对话，即善于读书。如果我们读物理书仅仅是为了获得某个终结的结论，或是为了寻找到解题的秘籍，而不是为了获取物理思想和解决问题的方法，那么就不是在学物理。比如在电学中有一个重要的内容是电路分析。当电路中某个因素发生变化，整个电路中的其他各要素就会随之发生改变，这需要从局部的变化开始，遵循相关物理原理去分析因果关系，从电压、电流的局部变化推演到整体的变化，再回归到对局部的影响，这个过程需要细致而周密的推演和分析。如果学生只是背诵一些口诀，不去探究背后的原理，不去锻炼自己逻辑推演的能力，这样的学习是没有意义的。
（三） 通过训练提高解决问题的能力
在学习物理的过程中，通过训练提高解决物理问题的能力是必要和有效的。教师会利用一些假想的情景训练学生的物理能力，这就是我们通常说的做练习题。做题是一个训练的过程，是物理学习中很重要也很有必要的手段。无论是书本上的物理知识，还是物理实验操作能力和大脑的思维能力，这些都是需要通过训练才能获得提升的。这是每一位希望在物理学方面有所成就的学生必须跨过的坎。作为教师，在设计练习题时，应该能让学生在获得物理知识的同时加深对物理的理解，体会物理学解决问题的思想方法。如果设计出来情景背离了物理的可能性，就脱离了本来的物理价值。
（四） 具备深厚的数学基础
数学是每一位希望深入学习物理的学生必须掌握的学科。高中物理进入到了半定量的阶段，比如牛顿经典力学不再是简单观念性语言的描述，而是数学的表述。对物体的运动需要建立相应的物理模型和数学模型，运用数学的方式建立起物理状态参量在物理过程中的变化和联系，这些都需要学生具有扎实的数学基础。但是我们也要避免为了数学而用数学，认为只有高深的数学才是物理所需要的。有很多同学存在这样的学习误区，往往在做题中喜欢用超前学到的数学工具解题，比如用微积分解决物理问题。我觉得从问题解决上看，用何种数学方法没有优劣之分，不管是用简单的代数或是直观的几何，还是用诸如微积分等高深的数学知识。如果学生还不能理解数学方法在物理中的意义，那么他即使能使用微积分等方法来解题，依然没有理解数学对物理的意义。
四、 为学好物理插上翅膀
作为教师和家长，希望学生和孩子学好物理，应该从以下几点入手，为孩子插上学好物理的翅膀。
（一） 保持一种好奇心
好奇心是物理学习的原动力。保持学生的好奇心，就是要鼓励和激发学生发现的好奇。例如，孩子如果能说出花园里各式各样的植物，并不是聪明的唯一表现。如果他们能够通过对蝴蝶和蛾子的观察，比较出不一样的地方，或者好奇同样在天空飞的蝴蝶和蛾子飞行方式的区别，它们又和鸟有什么区别等问题，那么这类孩子就具备了学好物理所必需的好奇心。他们善于观察，善于从被动的“听”转换成主动的“看”。所以教师和家长要鼓励孩子学习对周围事物进行观察，要善于提出问题，多问为什么。
（二） 家长对孩子不能拘泥于“全面发展”
学习物理需要不同的天赋，即使是物理学家也有不同的天赋，有的善于实践，有的则表现出很强的理性思考和逻辑思维能力。前者是实验学家，后者是理论学家，他们各自的研究方法也不一样。要求每个孩子都能学好物理是片面的，但是从发展的眼光看，每个孩子都能学好物理。人并不是万能的，很多时候人的成功取决于能否让人把有限的智慧直接用在特殊的方面。
（三） 引导孩子关注物理思维方法
物理是一门科学，不只是要求学生记住名称，记住物理定律的字面表述，而是要让孩子学会观察。在观察的基础上，探究物理现象内在的联系，理解现象的意义。物理的基本思维方法是发现问题，做出假设，然后进行验证，得出结论，由此不断发现事物的本质。然而很多孩子会将假设当作真理，缺乏验证和批判的过程。所以物理思维关键在于能否对自己的假设做出验证，能否用自己的假设对现象做出合理的解释。思维品质的提高是在课程学习中不断获得、在实践中不断提高的。教师和家长要积极引导孩子对周围的事物进行观察，鼓励孩子做出自己的判断，并积极加以检验。
上海市物理特级教师。毕业于复旦大学物理学系，获得香港教育学院教育学硕士学位。现任上海市奉贤区副区长，兼任上海市第十二、十三、十四届人大代表，民进上海市委常委，上海市教育学会物理教学专业委员会副理事长，上海市物理学会常务理事，上海科普作家协会常务理事。荣获上海市园丁奖，全国教育系统劳动模范，并被授予“人民教师奖章”。担任上海《自然》(上海牛津版)、《科学与技术》教材主编和《上海物理课程标准解读》副主编，上海市“二期课改”物理教材撰稿人。主要著作有《自主物理实验》《高中学生自主实验课程的实践研究》等，曾在各类教育杂志上发表《把可爱的物理学教给学生》等几十篇论文。在物理教学、物理实验课程建设、基础教育信息化实践、科学教育课程改革等方面，都有一定的研究。