本文對物理思維的智力結(jié)構(gòu)給出一個三維的集合模型，并在此基礎(chǔ)上對思維能力的培養(yǎng)、思維教學(xué)的策略以及怎樣擺脫“題海大戰(zhàn)”等問題作一些探討。
模型
物理思維是一個信息處理系統(tǒng)，其智力結(jié)構(gòu)可用圖1所示的模型來表示。它有三個智力維模式
模式
思維是人腦加工信息得出科學(xué)結(jié)論的心智活動過程，一般說來，它包括若干個環(huán)節(jié)，形成連貫的思維操作序列或程序。在一定的知識度，每個智力維度包括4～7個智力因子?？紤]到各智力因子的不同組合，共可形成150多個思維元素。對于簡單的物理思維活動，其智力構(gòu)成僅對應(yīng)于一個思維元素；對于復(fù)雜的思維活動，其智力構(gòu)成需要用幾個思維元素的組合來表示。物理教學(xué)中思維訓(xùn)練的任務(wù)，就是根據(jù)智力結(jié)構(gòu)模型，在學(xué)生的大腦中塑造思維元素集合，形成完整的物理信息處理系統(tǒng)。領(lǐng)域內(nèi)，思維活動中操作的程度是相對固定的，或者說遵循著某種格式，如同電腦解決問題時遵循軟件規(guī)定的運算程序一般。這種程序化的思維格式，即思維模式。思維模式是較具體的東西，它跟知識內(nèi)容緊密地聯(lián)系在一起，屬于最基本的物理思維能力。在中學(xué)物理領(lǐng)域內(nèi)，重要的物理思維模式有以下數(shù)種：平衡──非平衡模式、守恒──不守恒模式、磁場模式、電路模式、光路模式，另外還有若干種不甚普遍的模式，均歸入其它。試就力學(xué)中的主要模式舉例說明。
平衡──非平衡模式這是經(jīng)典物理中最基本的思維模式，由伽利略、牛頓創(chuàng)建。牛頓認為，自然界中的一切物體，不是處于平衡態(tài)，就必定處于非平衡態(tài)。如果處于平衡態(tài)，則它一定遵從平衡規(guī)律；如果處于非平衡態(tài)，則它一定遵從動力學(xué)定律。因此，任何力學(xué)問題，在原則上都可以按照下面的思維操作程序求解：1．選定研究對象，分析它的運動情況，判定它處于平衡還是非平衡態(tài)；如果處于非平衡態(tài)，則還要確定它參與哪種典型運動（勻變速直線運動、勻變速曲線運動、圓周運動、簡諧振動等）。2．分析受力情況作受力圖。如果受力較復(fù)雜，還要進行力的分解與合成。3．根據(jù)平衡原理或動力學(xué)定律（有些復(fù)雜問題，還要配合運動學(xué)規(guī)律、幾何關(guān)系等）進行推理，導(dǎo)出結(jié)果。
例如，質(zhì)量m＝2．0千克的小鐵塊靜止于水平導(dǎo)軌AB的A端。導(dǎo)軌及支架ABCD的形狀及尺寸如圖2所示，它只能繞通過支架D點的垂直于紙面的水平軸轉(zhuǎn)動，其重心在圖中的O點，質(zhì)量M＝4．0千克。現(xiàn)用一細線沿導(dǎo)軌拉鐵塊，拉力F＝12牛，鐵塊和導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù)u＝0．50。重力加速度g＝10米／秒2。從鐵塊運動時起，導(dǎo)軌（及支架）能保持靜止的最長時間是多少？
理解題意后，可選定小鐵塊為研究對象，它處于非平衡態(tài)，沿水平向右做初速為零的勻加速直線運動。再選取導(dǎo)軌（及支架）為研究對象，它處于平衡態(tài)。當小鐵塊在導(dǎo)軌上運動到離左端某距離處，導(dǎo)軌（及支架）過渡到將失去平衡的臨界狀態(tài)，此時支架的左腳C受到地面的支持力減為零。分別畫出小鐵塊、導(dǎo)軌（及支架）的受力圖，根據(jù)牛頓第二定律的有轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡條件列出方程，配合運動學(xué)公式，即可解得所求。
守恒──不守恒模式在力學(xué)中，除了從瞬時態(tài)的角度來研究運動和力的因果關(guān)系外，還經(jīng)常從過程的角度來研究因果關(guān)系，以便更快地推出科學(xué)的結(jié)論。眾所周知，在機械運動中，只有兩種過程：守恒過程和不守恒過程。從能量的觀點來分析，如果系統(tǒng)內(nèi)只有保守力做功，則系統(tǒng)遵從機械能守恒定律；如果還有其它力做功，則遵從質(zhì)點的動能定理。從動量的觀點來分析，如果外力對系統(tǒng)的作用可以忽略，則系統(tǒng)遵從動量守恒定律；如果外力對系統(tǒng)的作用不能忽略，則系統(tǒng)內(nèi)各質(zhì)點遵從動量定理。因此，任何力學(xué)問題，在原則上又都可以按照下面的思維操作程序求解：1．選定研究對象（系統(tǒng)），分析受力情況，檢查守恒條件是否成立。2．分析運動情況，選取運動過程，確定初態(tài)和末態(tài)的能量或動量。3．如果守恒條件成立，則根據(jù)守恒定律進行推理；如果守恒條件不成立，則應(yīng)用質(zhì)點的動能定理或動量定理推出結(jié)論。
思維模式是引導(dǎo)思維活動演進的程序。當若干個個別的思維活動具有相同或類似的操作序列時，就可概括化為某種思維模式。概括的實例越多，概括化的程度越高，模式的適用范圍就越廣、越普遍，相應(yīng)的思維水平也就越高。例如守恒──不守恒模式不僅適用于處理力學(xué)問題，還可推廣到熱學(xué)的領(lǐng)域。各氣體定律可納入守恒定律的思維模式：當滿足一定的守恒條件氣體狀態(tài)量的函數(shù)式（PV、P／T、V／T、PV／T）的值不變。內(nèi)能與熱功的關(guān)系，可納入動能定理的思維模式：對于選定的變化過程，狀態(tài)量內(nèi)能的改變等于過程量功與熱量之和。
引導(dǎo)學(xué)生對思維活動進行概括，是進行思維模式教學(xué)的手段?，F(xiàn)代心理學(xué)認為，中學(xué)生的思維水平處在由具體運思階段向形式運思階段過渡時期。在教學(xué)中常發(fā)現(xiàn)，有不少學(xué)生遇到問題時，往往從某個特定的條件出發(fā)，找公式，計算，反復(fù)嘗試不同的方法，最后求得解答。其思維操作冗長（其中不少操作是多余的），解法不具有普遍性，這些學(xué)生的思維水平尚處在具體運思階段。另有一部分學(xué)生，他們解題時胸有成竹，幾乎不需嘗試，就以簡短的程序得出答案，解法具有普遍性。這些學(xué)生的思維水平已發(fā)展到形式運思階段。為了促進思維能力的發(fā)展，在教學(xué)中要善于引導(dǎo)學(xué)生概括自己的思維過程，把新事物納入已有的思維模式之中，促使思維模式愈益普遍、概括化，這是培養(yǎng)物理思維模式開展思維訓(xùn)練的基本教學(xué)策略。
技巧
物理思維技巧是物理方法的升華，它是創(chuàng)造性地解決物理問題、發(fā)展理論的源泉。如果說物理思維模式是某一知識領(lǐng)域內(nèi)較具體的基本的思維能力，那么，物理思維技巧則是貫穿物理學(xué)各知識領(lǐng)域普遍適用的思維能力。物理思維技巧又是指導(dǎo)思維活動的策略，是思維活動中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。中學(xué)物理常用到的思維技巧主要有：理想化、形象化、數(shù)?；?、分選化、歸比和類比。試就理想化和化歸舉例說明。
理想化 為了揭示復(fù)雜的物理現(xiàn)象的本質(zhì)，物理學(xué)家往往采用“簡化”的方法，對客體進行科學(xué)抽象。在制約著客體的眾多因素里，把作用小、不影響本質(zhì)的次要因素予以忽略，將事物抽象成只具有原事物主要因素的模型。所謂理想化，就是把客體抽象成模型的思維方法。
理想化是物理學(xué)中最重要的科學(xué)方法之一，中學(xué)物理教材幾乎全都是在理想化思想指導(dǎo)下取得的人類智慧的結(jié)晶。自由落體運動、拋體運動、行星運動、單擺、理想氣體、勻強電場、點光等等，無一不是理想化的過程或模型。下例說明在分析物理問題時，如何運用理想化的技巧，從而使問題化難為易的。
例如，在真空中速度為U＝6．4×107米／秒的電子束連續(xù)地射入兩平行極板之間。極板長度為L＝80×10－2米，間距為d＝5．0×10－3米。兩極板不帶電時，電子束將沿兩極板之間的中線通過，如圖3所示。在兩極板上加50赫茲的交變電壓V＝V0sinωt如果所加電壓的值V0超過某一值Vc時，將開始出現(xiàn)以下現(xiàn)象：電子束有時能通過兩極板；有時間斷，不能通過。
1．求Vc的大小。
2．求V0為何值才能使通過的時間（Δt）通。跟間斷的時間（Δt）斷之比（Δt）通：（Δt）斷＝2：1。
這里考慮的焦點是兩極板間的電場對飛行電子束的作用。由于兩極板上加交變電壓，在電子飛行過程中場強將發(fā)生變化，電子的運動將比較復(fù)雜，不易處理。但是，當電子飛越電場所用的時間t跟交流電壓的周期T相比非常小時（本題就是這種情況），電子飛行過程中電場的變化可予忽略，因而對于某個飛行電子來講，可理想化為它受到靜電場的作用，變類似于物體在重力場中做平拋運動，問題就較易解決。
化歸 化歸指的是轉(zhuǎn)化與歸結(jié)，即把物理中待解決或難解決的問題，不斷地將它變形，直至歸結(jié)為某個（或某些）已經(jīng)解決或能夠解決的問題，最終求得原問題的解。
化歸法是一種重要的思維技巧。深受人們稱贊的曹沖稱象所運用的就是化歸法，把測定大象的重量（超出秤的稱量范圍）轉(zhuǎn)化為分別測定等效的若干石塊的重量。初中物理實驗《用毫米刻度尺測細金屬絲的直徑》所運用的也是化歸法，把測定一根金屬絲的直徑（小于尺的最小分度值）轉(zhuǎn)化為測定密繞n匝的金屬線圈直徑的長度?！ ?BR> 運用化歸法遵循的原則是物理上的等價性或等效性。手段有分解與迭加、極限與臨界、轉(zhuǎn)化與代換、逆序與反演等。僅就極限法舉例說明。
例如，試證明：平行板電容器間的電場強度E＝4πk(Q／s)，式中Q是極板所帶電量，S是極板的相對面積，K是靜電力常量。
在普通物理教科書里，該公式采用積分法導(dǎo)出，超出中學(xué)生的數(shù)學(xué)水平；如果運用極限法，推導(dǎo)可簡捷。
設(shè)想有兩個同心金屬球殼，分別帶上等量的異號電荷（圖4）。當半徑趨向無限大時，從內(nèi)外球殼層割取的一部分就相當于平行板電容器，其間的電場就相當于勻強電場。設(shè)內(nèi)球殼半徑為R；帶電量為Q，則殼層中間距球心R處的場強E＝kQ／R2。因為內(nèi)球的面積S＝4πR2，上式可寫成S＝4πk(Q／s)(R1／S)2。當球半徑R趨向無限大時，R1／R2趨向于1，得E＝4πk(Q／s)
思維教學(xué)要以模式訓(xùn)練為基礎(chǔ)，在學(xué)生頭腦中建立起思維定勢。同時，又要貫徹發(fā)展的原則，培養(yǎng)凌駕于模式之上的思維技巧，使學(xué)生掌握物理思維的精髓。現(xiàn)代心理學(xué)認為，認知的發(fā)展和成長產(chǎn)生于“平衡化”過程或“自我調(diào)節(jié)”。當遇到的新事物與已有的認知不一致時，人們利用自我調(diào)節(jié)消除與給定信息中的不一致，來達到認知與客體的平衡，原來的認知就得到發(fā)展。如果在教學(xué)中向?qū)W生提出與已有的認知不一致的問題，同時引導(dǎo)學(xué)生成功地消除與已有認知的不一致，就能促使學(xué)生的思維技巧得到發(fā)展。平衡化，這是培養(yǎng)物理思維能力、開展思維訓(xùn)練的又一基本教學(xué)策略。
品質(zhì) 思維品質(zhì)又叫思維的智力品質(zhì)，是思維發(fā)生和發(fā)展中所表現(xiàn)出來的個性差異。這種差異，不僅在物理思維中而且在一切思維活動中體現(xiàn)出來。目前，心理學(xué)界對思維品質(zhì)的認識尚未統(tǒng)一，但就物理思維訓(xùn)練而言，需要培養(yǎng)的思維品質(zhì)成分主要有四種：周密性和廣闊性、深刻性、靈活性、批判性。簡述如下；
周密性和廣闊性它是指思維活動的思路廣闊，考慮問題周到、精細，善于全面地考察研究對象，能從多種多樣的聯(lián)系與關(guān)系中去認識物理問題。為了培養(yǎng)思維的周密性和廣闊性，在知識教學(xué)中，可采用聯(lián)想教學(xué)法和類比教學(xué)法，發(fā)展知識的橫向聯(lián)系。在解題教學(xué)中可選用多答案題和陷井題，訓(xùn)練學(xué)生全面、細致地思考問題的能力。
深刻性 人類的思維是理性思維，它集中表現(xiàn)在善于透過表面現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)，即善于用概念、規(guī)律去揭示問題的本質(zhì)特征，預(yù)計事物的發(fā)展進程，這就是思維的深刻性。思維的深刻性集中體現(xiàn)出思維的概括特點。中學(xué)生常說，物理難學(xué)，原因之一也就在于物理概念、規(guī)律的概括性強。培根說過，物理學(xué)使人深刻。可見物理思維對深刻性具有獨特的要求。
要培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性，在知識教學(xué)中要抓住物理概念、規(guī)律的本質(zhì)屬性與本質(zhì)特征，將深刻的物理意義揭示得淋漓盡致。在解題教學(xué)中，要不斷引導(dǎo)學(xué)生透過現(xiàn)象把握因果關(guān)系，摒棄問題的非本質(zhì)特征，使之思考問題深謀遠慮，發(fā)展思維的深刻性。
靈活性 物理思維的靈活性指的是善于從舊的模式或通常的制約條件中解脫出來，隨機應(yīng)變地思考問題；能通權(quán)達變、不死守常規(guī)。靈活性的特點是多開端、精細和新穎，對應(yīng)于一種推測、發(fā)散、想象、創(chuàng)造的思維過程。
為了培養(yǎng)思維的靈活性，在知識教學(xué)中要抓知識之間的“滲透”和遷移，適當采用發(fā)現(xiàn)式教學(xué)法。在解題教學(xué)中，通過一題多解、一題多變，培養(yǎng)發(fā)散思維，鼓勵學(xué)生發(fā)展求異思維，挖掘新解題法，越獨特越好。
例如，有兩只伏特表A和B，量程已知，內(nèi)阻不知等于多少。另有一干電池，它的內(nèi)阻不能忽略，但不知等于多少。只用這兩只伏特表、電鍵和一些連接用導(dǎo)線，能通過測量計算出這個電池的電動勢（已知電動勢不超過伏特表的量程，干電池不許拆開）。
1．畫出測量時所用的電路圖。
2．以測得的量做為已知量，導(dǎo)出計算電動勢的式子。
測量電池的電動勢是個老題目，常規(guī)的方法是用安培表和伏特表?；蛴冒才啾恚ǚ乇恚┖碗娮柘?。本題給了兩塊伏特表，因而必須擺脫常規(guī)，尋找新的測定法。在推導(dǎo)計算電動勢的式子時，共有五、六種方法，都根據(jù)閉合電路和外電路上的規(guī)律，可讓學(xué)生按各自的思路去探求，并到黑板上交流。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生研究內(nèi)電路的電壓和電動勢的關(guān)系，可得到最簡捷、最新穎的解法如下（本解法僅用二個聯(lián)立方程就導(dǎo)出電動勢的計算式子，而其它解法要用到四、五個甚至六、七個聯(lián)立方程組）：
測量電路如圖5所示。當K1、K2。均閉合時，伏特表A的讀數(shù)為U1。設(shè)伏特表A的內(nèi)阻為U1，則由電壓分配律得(ε-u1)／u1＝r／R1當K1閉合、K2斷開時，A的讀數(shù)為U1，B的讀數(shù)為U2。則由電壓分配律得(ε-u＇1-U2)／u＇1＝r／R1由上兩式解出電動勢為ε＝（u1·U2)／（u1-U2)
批判性 這是指思維活動中善于獨立思考問題和精細地檢查思維過程的智力品質(zhì)。思維的批判性是思維過程中自我意識的結(jié)果，它起著定向、監(jiān)控和調(diào)節(jié)作用。在教學(xué)中，要鼓勵學(xué)生獨立思考、不盲從、不輕信，敢于提出自己的見解，修正和發(fā)展前人的理論。要經(jīng)常引導(dǎo)學(xué)生回顧自己的思路，不斷分析解決問題所依據(jù)的條件，反復(fù)檢查業(yè)已完成的工作，及時發(fā)現(xiàn)自己原有認識的錯誤和不足，不斷加以改正和完善。
意義 建立物理思維的智力結(jié)構(gòu)模型是一項奠基性工作。教育的根本目標在于開發(fā)智力，培養(yǎng)能力，思維能力是諸種能力的核心，思維的智力結(jié)構(gòu)模型則是指導(dǎo)教師去培養(yǎng)學(xué)生思維能力的藍圖。在制訂教學(xué)計劃時，若能根據(jù)物理思維的智力結(jié)構(gòu)模型把各個思維因子安排到教學(xué)大綱規(guī)定的各知識點的教學(xué)中，那么，在完成全部知識教學(xué)任務(wù)的同時，也就使學(xué)生獲得了完整的物理思維能力。在進行教育目標檢測時，根據(jù)模型確定各測試題所對應(yīng)的智力因子，分析試題的答卷情況，就可以評估學(xué)生已達到的物理思維水平，并能發(fā)現(xiàn)具體的能力缺陷，及時補救。以本文所舉“用兩伏特表測電動勢”一題為例，它對應(yīng)于這樣幾個智子因子：掌握電路模式的能力；區(qū)分選取研究對象和應(yīng)用比例法解題的技巧；以及靈活地思考問題的智力品質(zhì)。若能正確解答該題，則可認為該學(xué)生在上述智力因子上已達到一定的水平。
其次，根據(jù)思維的智力結(jié)構(gòu)模型開展思維訓(xùn)練，有利于提高學(xué)生的素質(zhì)，并減輕學(xué)生的過重負擔。目前，有相當一部分教師迫于升學(xué)考試的壓力，總想通過大量的經(jīng)驗性練習(xí)提高考試成績，搞“題海戰(zhàn)術(shù)”，用各種名目的考試督促學(xué)生做大量題目。這樣做的結(jié)果是，教師教得辛苦，學(xué)生學(xué)得痛苦，但成效不佳。因為做的題再多，總不能包羅所有具體問題。相反，過重的學(xué)習(xí)負擔，使學(xué)習(xí)效率下降。如果根據(jù)模型的三個智力維度進行訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，就可以提高學(xué)習(xí)效率，使學(xué)生學(xué)得又快又好，為德智體全面發(fā)展創(chuàng)造條件。
最后應(yīng)該指出，本文給出的物理思維的智力結(jié)構(gòu)模型是參照美國心理學(xué)家吉爾福特的《智力三維結(jié)構(gòu)模型》，結(jié)合物理思維的特點提出來的，存在著若干不完善的地方，目的在于引起廣大物理教育界的同行對該項工作的興趣。我深信，經(jīng)過不懈的努力，一個能有效地指導(dǎo)物理思維訓(xùn)練的完美的智力結(jié)構(gòu)模型定會出現(xiàn)在我們的面前，她將指引物理教學(xué)以嶄新的姿態(tài)跨入21世紀。
模型
物理思維是一個信息處理系統(tǒng)，其智力結(jié)構(gòu)可用圖1所示的模型來表示。它有三個智力維模式
模式
思維是人腦加工信息得出科學(xué)結(jié)論的心智活動過程，一般說來，它包括若干個環(huán)節(jié)，形成連貫的思維操作序列或程序。在一定的知識度，每個智力維度包括4～7個智力因子?？紤]到各智力因子的不同組合，共可形成150多個思維元素。對于簡單的物理思維活動，其智力構(gòu)成僅對應(yīng)于一個思維元素；對于復(fù)雜的思維活動，其智力構(gòu)成需要用幾個思維元素的組合來表示。物理教學(xué)中思維訓(xùn)練的任務(wù)，就是根據(jù)智力結(jié)構(gòu)模型，在學(xué)生的大腦中塑造思維元素集合，形成完整的物理信息處理系統(tǒng)。領(lǐng)域內(nèi)，思維活動中操作的程度是相對固定的，或者說遵循著某種格式，如同電腦解決問題時遵循軟件規(guī)定的運算程序一般。這種程序化的思維格式，即思維模式。思維模式是較具體的東西，它跟知識內(nèi)容緊密地聯(lián)系在一起，屬于最基本的物理思維能力。在中學(xué)物理領(lǐng)域內(nèi)，重要的物理思維模式有以下數(shù)種：平衡──非平衡模式、守恒──不守恒模式、磁場模式、電路模式、光路模式，另外還有若干種不甚普遍的模式，均歸入其它。試就力學(xué)中的主要模式舉例說明。
平衡──非平衡模式這是經(jīng)典物理中最基本的思維模式，由伽利略、牛頓創(chuàng)建。牛頓認為，自然界中的一切物體，不是處于平衡態(tài)，就必定處于非平衡態(tài)。如果處于平衡態(tài)，則它一定遵從平衡規(guī)律；如果處于非平衡態(tài)，則它一定遵從動力學(xué)定律。因此，任何力學(xué)問題，在原則上都可以按照下面的思維操作程序求解：1．選定研究對象，分析它的運動情況，判定它處于平衡還是非平衡態(tài)；如果處于非平衡態(tài)，則還要確定它參與哪種典型運動（勻變速直線運動、勻變速曲線運動、圓周運動、簡諧振動等）。2．分析受力情況作受力圖。如果受力較復(fù)雜，還要進行力的分解與合成。3．根據(jù)平衡原理或動力學(xué)定律（有些復(fù)雜問題，還要配合運動學(xué)規(guī)律、幾何關(guān)系等）進行推理，導(dǎo)出結(jié)果。
例如，質(zhì)量m＝2．0千克的小鐵塊靜止于水平導(dǎo)軌AB的A端。導(dǎo)軌及支架ABCD的形狀及尺寸如圖2所示，它只能繞通過支架D點的垂直于紙面的水平軸轉(zhuǎn)動，其重心在圖中的O點，質(zhì)量M＝4．0千克。現(xiàn)用一細線沿導(dǎo)軌拉鐵塊，拉力F＝12牛，鐵塊和導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù)u＝0．50。重力加速度g＝10米／秒2。從鐵塊運動時起，導(dǎo)軌（及支架）能保持靜止的最長時間是多少？
理解題意后，可選定小鐵塊為研究對象，它處于非平衡態(tài)，沿水平向右做初速為零的勻加速直線運動。再選取導(dǎo)軌（及支架）為研究對象，它處于平衡態(tài)。當小鐵塊在導(dǎo)軌上運動到離左端某距離處，導(dǎo)軌（及支架）過渡到將失去平衡的臨界狀態(tài)，此時支架的左腳C受到地面的支持力減為零。分別畫出小鐵塊、導(dǎo)軌（及支架）的受力圖，根據(jù)牛頓第二定律的有轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡條件列出方程，配合運動學(xué)公式，即可解得所求。
守恒──不守恒模式在力學(xué)中，除了從瞬時態(tài)的角度來研究運動和力的因果關(guān)系外，還經(jīng)常從過程的角度來研究因果關(guān)系，以便更快地推出科學(xué)的結(jié)論。眾所周知，在機械運動中，只有兩種過程：守恒過程和不守恒過程。從能量的觀點來分析，如果系統(tǒng)內(nèi)只有保守力做功，則系統(tǒng)遵從機械能守恒定律；如果還有其它力做功，則遵從質(zhì)點的動能定理。從動量的觀點來分析，如果外力對系統(tǒng)的作用可以忽略，則系統(tǒng)遵從動量守恒定律；如果外力對系統(tǒng)的作用不能忽略，則系統(tǒng)內(nèi)各質(zhì)點遵從動量定理。因此，任何力學(xué)問題，在原則上又都可以按照下面的思維操作程序求解：1．選定研究對象（系統(tǒng)），分析受力情況，檢查守恒條件是否成立。2．分析運動情況，選取運動過程，確定初態(tài)和末態(tài)的能量或動量。3．如果守恒條件成立，則根據(jù)守恒定律進行推理；如果守恒條件不成立，則應(yīng)用質(zhì)點的動能定理或動量定理推出結(jié)論。
思維模式是引導(dǎo)思維活動演進的程序。當若干個個別的思維活動具有相同或類似的操作序列時，就可概括化為某種思維模式。概括的實例越多，概括化的程度越高，模式的適用范圍就越廣、越普遍，相應(yīng)的思維水平也就越高。例如守恒──不守恒模式不僅適用于處理力學(xué)問題，還可推廣到熱學(xué)的領(lǐng)域。各氣體定律可納入守恒定律的思維模式：當滿足一定的守恒條件氣體狀態(tài)量的函數(shù)式（PV、P／T、V／T、PV／T）的值不變。內(nèi)能與熱功的關(guān)系，可納入動能定理的思維模式：對于選定的變化過程，狀態(tài)量內(nèi)能的改變等于過程量功與熱量之和。
引導(dǎo)學(xué)生對思維活動進行概括，是進行思維模式教學(xué)的手段?，F(xiàn)代心理學(xué)認為，中學(xué)生的思維水平處在由具體運思階段向形式運思階段過渡時期。在教學(xué)中常發(fā)現(xiàn)，有不少學(xué)生遇到問題時，往往從某個特定的條件出發(fā)，找公式，計算，反復(fù)嘗試不同的方法，最后求得解答。其思維操作冗長（其中不少操作是多余的），解法不具有普遍性，這些學(xué)生的思維水平尚處在具體運思階段。另有一部分學(xué)生，他們解題時胸有成竹，幾乎不需嘗試，就以簡短的程序得出答案，解法具有普遍性。這些學(xué)生的思維水平已發(fā)展到形式運思階段。為了促進思維能力的發(fā)展，在教學(xué)中要善于引導(dǎo)學(xué)生概括自己的思維過程，把新事物納入已有的思維模式之中，促使思維模式愈益普遍、概括化，這是培養(yǎng)物理思維模式開展思維訓(xùn)練的基本教學(xué)策略。
技巧
物理思維技巧是物理方法的升華，它是創(chuàng)造性地解決物理問題、發(fā)展理論的源泉。如果說物理思維模式是某一知識領(lǐng)域內(nèi)較具體的基本的思維能力，那么，物理思維技巧則是貫穿物理學(xué)各知識領(lǐng)域普遍適用的思維能力。物理思維技巧又是指導(dǎo)思維活動的策略，是思維活動中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。中學(xué)物理常用到的思維技巧主要有：理想化、形象化、數(shù)?；?、分選化、歸比和類比。試就理想化和化歸舉例說明。
理想化 為了揭示復(fù)雜的物理現(xiàn)象的本質(zhì)，物理學(xué)家往往采用“簡化”的方法，對客體進行科學(xué)抽象。在制約著客體的眾多因素里，把作用小、不影響本質(zhì)的次要因素予以忽略，將事物抽象成只具有原事物主要因素的模型。所謂理想化，就是把客體抽象成模型的思維方法。
理想化是物理學(xué)中最重要的科學(xué)方法之一，中學(xué)物理教材幾乎全都是在理想化思想指導(dǎo)下取得的人類智慧的結(jié)晶。自由落體運動、拋體運動、行星運動、單擺、理想氣體、勻強電場、點光等等，無一不是理想化的過程或模型。下例說明在分析物理問題時，如何運用理想化的技巧，從而使問題化難為易的。
例如，在真空中速度為U＝6．4×107米／秒的電子束連續(xù)地射入兩平行極板之間。極板長度為L＝80×10－2米，間距為d＝5．0×10－3米。兩極板不帶電時，電子束將沿兩極板之間的中線通過，如圖3所示。在兩極板上加50赫茲的交變電壓V＝V0sinωt如果所加電壓的值V0超過某一值Vc時，將開始出現(xiàn)以下現(xiàn)象：電子束有時能通過兩極板；有時間斷，不能通過。
1．求Vc的大小。
2．求V0為何值才能使通過的時間（Δt）通。跟間斷的時間（Δt）斷之比（Δt）通：（Δt）斷＝2：1。
這里考慮的焦點是兩極板間的電場對飛行電子束的作用。由于兩極板上加交變電壓，在電子飛行過程中場強將發(fā)生變化，電子的運動將比較復(fù)雜，不易處理。但是，當電子飛越電場所用的時間t跟交流電壓的周期T相比非常小時（本題就是這種情況），電子飛行過程中電場的變化可予忽略，因而對于某個飛行電子來講，可理想化為它受到靜電場的作用，變類似于物體在重力場中做平拋運動，問題就較易解決。
化歸 化歸指的是轉(zhuǎn)化與歸結(jié)，即把物理中待解決或難解決的問題，不斷地將它變形，直至歸結(jié)為某個（或某些）已經(jīng)解決或能夠解決的問題，最終求得原問題的解。
化歸法是一種重要的思維技巧。深受人們稱贊的曹沖稱象所運用的就是化歸法，把測定大象的重量（超出秤的稱量范圍）轉(zhuǎn)化為分別測定等效的若干石塊的重量。初中物理實驗《用毫米刻度尺測細金屬絲的直徑》所運用的也是化歸法，把測定一根金屬絲的直徑（小于尺的最小分度值）轉(zhuǎn)化為測定密繞n匝的金屬線圈直徑的長度?！ ?BR> 運用化歸法遵循的原則是物理上的等價性或等效性。手段有分解與迭加、極限與臨界、轉(zhuǎn)化與代換、逆序與反演等。僅就極限法舉例說明。
例如，試證明：平行板電容器間的電場強度E＝4πk(Q／s)，式中Q是極板所帶電量，S是極板的相對面積，K是靜電力常量。
在普通物理教科書里，該公式采用積分法導(dǎo)出，超出中學(xué)生的數(shù)學(xué)水平；如果運用極限法，推導(dǎo)可簡捷。
設(shè)想有兩個同心金屬球殼，分別帶上等量的異號電荷（圖4）。當半徑趨向無限大時，從內(nèi)外球殼層割取的一部分就相當于平行板電容器，其間的電場就相當于勻強電場。設(shè)內(nèi)球殼半徑為R；帶電量為Q，則殼層中間距球心R處的場強E＝kQ／R2。因為內(nèi)球的面積S＝4πR2，上式可寫成S＝4πk(Q／s)(R1／S)2。當球半徑R趨向無限大時，R1／R2趨向于1，得E＝4πk(Q／s)
思維教學(xué)要以模式訓(xùn)練為基礎(chǔ)，在學(xué)生頭腦中建立起思維定勢。同時，又要貫徹發(fā)展的原則，培養(yǎng)凌駕于模式之上的思維技巧，使學(xué)生掌握物理思維的精髓。現(xiàn)代心理學(xué)認為，認知的發(fā)展和成長產(chǎn)生于“平衡化”過程或“自我調(diào)節(jié)”。當遇到的新事物與已有的認知不一致時，人們利用自我調(diào)節(jié)消除與給定信息中的不一致，來達到認知與客體的平衡，原來的認知就得到發(fā)展。如果在教學(xué)中向?qū)W生提出與已有的認知不一致的問題，同時引導(dǎo)學(xué)生成功地消除與已有認知的不一致，就能促使學(xué)生的思維技巧得到發(fā)展。平衡化，這是培養(yǎng)物理思維能力、開展思維訓(xùn)練的又一基本教學(xué)策略。
品質(zhì) 思維品質(zhì)又叫思維的智力品質(zhì)，是思維發(fā)生和發(fā)展中所表現(xiàn)出來的個性差異。這種差異，不僅在物理思維中而且在一切思維活動中體現(xiàn)出來。目前，心理學(xué)界對思維品質(zhì)的認識尚未統(tǒng)一，但就物理思維訓(xùn)練而言，需要培養(yǎng)的思維品質(zhì)成分主要有四種：周密性和廣闊性、深刻性、靈活性、批判性。簡述如下；
周密性和廣闊性它是指思維活動的思路廣闊，考慮問題周到、精細，善于全面地考察研究對象，能從多種多樣的聯(lián)系與關(guān)系中去認識物理問題。為了培養(yǎng)思維的周密性和廣闊性，在知識教學(xué)中，可采用聯(lián)想教學(xué)法和類比教學(xué)法，發(fā)展知識的橫向聯(lián)系。在解題教學(xué)中可選用多答案題和陷井題，訓(xùn)練學(xué)生全面、細致地思考問題的能力。
深刻性 人類的思維是理性思維，它集中表現(xiàn)在善于透過表面現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)，即善于用概念、規(guī)律去揭示問題的本質(zhì)特征，預(yù)計事物的發(fā)展進程，這就是思維的深刻性。思維的深刻性集中體現(xiàn)出思維的概括特點。中學(xué)生常說，物理難學(xué)，原因之一也就在于物理概念、規(guī)律的概括性強。培根說過，物理學(xué)使人深刻。可見物理思維對深刻性具有獨特的要求。
要培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性，在知識教學(xué)中要抓住物理概念、規(guī)律的本質(zhì)屬性與本質(zhì)特征，將深刻的物理意義揭示得淋漓盡致。在解題教學(xué)中，要不斷引導(dǎo)學(xué)生透過現(xiàn)象把握因果關(guān)系，摒棄問題的非本質(zhì)特征，使之思考問題深謀遠慮，發(fā)展思維的深刻性。
靈活性 物理思維的靈活性指的是善于從舊的模式或通常的制約條件中解脫出來，隨機應(yīng)變地思考問題；能通權(quán)達變、不死守常規(guī)。靈活性的特點是多開端、精細和新穎，對應(yīng)于一種推測、發(fā)散、想象、創(chuàng)造的思維過程。
為了培養(yǎng)思維的靈活性，在知識教學(xué)中要抓知識之間的“滲透”和遷移，適當采用發(fā)現(xiàn)式教學(xué)法。在解題教學(xué)中，通過一題多解、一題多變，培養(yǎng)發(fā)散思維，鼓勵學(xué)生發(fā)展求異思維，挖掘新解題法，越獨特越好。
例如，有兩只伏特表A和B，量程已知，內(nèi)阻不知等于多少。另有一干電池，它的內(nèi)阻不能忽略，但不知等于多少。只用這兩只伏特表、電鍵和一些連接用導(dǎo)線，能通過測量計算出這個電池的電動勢（已知電動勢不超過伏特表的量程，干電池不許拆開）。
1．畫出測量時所用的電路圖。
2．以測得的量做為已知量，導(dǎo)出計算電動勢的式子。
測量電池的電動勢是個老題目，常規(guī)的方法是用安培表和伏特表?；蛴冒才啾恚ǚ乇恚┖碗娮柘?。本題給了兩塊伏特表，因而必須擺脫常規(guī)，尋找新的測定法。在推導(dǎo)計算電動勢的式子時，共有五、六種方法，都根據(jù)閉合電路和外電路上的規(guī)律，可讓學(xué)生按各自的思路去探求，并到黑板上交流。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生研究內(nèi)電路的電壓和電動勢的關(guān)系，可得到最簡捷、最新穎的解法如下（本解法僅用二個聯(lián)立方程就導(dǎo)出電動勢的計算式子，而其它解法要用到四、五個甚至六、七個聯(lián)立方程組）：
測量電路如圖5所示。當K1、K2。均閉合時，伏特表A的讀數(shù)為U1。設(shè)伏特表A的內(nèi)阻為U1，則由電壓分配律得(ε-u1)／u1＝r／R1當K1閉合、K2斷開時，A的讀數(shù)為U1，B的讀數(shù)為U2。則由電壓分配律得(ε-u＇1-U2)／u＇1＝r／R1由上兩式解出電動勢為ε＝（u1·U2)／（u1-U2)
批判性 這是指思維活動中善于獨立思考問題和精細地檢查思維過程的智力品質(zhì)。思維的批判性是思維過程中自我意識的結(jié)果，它起著定向、監(jiān)控和調(diào)節(jié)作用。在教學(xué)中，要鼓勵學(xué)生獨立思考、不盲從、不輕信，敢于提出自己的見解，修正和發(fā)展前人的理論。要經(jīng)常引導(dǎo)學(xué)生回顧自己的思路，不斷分析解決問題所依據(jù)的條件，反復(fù)檢查業(yè)已完成的工作，及時發(fā)現(xiàn)自己原有認識的錯誤和不足，不斷加以改正和完善。
意義 建立物理思維的智力結(jié)構(gòu)模型是一項奠基性工作。教育的根本目標在于開發(fā)智力，培養(yǎng)能力，思維能力是諸種能力的核心，思維的智力結(jié)構(gòu)模型則是指導(dǎo)教師去培養(yǎng)學(xué)生思維能力的藍圖。在制訂教學(xué)計劃時，若能根據(jù)物理思維的智力結(jié)構(gòu)模型把各個思維因子安排到教學(xué)大綱規(guī)定的各知識點的教學(xué)中，那么，在完成全部知識教學(xué)任務(wù)的同時，也就使學(xué)生獲得了完整的物理思維能力。在進行教育目標檢測時，根據(jù)模型確定各測試題所對應(yīng)的智力因子，分析試題的答卷情況，就可以評估學(xué)生已達到的物理思維水平，并能發(fā)現(xiàn)具體的能力缺陷，及時補救。以本文所舉“用兩伏特表測電動勢”一題為例，它對應(yīng)于這樣幾個智子因子：掌握電路模式的能力；區(qū)分選取研究對象和應(yīng)用比例法解題的技巧；以及靈活地思考問題的智力品質(zhì)。若能正確解答該題，則可認為該學(xué)生在上述智力因子上已達到一定的水平。
其次，根據(jù)思維的智力結(jié)構(gòu)模型開展思維訓(xùn)練，有利于提高學(xué)生的素質(zhì)，并減輕學(xué)生的過重負擔。目前，有相當一部分教師迫于升學(xué)考試的壓力，總想通過大量的經(jīng)驗性練習(xí)提高考試成績，搞“題海戰(zhàn)術(shù)”，用各種名目的考試督促學(xué)生做大量題目。這樣做的結(jié)果是，教師教得辛苦，學(xué)生學(xué)得痛苦，但成效不佳。因為做的題再多，總不能包羅所有具體問題。相反，過重的學(xué)習(xí)負擔，使學(xué)習(xí)效率下降。如果根據(jù)模型的三個智力維度進行訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，就可以提高學(xué)習(xí)效率，使學(xué)生學(xué)得又快又好，為德智體全面發(fā)展創(chuàng)造條件。
最后應(yīng)該指出，本文給出的物理思維的智力結(jié)構(gòu)模型是參照美國心理學(xué)家吉爾福特的《智力三維結(jié)構(gòu)模型》，結(jié)合物理思維的特點提出來的，存在著若干不完善的地方，目的在于引起廣大物理教育界的同行對該項工作的興趣。我深信，經(jīng)過不懈的努力，一個能有效地指導(dǎo)物理思維訓(xùn)練的完美的智力結(jié)構(gòu)模型定會出現(xiàn)在我們的面前，她將指引物理教學(xué)以嶄新的姿態(tài)跨入21世紀。