導(dǎo)語：大學(xué)物理與全息思維能力培養(yǎng)一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：全息思維的基本特點(diǎn)是由事物的局部透視出其全部的信息，這一發(fā)散性、全局性的思維方式是大學(xué)物理的精髓，也是學(xué)生學(xué)學(xué)物理的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在．文章基于全息思維的基本特點(diǎn)，從以全息意識(shí)為核心教學(xué)模式的開展、物理審美意識(shí)的培養(yǎng)、物理直覺思維的訓(xùn)練三方面闡述如何運(yùn)用全息思維進(jìn)行大學(xué)物理教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的求知熱情和探索精神，逐步提高認(rèn)識(shí)和掌握自然科學(xué)規(guī)律的自主學(xué)習(xí)能力．

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理教育；全息思維；審美能力；直覺思維

物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最普遍規(guī)律及它們之間相互轉(zhuǎn)化的科學(xué)．它的基本理論滲透在自然科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，并在許多生產(chǎn)技術(shù)中得到應(yīng)用，是其他自然科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ)．在物理學(xué)發(fā)展進(jìn)程中，展現(xiàn)出的一系列科學(xué)的世界觀和方法論，對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì)，尤其是在培養(yǎng)大學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面具有重要作用．全息思維著眼于事物的局部，卻能透視出其全部的信息，這一發(fā)散性、全局性的思維方式是大學(xué)物理的精髓，也是學(xué)生學(xué)學(xué)物理的重點(diǎn)和突破點(diǎn)所在．本文基于全息思維的基本特點(diǎn)，從全息意識(shí)為核心教學(xué)模式的開展、物理審美意識(shí)的培養(yǎng)、物理直覺思維的訓(xùn)練三方面闡述如何運(yùn)用全息思維進(jìn)行大學(xué)物理教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的求知熱情和探索精神，逐步提高認(rèn)識(shí)和掌握自然科學(xué)規(guī)律的自主能力．

1全息原理及全息思維內(nèi)涵

全息（Holography）源自物理學(xué)的全息照相術(shù)，它是由物理學(xué)家丹尼斯•伽柏（D．Gabor）于1948年提出的．全息照相同時(shí)記錄了物光波的振幅信息和相位信息，即包含了物光波的全部信息．在再現(xiàn)光波的照射下，全息圖的任一部分均能重構(gòu)物光波，再現(xiàn)完整的三維物體．王存臻在《宇宙全息統(tǒng)一論》［1］中指出，“全息”的基本含義是：部分（子系統(tǒng)）與整體（母系統(tǒng)）、部分與部分之間包含著相同的信息或部分包含著整體的全部信息．它表明宇宙是一個(gè)各部分之間緊密關(guān)聯(lián)、不可分割的整體，任何一個(gè)部分都包含整體的信息．正如地球上潮汐漲落、寒來暑往均歸因于地球的自轉(zhuǎn)和繞太陽的公轉(zhuǎn)，植物嫁接的原理便是基于嫁接枝上承載了整棵植株的全部生命信息，中醫(yī)看病的望、聞、問、切就是中醫(yī)全息理論的經(jīng)典運(yùn)用，而《清明上河圖》則是利用一個(gè)地區(qū)的繁榮圖像來展現(xiàn)那個(gè)時(shí)代的昌盛．無論是在自然界還是人文社會(huì)中，全息論的思想無不貫穿其中．通過全息思維，在關(guān)注信息表面現(xiàn)象的同時(shí)挖掘信息的潛在內(nèi)涵，并對(duì)信息的潛在內(nèi)涵進(jìn)行綜合聯(lián)系，總結(jié)規(guī)律，以期觸類旁通．它涵蓋著思維的透視性、靈活性、前瞻性和全局性［2］．也由此，它在思維范疇內(nèi)亦有著極其重要的方法論意義．基于全息論部分與整體信息之間的緊密聯(lián)系，思考如何從一事物的局部挖掘出與之關(guān)聯(lián)的更多的信息，以至于最為核心、貫穿全局的信息是建立全息思維最重要的演繹過程．對(duì)于整個(gè)大學(xué)物理的知識(shí)內(nèi)容，其每一個(gè)知識(shí)框架均圍繞著定義、定理、演繹推理及應(yīng)用歸納，每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的深入與導(dǎo)出無不體現(xiàn)著全息思維的展開．所以，在大學(xué)物理教學(xué)中開展全息思維進(jìn)行教學(xué)，緊抓核心信息開展教學(xué)，建立知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，所謂萬變不離其綜，既可以提高教學(xué)效率，讓學(xué)生站在更高的維度真正理解和掌握知識(shí)，收獲“一覽眾山小”的氣度，還能夠在潛移默化中進(jìn)行全息思維的訓(xùn)練，并力求這一思維過程能成為學(xué)生在思考與研究問題時(shí)的一種自然的意識(shí)，一種自覺的行為．以下就大學(xué)物理的教學(xué)中貫穿全息思維方法的培養(yǎng)做一些探討．

2以全息意識(shí)培養(yǎng)為核心的教學(xué)模式開展

大學(xué)物理課程內(nèi)容一般分為力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)與近代物理基礎(chǔ)這五部分內(nèi)容，各部分內(nèi)容在課程安排上章節(jié)分明，彼此相對(duì)獨(dú)立，每個(gè)章節(jié)以具體的知識(shí)點(diǎn)為核心，以概念、定理、定律的提出與展開進(jìn)行闡述．在傳統(tǒng)的大學(xué)物理教學(xué)中，教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)的框架一般成線性、并列關(guān)系，如圖1．整個(gè)過程條理清晰，按部就班，但學(xué)生在學(xué)習(xí)過程往往處于被動(dòng)接收狀態(tài)，屬于淺層學(xué)習(xí)，在課堂中極易出現(xiàn)疲憊狀態(tài)，思維能力得不到有效的提高［3］．利用全息思維重新整合課堂內(nèi)容，從概念出發(fā)，理解掌握具體知識(shí)，并利用具體知識(shí)之間相互關(guān)聯(lián)進(jìn)行再次整合，深度挖掘，綜合提煉核心概念，即以局部的知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)，通過不斷地設(shè)問、推理、對(duì)比、歸納等方法進(jìn)行知識(shí)遷移、整合，深挖貫穿全局的一個(gè)共通之處，這共通之處可以是一個(gè)思想方法、一個(gè)核心理念或是一個(gè)共同的規(guī)律，如圖2．并且在這個(gè)提煉與整合的教學(xué)過程中，教師所運(yùn)用的全息思維將會(huì)驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)思考，將學(xué)生的思維從低層次引向高層次，同時(shí)，把這一思維方法在潛移默化中傳遞給學(xué)生．比如在大學(xué)物理課程學(xué)習(xí)過程中一個(gè)很重要也很常用的方法是“微元”法［4］．當(dāng)把一復(fù)雜物理對(duì)象取微元后，可將變量轉(zhuǎn)化為常量，化曲線為直線，把非均勻量變?yōu)榫鶆蛄俊煌膯栴}需“微元”的對(duì)象不一樣，但其基本思路是共同的，即如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜對(duì)象簡單化，近似問題精確化，在變與不變中實(shí)現(xiàn)辯證轉(zhuǎn)換．而這一共同的思路即需要全息思維去整合，去提煉，并期待在解決下一次問題時(shí)的“觸類旁通”，創(chuàng)設(shè)“類微元”法．通過審視各章節(jié)的具體知識(shí)，從中抽取共同的核心概念、方法，引導(dǎo)學(xué)生的思維向深層次延伸，最終超越學(xué)科涵蓋的具體知識(shí)，從中體會(huì)思維訓(xùn)練所帶來的樂趣，并把深入思考變成一種學(xué)習(xí)的習(xí)慣，定將受益終身．

3物理審美意識(shí)的培養(yǎng)

物理學(xué)是一門揭示物質(zhì)與運(yùn)動(dòng)規(guī)律的自然科學(xué)．它在揭示自然規(guī)律的同時(shí)，也展示了自然、科學(xué)與人類的藝術(shù)魅力．對(duì)于物理學(xué)之美，愛因斯坦曾經(jīng)把它歸納為“簡單、和諧、完善、統(tǒng)一”［5］．具體而言，物理方法論原理主要有簡單性原理、守恒原理、對(duì)稱性原理、對(duì)應(yīng)原理、互補(bǔ)原理、相對(duì)性原理、統(tǒng)一性原理等．基于對(duì)物理美學(xué)內(nèi)涵的深刻理解，物理學(xué)家運(yùn)用美學(xué)觀點(diǎn)進(jìn)行物理世界的探索研究，并取得了輝煌的成果．在大學(xué)物理課程中，呈現(xiàn)出了大量的遵循著美學(xué)原理的概念、定律以及表達(dá)方法．比如質(zhì)點(diǎn)、剛體、點(diǎn)電荷等理想模型的提出，就是為去細(xì)節(jié)抓本質(zhì)而打造的一個(gè)個(gè)最簡單而又最典型的模型，因?yàn)楹唵嗡愿叽硇?，并由此打開了一個(gè)又一個(gè)知識(shí)領(lǐng)域的研究局面，建立了該領(lǐng)域的一整套理論系統(tǒng)；對(duì)于復(fù)雜的物理過程或是一個(gè)復(fù)雜的物理定理的闡述與證明，常常采用將其分解成幾個(gè)簡單的過程，或是從最特殊情況出發(fā)逐步擴(kuò)展層層深入；物理學(xué)中任意一個(gè)定理或是定律總是以最為簡潔的數(shù)學(xué)式子進(jìn)行表達(dá)……所有這些均可提煉為簡單性原理．動(dòng)量定理與動(dòng)能定理、靜電力的平方反比定律與萬有引力定律之間的形式對(duì)稱，作用力與反作用力、電荷之間的吸引與排斥、粒子與反粒子、電生磁與磁生電的對(duì)稱等，均遵循著對(duì)稱性原理．物質(zhì)、能量、動(dòng)量守恒定律等，不僅僅是守恒原理的體現(xiàn)，更是物質(zhì)世界和諧美好的象征．所以，以美學(xué)原則引導(dǎo)全息思維的展開，既是對(duì)物理審美意識(shí)的培養(yǎng)，又是對(duì)美學(xué)思維能力的提高．比如在靜電場與穩(wěn)恒磁場中，電場線和磁感應(yīng)線、電偶極矩和磁矩、電通量和磁通量、靜電場的高斯定理和磁場的高斯定理、靜電場的環(huán)路定理和磁場的安培環(huán)路定理等，無論是在內(nèi)容上和形式上，還是在研究思路上，無不體現(xiàn)著它們的對(duì)稱性．基于全息思維的共通性，對(duì)于磁場部分的學(xué)習(xí)可要求學(xué)生利用美學(xué)的對(duì)稱性，依照電學(xué)部分的內(nèi)容自行嘗試架構(gòu)磁場章節(jié)的內(nèi)容，從中體會(huì)美學(xué)思維所帶來的驚喜．利用全息思維，剖析物理學(xué)之美，創(chuàng)造物理美學(xué)的氛圍，誘發(fā)學(xué)生的審美激情，令他們?cè)趯?duì)物理學(xué)美的贊嘆中欣賞美、享受美．“天地有大美而不言，四時(shí)有明法而不議，萬物有成理而不說”，不斷地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，挖掘?qū)W習(xí)潛能．

4物理直覺思維的訓(xùn)練

直覺思維是指對(duì)一個(gè)問題未經(jīng)深入研究，僅僅綜合運(yùn)用個(gè)人經(jīng)驗(yàn)及知覺信息，并對(duì)問題答案作出快速判斷、猜想或設(shè)想的思維活動(dòng)．它是一瞬間的思維火花，是思維者的靈感，更是長期思維積累的一種升華．直覺思維是一高度簡化的思維過程，它是一個(gè)由表及里、去粗取精的近乎頓悟的認(rèn)識(shí)過程，最終清晰地觸及事物的“本質(zhì)”．在科學(xué)發(fā)展史上，許多重大物理事件的發(fā)現(xiàn)都與科學(xué)家的直覺思維有關(guān)．比如，法拉第“磁力線”概念的提出，麥克斯韋方程組中“位移電流”的引入，1900年普朗克“量子假說”及1905年愛因斯坦“光量子”的提出，都是直覺思維作用的結(jié)果，但絕非是純粹憑空想象出來的．運(yùn)用直覺思維對(duì)某個(gè)物理問題作出最接近真實(shí)的猜測和判斷，不僅僅需要一個(gè)人對(duì)某事物有著極其豐富的表象儲(chǔ)備與扎實(shí)的理論功底，更需要的是一個(gè)人靈活的知識(shí)遷移能力及物理審美意識(shí)．而這種知識(shí)遷移能力及物理審美意識(shí)的培養(yǎng)即是全息思維的一個(gè)努力方向，也是全息思維的精髓所在．在大學(xué)物理課程中，可挖掘很多用于知識(shí)遷移的例子．比如牛頓力學(xué)中的“慣性”這一概念，它是指物體在沒有外力作用下保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的屬性．而這一保持自身狀態(tài)不變的屬性可以延伸至對(duì)電磁感應(yīng)中的楞次定律的拓展性理解．楞次定律闡述了感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，它是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)，同時(shí)，也體現(xiàn)了物體保持原來自身狀態(tài)這一屬性，也可以視其為一種“慣性”．對(duì)熱學(xué)中的系統(tǒng)平衡態(tài)的理解，對(duì)任一系統(tǒng)，當(dāng)其平衡態(tài)被打破時(shí)，經(jīng)歷一段時(shí)間后系統(tǒng)又將重新達(dá)到一種新的平衡態(tài)，系統(tǒng)對(duì)于平衡態(tài)的不斷回歸，亦不失為一種“慣性”．幾個(gè)似無關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)在全息思維的指引下顯示出其共同的特性，這種概念上的遷移可以讓學(xué)生來挖掘，也可以由教師在教學(xué)過程中“點(diǎn)破”．當(dāng)這種知識(shí)的遷移、聯(lián)想與求同被不斷地重復(fù)，最終形成學(xué)生思維的“慣性”，并延伸到任何的一門學(xué)科，乃至平時(shí)的所見所聞，將為直覺思維提供豐富的經(jīng)驗(yàn)積累與高效的思維訓(xùn)練．

參考文獻(xiàn)：

［1］王存臻．宇宙全息統(tǒng)一論［M］．青島：山東人民出版社，1998．

［2］朱茲雄．物理學(xué)思想概論［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2009．

［3］王長江，胡衛(wèi)平，李衛(wèi)東．“概念—過程”教學(xué)模式的框架與設(shè)計(jì)步驟［J］．教育探索，2014（3）：48－50．

［4］朱其明，李耀?。髮W(xué)物理微積分思想與矢量思想教學(xué)淺談［J］．中國西部科技，2011（6）：82－83．

［5］愛因斯坦．愛因斯坦文集（第1卷）［M］．北京：商務(wù)印書館，1976．

作者:蔡曉鷗 單位:浙江樹人大學(xué)