想像是人腦對已有的表象進行加工改造形成事物新形象的心理過程。人類的創(chuàng)造活動離不開想像，在探索未知世界的過程中，需要人們透過已知的經(jīng)驗材料，去設(shè)想、構(gòu)思事物內(nèi)部相互聯(lián)系、相互作用的圖景。在物理學(xué)的發(fā)展過程中，每一個物理概念的建立、定律的發(fā)現(xiàn)等都蘊涵著物理學(xué)家非凡的想像力。愛因斯坦創(chuàng)立的相對論以及一系列的理想性實驗就是極富獨創(chuàng)的想像的結(jié)果。
物理教學(xué)的過程，即是使學(xué)生在學(xué)習(xí)、探索前人的科學(xué)成果的過程中獲得知識形成能力過程。在這個過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力尤為重要，而創(chuàng)造性思維離不開想像力。想像是一切創(chuàng)造活動的源泉。在中學(xué)物理的理論知識、習(xí)題之中包含著大量的可培養(yǎng)學(xué)生想像力的素材，教師應(yīng)不失時機地挖掘這些內(nèi)容，有目的地培養(yǎng)學(xué)生的想像力。根據(jù)中學(xué)物理教學(xué)的特點，筆者將想像歸納成如下五種類型。
一、運用理想性實驗，培養(yǎng)非現(xiàn)實實驗過的想像
理想性實驗在物理學(xué)史中為意大利物理學(xué)家伽利略所首創(chuàng)，他在批駁亞里士多德的錯誤論、樹立自己的正確觀點的時候，使用了這一思維方法。如關(guān)于不同重量物體下落速度快的問題、慣性定律的提出都是用被現(xiàn)代物理學(xué)家所指的理想性實驗所證明的。這種實驗不用實際操作，說服力強，后來被許多杰出的物理學(xué)家所使用。理想性實驗具有極強的想像性，是人們在大腦中構(gòu)想的非現(xiàn)實存在的實驗。實驗者憑借想像中理想化的儀器和設(shè)備，在理想的條件下，進行理想化的“操作”和“觀察”，依靠邏輯的力量來完成想像中的實驗。
在中學(xué)物理中存在很多理想性實驗，教學(xué)過程中要使學(xué)生掌握這一思想方法，使他們能夠真正進入到理想化的境界，靠想像和邏輯思維來達到分析和理解問題掌握知識的目的，從而培養(yǎng)他們的想像能力。例如，高中課本“飽和汽和氣壓”一節(jié)，在建立汽和液的動態(tài)平衡的概念時，用的就是理想性實驗方法。教材中設(shè)計了一個裝有部分液體的密閉容器，引導(dǎo)學(xué)生想像這里面分子的運動狀態(tài)。在這個實驗中學(xué)生并不能真正觀察到容器中分子的運動情況，但這個過程靠想像運用已有的知識是能夠達到的，這就是理想化的觀察。后要使學(xué)生在腦海里想像出在單位時間內(nèi)回到液體中的分子數(shù)等于從液面飛出的分子數(shù)這一動態(tài)平衡的圖景。又如，在建立理想氣體壓強的概念時，教材中設(shè)想一個分子與器壁發(fā)生完全彈性碰撞的理想化實驗的情景。運用動量定理、牛頓第三定律等已知邏輯力量對氣體壓強進行微觀解釋。在這里需要引導(dǎo)學(xué)生想像分子為一個彈性小球，對它的碰撞行為用已知的實驗進行想像中的觀察。
在教學(xué)中有些內(nèi)容需要教師努力創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生進行理想化的想像。如在講牛頓第一定律時，可以引導(dǎo)學(xué)生在腦海里想像出伽利略的理想斜面，讓他們想到斜面是絕對光滑和無限延長的。當一個光滑小球下滾時將無限加速，當上升時將減速，后停下來，當在一個平面上時既無加速原因也沒有減速原因，在給它一個初速度后，小球?qū)⒂肋h以這個速度滾動下去。這樣在教師步步引導(dǎo)的理想化實驗中，牛頓第一定律在學(xué)生腦海中牢固而深刻地建立起來了。理想化實驗難度較大，需要教師多想辦法創(chuàng)造想像的情境。
二、尋求不同事物的共性，培養(yǎng)類比性的想像
類比是一種重要的思維方法，許多創(chuàng)造性思維是在類比中產(chǎn)生的，許多重大發(fā)現(xiàn)也是在類比中誕生的。根據(jù)不同事物之間在某些方面相似而建立起聯(lián)系，以便于解決問題，其建立聯(lián)系的橋梁便是想像。類比性想像使事物之間建立起聯(lián)系，從解決一問題的方法中得到對另一問題解決方法的啟迪。因此，在物理教學(xué)中要大力加強對學(xué)生類比、聯(lián)想的想像能力的培養(yǎng)。如課本上一道題，如圖1所示，計算密封在玻璃管里的空氣的壓強，圖中h表示水銀面的高度差。對于初學(xué)者由于沒有見過此種類型，教師可引導(dǎo)學(xué)生把它想像到已知熟悉的類型中，如圖2所示。
這樣的想像抓住問題的本質(zhì)特征，把原來復(fù)雜的問題想像成我們熟知的類型，而使問題迎刃而解。類似這樣的想像如能在學(xué)生頭腦中迅速進行，對解決較復(fù)雜問題將十分有利。再如，中國物理學(xué)會第xx屆學(xué)生物理競賽第一試題第一部分中有一道題：圖3中A是質(zhì)量M的木塊，B是一質(zhì)量為m的鐵塊，共浮在水面上，若將鐵塊取下直接放在水中，后杯水面的高度。
這一問題如果以計算體積來求，即求B放在A上和放在水中兩種情況下A和B排開水的體積將浪費時間。但是我們知道，如果A全部沒入水中這種情況很好求解。因此，作一類比想像，設(shè)想使B質(zhì)量增大到把A全部沒入水中，如圖4，這一特殊情況不影響計算結(jié)果，使問題大為簡化。顯然，在圖4的情況下若把B拿掉，A將露出水面一部分，如圖5，A上面露出部分排開水的重量等于B的重量。因此，露出的體積應(yīng)大于B的體積，所以水面下降。可見，通過類比想像能使很多難于解決的復(fù)雜問題找到簡易的捷徑。
三、探求解決問題的簡單途徑，培養(yǎng)假說性的想像
很多物理問題原本非常復(fù)雜，但如果弄清事物的本質(zhì)，在研究問題時作適當?shù)募僭O(shè)，復(fù)雜的問題一下子變得簡單易解，這里的假設(shè)需要的是想像力。由于這種想像是非真實性的，因此，我們也稱之為假象、虛設(shè)想像。這是種處理問題很有效的方法。例如，設(shè)有垂直于地面且互相平行的兩堵墻A和B，兩墻水平距離為L。從距地面高h的A點以初速度V水平拋出一小球，球與墻的碰撞都是彈性碰撞，問小球落地點距的水平距離有多遠？落地前與墻發(fā)生了幾次碰撞？
這個問題如果一步步地計算出每次碰撞后小球下落的距離是相當麻煩的。分析物理過程：小球發(fā)生的是彈性碰撞，每次碰撞后速度大小不變，且入射角與反射角相等。根據(jù)這些條件，這樣可以把它假設(shè)成平拋運動。小球所走的水平距離與在墻內(nèi)所走的水平距離之和是相稱。設(shè)碰撞n次，落地點距A水平距離為x，從而。由此求出，用它除以L，取整數(shù)就是碰撞次數(shù)n。若小球落地前碰到A上，n為偶數(shù)，x＝s－nL；若小球落地前碰到B上，n為奇數(shù)，x＝（n＋1）L-s。
在講課時，若能適當?shù)剡\用假想、虛想，有利于幫助學(xué)生理解復(fù)雜問題。比如，在講浮力時，為使學(xué)生弄清浮力的大小等于物體排開液體的重量，可以讓學(xué)生設(shè)想這樣一個圖景：在水中有一用線綁著的木塊，現(xiàn)用手拉著這木塊，如木塊露出水面一半，顯然手的拉力就是這木塊一半的重量，如果這木塊全部沒入水中，手的拉力為零，這就意味著浮力等于液面下水的重量。進一步引導(dǎo)，浮力等于物體排開液體的重量。這樣的設(shè)想對學(xué)生理解問題和解決問題都十分有益。
四、弄清物理過程的復(fù)雜性，培養(yǎng)空間想像
解決一個物理問題，關(guān)鍵是清楚物理過程，復(fù)雜的物理過程難于一下子認清，這需要借助于想像力，在頭腦中形成正確的物理圖像。而想像的依據(jù)是已知條件和物理規(guī)律。例如，1988年考試題第二大題第8小題：一物體放在光滑水平面上，初速為零。先對物體施加一向東的力F，歷時1秒鐘；接著又把此力改為向東，大小不變，歷時1秒鐘；如此反復(fù)，只改變力的方向，共歷時1分鐘。在1分鐘內(nèi)，
物體時而向東運動，時而向西運動，在1分鐘末靜止于初始位置之東。
物體時而向東運動，時而向西運動，在1分鐘末靜止于初始位置。
物體時而向東運動，時而向西運動。在1分鐘末繼續(xù)向東運動。
物體一直向東運動，從不向西運動。在1分鐘末靜止于初始位置之東。
這道題很多學(xué)生答錯，關(guān)鍵是感覺物理過程復(fù)雜，不能夠根據(jù)物理規(guī)律憑借想像形成正確的物理圖景。在這里形成正確的物理圖景的關(guān)鍵是把復(fù)雜問題分解想像出這樣的過程：
物體具有向東的初速度，現(xiàn)向西施加一恒力，此物體要做勻減速運動，方向繼續(xù)向東。這樣上面的物理圖景就清楚了。物體先做勻加速運動1秒鐘，再做勻減速運動I秒鐘，之后再做勻加速運動1秒鐘，這樣循環(huán)往復(fù)，一直向東運動，直到1分鐘末停止，由此很明顯選擇D。學(xué)生往往因為經(jīng)驗干擾，加上過程復(fù)雜。而一下能在頭腦中想像出正確的物理過程。
五、運用直觀的比喻，培養(yǎng)形象化的想像
在物理學(xué)中，由于很多物理現(xiàn)象不直觀，尤其是近代物理中有很多深奧抽象的物理現(xiàn)象，學(xué)生對其內(nèi)部過程很難想像和理解。因此，只能借助于我們已有的物理經(jīng)驗進行形象化的模擬幫助想像和理解。如電場中的電力線、磁場中的磁力線都是形象化的描述電場和磁場性質(zhì)的。
在講分子運動論時為了闡明分子的大小，教師可做如下形象的比喻啟發(fā)學(xué)生想像：乒乓球直徑約為3．8厘米，而地球直徑約為127420千米，如果把乒乓球放大到地球那么大小，分子放大同樣倍數(shù)，才只有乒乓球那么大。
在講原子內(nèi)部能級時，學(xué)生往往很難理解，對原子內(nèi)部能量為負值，而且只能存在不連續(xù)的量子化狀態(tài)，想像困難。教師可以運用形象的比喻幫助學(xué)生模擬想像。例如，做這樣的比喻：原子中的電子好像是在井下的一個小球，要把它拉上來，外力要給它做功，因此，它的能量是負值。假如在井下立一個梯子，每一個階梯相當于能級，電子在不同的階梯上相當于處于不同的能量狀態(tài)，顯然能級是不連續(xù)的。當電子處于井底時能量低，也穩(wěn)定，就是基態(tài)，當電子處于其他較高能級時就是激發(fā)態(tài)。
以上就中學(xué)物理常用的和主要的想像類型做了討論，這些類型不是孤立的，在解決問題或探索新知的過程中往往是它們的互相融合。
物理教學(xué)的過程，即是使學(xué)生在學(xué)習(xí)、探索前人的科學(xué)成果的過程中獲得知識形成能力過程。在這個過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力尤為重要，而創(chuàng)造性思維離不開想像力。想像是一切創(chuàng)造活動的源泉。在中學(xué)物理的理論知識、習(xí)題之中包含著大量的可培養(yǎng)學(xué)生想像力的素材，教師應(yīng)不失時機地挖掘這些內(nèi)容，有目的地培養(yǎng)學(xué)生的想像力。根據(jù)中學(xué)物理教學(xué)的特點，筆者將想像歸納成如下五種類型。
一、運用理想性實驗，培養(yǎng)非現(xiàn)實實驗過的想像
理想性實驗在物理學(xué)史中為意大利物理學(xué)家伽利略所首創(chuàng)，他在批駁亞里士多德的錯誤論、樹立自己的正確觀點的時候，使用了這一思維方法。如關(guān)于不同重量物體下落速度快的問題、慣性定律的提出都是用被現(xiàn)代物理學(xué)家所指的理想性實驗所證明的。這種實驗不用實際操作，說服力強，后來被許多杰出的物理學(xué)家所使用。理想性實驗具有極強的想像性，是人們在大腦中構(gòu)想的非現(xiàn)實存在的實驗。實驗者憑借想像中理想化的儀器和設(shè)備，在理想的條件下，進行理想化的“操作”和“觀察”，依靠邏輯的力量來完成想像中的實驗。
在中學(xué)物理中存在很多理想性實驗，教學(xué)過程中要使學(xué)生掌握這一思想方法，使他們能夠真正進入到理想化的境界，靠想像和邏輯思維來達到分析和理解問題掌握知識的目的，從而培養(yǎng)他們的想像能力。例如，高中課本“飽和汽和氣壓”一節(jié)，在建立汽和液的動態(tài)平衡的概念時，用的就是理想性實驗方法。教材中設(shè)計了一個裝有部分液體的密閉容器，引導(dǎo)學(xué)生想像這里面分子的運動狀態(tài)。在這個實驗中學(xué)生并不能真正觀察到容器中分子的運動情況，但這個過程靠想像運用已有的知識是能夠達到的，這就是理想化的觀察。后要使學(xué)生在腦海里想像出在單位時間內(nèi)回到液體中的分子數(shù)等于從液面飛出的分子數(shù)這一動態(tài)平衡的圖景。又如，在建立理想氣體壓強的概念時，教材中設(shè)想一個分子與器壁發(fā)生完全彈性碰撞的理想化實驗的情景。運用動量定理、牛頓第三定律等已知邏輯力量對氣體壓強進行微觀解釋。在這里需要引導(dǎo)學(xué)生想像分子為一個彈性小球，對它的碰撞行為用已知的實驗進行想像中的觀察。
在教學(xué)中有些內(nèi)容需要教師努力創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生進行理想化的想像。如在講牛頓第一定律時，可以引導(dǎo)學(xué)生在腦海里想像出伽利略的理想斜面，讓他們想到斜面是絕對光滑和無限延長的。當一個光滑小球下滾時將無限加速，當上升時將減速，后停下來，當在一個平面上時既無加速原因也沒有減速原因，在給它一個初速度后，小球?qū)⒂肋h以這個速度滾動下去。這樣在教師步步引導(dǎo)的理想化實驗中，牛頓第一定律在學(xué)生腦海中牢固而深刻地建立起來了。理想化實驗難度較大，需要教師多想辦法創(chuàng)造想像的情境。
二、尋求不同事物的共性，培養(yǎng)類比性的想像
類比是一種重要的思維方法，許多創(chuàng)造性思維是在類比中產(chǎn)生的，許多重大發(fā)現(xiàn)也是在類比中誕生的。根據(jù)不同事物之間在某些方面相似而建立起聯(lián)系，以便于解決問題，其建立聯(lián)系的橋梁便是想像。類比性想像使事物之間建立起聯(lián)系，從解決一問題的方法中得到對另一問題解決方法的啟迪。因此，在物理教學(xué)中要大力加強對學(xué)生類比、聯(lián)想的想像能力的培養(yǎng)。如課本上一道題，如圖1所示，計算密封在玻璃管里的空氣的壓強，圖中h表示水銀面的高度差。對于初學(xué)者由于沒有見過此種類型，教師可引導(dǎo)學(xué)生把它想像到已知熟悉的類型中，如圖2所示。
這樣的想像抓住問題的本質(zhì)特征，把原來復(fù)雜的問題想像成我們熟知的類型，而使問題迎刃而解。類似這樣的想像如能在學(xué)生頭腦中迅速進行，對解決較復(fù)雜問題將十分有利。再如，中國物理學(xué)會第xx屆學(xué)生物理競賽第一試題第一部分中有一道題：圖3中A是質(zhì)量M的木塊，B是一質(zhì)量為m的鐵塊，共浮在水面上，若將鐵塊取下直接放在水中，后杯水面的高度。
這一問題如果以計算體積來求，即求B放在A上和放在水中兩種情況下A和B排開水的體積將浪費時間。但是我們知道，如果A全部沒入水中這種情況很好求解。因此，作一類比想像，設(shè)想使B質(zhì)量增大到把A全部沒入水中，如圖4，這一特殊情況不影響計算結(jié)果，使問題大為簡化。顯然，在圖4的情況下若把B拿掉，A將露出水面一部分，如圖5，A上面露出部分排開水的重量等于B的重量。因此，露出的體積應(yīng)大于B的體積，所以水面下降。可見，通過類比想像能使很多難于解決的復(fù)雜問題找到簡易的捷徑。
三、探求解決問題的簡單途徑，培養(yǎng)假說性的想像
很多物理問題原本非常復(fù)雜，但如果弄清事物的本質(zhì)，在研究問題時作適當?shù)募僭O(shè)，復(fù)雜的問題一下子變得簡單易解，這里的假設(shè)需要的是想像力。由于這種想像是非真實性的，因此，我們也稱之為假象、虛設(shè)想像。這是種處理問題很有效的方法。例如，設(shè)有垂直于地面且互相平行的兩堵墻A和B，兩墻水平距離為L。從距地面高h的A點以初速度V水平拋出一小球，球與墻的碰撞都是彈性碰撞，問小球落地點距的水平距離有多遠？落地前與墻發(fā)生了幾次碰撞？
這個問題如果一步步地計算出每次碰撞后小球下落的距離是相當麻煩的。分析物理過程：小球發(fā)生的是彈性碰撞，每次碰撞后速度大小不變，且入射角與反射角相等。根據(jù)這些條件，這樣可以把它假設(shè)成平拋運動。小球所走的水平距離與在墻內(nèi)所走的水平距離之和是相稱。設(shè)碰撞n次，落地點距A水平距離為x，從而。由此求出，用它除以L，取整數(shù)就是碰撞次數(shù)n。若小球落地前碰到A上，n為偶數(shù)，x＝s－nL；若小球落地前碰到B上，n為奇數(shù)，x＝（n＋1）L-s。
在講課時，若能適當?shù)剡\用假想、虛想，有利于幫助學(xué)生理解復(fù)雜問題。比如，在講浮力時，為使學(xué)生弄清浮力的大小等于物體排開液體的重量，可以讓學(xué)生設(shè)想這樣一個圖景：在水中有一用線綁著的木塊，現(xiàn)用手拉著這木塊，如木塊露出水面一半，顯然手的拉力就是這木塊一半的重量，如果這木塊全部沒入水中，手的拉力為零，這就意味著浮力等于液面下水的重量。進一步引導(dǎo)，浮力等于物體排開液體的重量。這樣的設(shè)想對學(xué)生理解問題和解決問題都十分有益。
四、弄清物理過程的復(fù)雜性，培養(yǎng)空間想像
解決一個物理問題，關(guān)鍵是清楚物理過程，復(fù)雜的物理過程難于一下子認清，這需要借助于想像力，在頭腦中形成正確的物理圖像。而想像的依據(jù)是已知條件和物理規(guī)律。例如，1988年考試題第二大題第8小題：一物體放在光滑水平面上，初速為零。先對物體施加一向東的力F，歷時1秒鐘；接著又把此力改為向東，大小不變，歷時1秒鐘；如此反復(fù)，只改變力的方向，共歷時1分鐘。在1分鐘內(nèi)，
物體時而向東運動，時而向西運動，在1分鐘末靜止于初始位置之東。
物體時而向東運動，時而向西運動，在1分鐘末靜止于初始位置。
物體時而向東運動，時而向西運動。在1分鐘末繼續(xù)向東運動。
物體一直向東運動，從不向西運動。在1分鐘末靜止于初始位置之東。
這道題很多學(xué)生答錯，關(guān)鍵是感覺物理過程復(fù)雜，不能夠根據(jù)物理規(guī)律憑借想像形成正確的物理圖景。在這里形成正確的物理圖景的關(guān)鍵是把復(fù)雜問題分解想像出這樣的過程：
物體具有向東的初速度，現(xiàn)向西施加一恒力，此物體要做勻減速運動，方向繼續(xù)向東。這樣上面的物理圖景就清楚了。物體先做勻加速運動1秒鐘，再做勻減速運動I秒鐘，之后再做勻加速運動1秒鐘，這樣循環(huán)往復(fù)，一直向東運動，直到1分鐘末停止，由此很明顯選擇D。學(xué)生往往因為經(jīng)驗干擾，加上過程復(fù)雜。而一下能在頭腦中想像出正確的物理過程。
五、運用直觀的比喻，培養(yǎng)形象化的想像
在物理學(xué)中，由于很多物理現(xiàn)象不直觀，尤其是近代物理中有很多深奧抽象的物理現(xiàn)象，學(xué)生對其內(nèi)部過程很難想像和理解。因此，只能借助于我們已有的物理經(jīng)驗進行形象化的模擬幫助想像和理解。如電場中的電力線、磁場中的磁力線都是形象化的描述電場和磁場性質(zhì)的。
在講分子運動論時為了闡明分子的大小，教師可做如下形象的比喻啟發(fā)學(xué)生想像：乒乓球直徑約為3．8厘米，而地球直徑約為127420千米，如果把乒乓球放大到地球那么大小，分子放大同樣倍數(shù)，才只有乒乓球那么大。
在講原子內(nèi)部能級時，學(xué)生往往很難理解，對原子內(nèi)部能量為負值，而且只能存在不連續(xù)的量子化狀態(tài)，想像困難。教師可以運用形象的比喻幫助學(xué)生模擬想像。例如，做這樣的比喻：原子中的電子好像是在井下的一個小球，要把它拉上來，外力要給它做功，因此，它的能量是負值。假如在井下立一個梯子，每一個階梯相當于能級，電子在不同的階梯上相當于處于不同的能量狀態(tài)，顯然能級是不連續(xù)的。當電子處于井底時能量低，也穩(wěn)定，就是基態(tài)，當電子處于其他較高能級時就是激發(fā)態(tài)。
以上就中學(xué)物理常用的和主要的想像類型做了討論，這些類型不是孤立的，在解決問題或探索新知的過程中往往是它們的互相融合。