物理教學(xué)中偏重于從概念到概念、從理論到理論的抽象邏輯思維，而忽視具象思維。具象思維就是具體而形象的思維。由于這兩種思維能力未得到協(xié)調(diào)發(fā)展，極大地影響了學(xué)生解決問(wèn)題的效率和學(xué)習(xí)的情緒。錢(qián)學(xué)森院士曾指出：“科學(xué)技術(shù)工作不能局限于抽象思維的歸納推理法，而必須兼用形象思維或直觀思維?！?BR> 一、具象思維揭示物理問(wèn)題的實(shí)質(zhì)
[例1]一艘船沿著順?biāo)叫幸褥o水中快，沿著逆水航行要比靜水中慢。這就產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題：船要從甲處航行到乙處再返回到甲處，是在流水中航行還是在靜水中航行所需時(shí)間少？
設(shè)想船速僅比水速大一點(diǎn)，則船逆水航行很慢，往返時(shí)間長(zhǎng)。如果船速十分接近水速，則船將一去不復(fù)返。
[例2」a、b兩個(gè)光滑斜面的高度和長(zhǎng)度均相同，但其形狀不同，如圖1所示。現(xiàn)將兩個(gè)同樣的小球從斜面頂端一起釋放，不計(jì)在拐角處能量損失，問(wèn)哪個(gè)球先滑到底端？
設(shè)斜面長(zhǎng)為l，高為h，a球下滑時(shí)間為
對(duì)b來(lái)說(shuō)，斜面上兩部分連接線所成的夾角未知，一時(shí)求不出球下滑時(shí)間。但是此夾角從90°連續(xù)變化到180°，a斜面即為b斜面（180°）的一個(gè)極限值。從斜面另一極限值（90°）來(lái)計(jì)算可得。
因?yàn)閘＞h，故b圖中的小球先滑到底端。
根據(jù)已知經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，從整體出發(fā)，用跳躍的、搜索的、猜測(cè)的方式，假設(shè)某種變化，根據(jù)連續(xù)性變化原理，將此變化引向具體或極端狀態(tài)，使主要因素或問(wèn)題本質(zhì)迅速暴露出來(lái)，從而探索到物理問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。糾正學(xué)生偏重于公式演繹，講不清物理道理之弱點(diǎn)。
二、具象思維描繪清晰的物理圖景
[例3]四個(gè)麥椿象（一種害蟲(chóng)）分別位于邊長(zhǎng)為a的正方形的四個(gè)角的頂點(diǎn)上。它們以同樣大小的速度V同時(shí)開(kāi)始爬行。第一只蟲(chóng)朝第二只蟲(chóng)爬去，第二只蟲(chóng)朝第三只蟲(chóng)爬去，第三只蟲(chóng)朝第四只蟲(chóng)爬去，第四只蟲(chóng)朝第一只蟲(chóng)爬去。試問(wèn)這四只蟲(chóng)會(huì)相遇嗎？我們想象有兩只蟲(chóng)位于一條線段的兩端，相對(duì)爬行，它們無(wú)疑會(huì)相遇。再設(shè)想有大量蟲(chóng)位于一個(gè)圓周上，一只蟲(chóng)接一只蟲(chóng)爬行，結(jié)果是它們沿圓周循環(huán)爬行，永不相遇。這是多邊形的兩種極限情況。對(duì)于四只蟲(chóng)位于正方形四個(gè)角的頂點(diǎn)情況，可以大膽猜測(cè)，它們一定會(huì)相遇?？紤]到對(duì)稱(chēng)性，四只蟲(chóng)爬行中總是位于新四邊形的四個(gè)角的頂點(diǎn)點(diǎn)上，而這新四邊形在不斷翻轉(zhuǎn)和“收縮”，如圖2所示。最終它們會(huì)聚在原正方形的中心。
思維過(guò)程中有時(shí)面臨這樣一種狀態(tài)：我們可以認(rèn)識(shí)它的兩個(gè)端點(diǎn)（極限情況），但是從始點(diǎn)到終點(diǎn)的“過(guò)渡”，卻完全是空白的。只是受到某種甚至非常表面的啟發(fā)，當(dāng)即茅塞頓開(kāi)，恍然大悟。這樣一幅清晰的物理圖景展現(xiàn)在你的眼前。
根據(jù)此物理圖景可以從兩條思路求得它們相遇的時(shí)間：
解法一：各只蟲(chóng)接近中心的速度為速度V在線段OA上的分量（見(jiàn)圖3），
由于線段OA的初始值為，所以
解法二：確定正方形邊長(zhǎng)減少的速率，它等于相鄰兩只蟲(chóng)的速度在邊上的矢量差
四只蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜的，很難描繪它們的運(yùn)動(dòng)軌跡。但是，用具象思維去簡(jiǎn)化與純化它們的運(yùn)動(dòng)，在一只蟲(chóng)追一只蟲(chóng)循環(huán)運(yùn)動(dòng)規(guī)則聯(lián)系下，按一定的時(shí)間順序和空間的關(guān)系，在學(xué)生頭腦中留下運(yùn)動(dòng)過(guò)程一系列“定格”，靜態(tài)形象──它們總位于正方形四個(gè)角的頂點(diǎn)上；動(dòng)態(tài)形象──新四邊形連續(xù)翻轉(zhuǎn)和“收縮”。展現(xiàn)出一幅科學(xué)而又形象的物理圖景。平時(shí)教學(xué)中幫助學(xué)生學(xué)會(huì)正確構(gòu)建物理情景，可以使復(fù)雜的物理問(wèn)題簡(jiǎn)單化，使抽象的理論形象化、具體化，這是學(xué)好物理的關(guān)鍵所在。
三、具象思維開(kāi)拓物理想象力
［例4」一張薄金屬片中心有一個(gè)小孔，一根針剛好能穿過(guò)此孔，如圖4所示。
現(xiàn)對(duì)整張金屬片均勻加熱后，針是否還能穿過(guò)小孔？
將薄金屬片看成是一系列以小孔為中心。半徑逐漸增大的細(xì)同心環(huán)構(gòu)成，而每一個(gè)金屬環(huán)相當(dāng)于一個(gè)彎成圓形的金屬條。加熱后金屬條變長(zhǎng)，則圓環(huán)的周長(zhǎng)變長(zhǎng)，即圓的半徑變大，并且內(nèi)環(huán)的膨脹不受外環(huán)膨脹的影響，結(jié)果小孔的半徑也變大，使針穿小孔更為方便。也可以設(shè)想用同種金屬片補(bǔ)全小孔，仿佛未開(kāi)過(guò)孔一樣，加熱時(shí)整張金屬片均勻膨脹，補(bǔ)上的“孔”也要相應(yīng)膨脹。加熱后再把補(bǔ)上的“孔”取出，于是原孔變大了。
［例5」證明勻質(zhì)三角形薄板的重心位于此三角形三條中線的交點(diǎn)上。
將三角形薄板分成一系列平行AB邊的窄條。每一窄條的重心位于其中點(diǎn)，即位于從頂點(diǎn)C所作的中線上，如圖5所示。這表明由一系列窄條所構(gòu)成的三角形薄板的重心也位于這條中線上。同理，其中心也位于另外兩條中線上。因此，勻質(zhì)三角形薄板的重心位于三角形三條中線的交點(diǎn)上。
運(yùn)用具象思維開(kāi)拓想象力，想象力突出表現(xiàn)為假設(shè)，它是對(duì)新事物作推測(cè)性或探索性設(shè)想的思維能力，發(fā)展自然科學(xué)要豐富的想象力，要?jiǎng)?chuàng)新必須具備想象力。
四、具象思維構(gòu)思物理理想實(shí)驗(yàn)
理想實(shí)驗(yàn)是在頭腦中塑造的一種理想過(guò)程，是具象思維的運(yùn)演。下面設(shè)計(jì)一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)來(lái)論證阿基米德定律。
設(shè)想有兩個(gè)完全相同的輕的硬薄殼，往左殼里注滿水邊，右殼里注滿無(wú)論何種液體。將兩個(gè)殼掛在等臂天平上，如圖6（1）所示。如果這兩個(gè)物體保持平衡，表明它們的密度相等。
該理想實(shí)驗(yàn)的構(gòu)思是：使從天平上平衡遷移到液體中平衡，將這兩個(gè)物體浸入盛有水的容器里，如圖6（2）所示。此后天平的平衡不被破壞，由于容器里的水“不知道”兩殼內(nèi)裝的是什么東西，只“看見(jiàn)”兩個(gè)完全相同的殼，所以對(duì)兩殼的作用完全相同。但是天平上左線是松馳的，水殼浮于水中。此時(shí)天平仍保持平衡，右線也不受拉力。于是可以將兩根線拿走，右殼也浮在水中，如6（3）所示。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)物體的密度等于液體的密度時(shí)，物體所受浮力等于物體的重力。
再設(shè)象把一個(gè)物體放在空殼內(nèi)，使殼漂浮在液體上，如圖7所示，液體對(duì)殼的浮力等于物體的重力。如果拿走殼內(nèi)物體，則空殼將上浮。要維持殼浸沒(méi)在液體中原來(lái)的深度，現(xiàn)向空殼內(nèi)注人同種液體，直到殼浸沒(méi)到原來(lái)深度為止，如圖7所示。又設(shè)想將它們掛在天平上，從上述實(shí)驗(yàn)可知，天平也是平衡的。實(shí)驗(yàn)表明：物體所受浮力的大小等于物體所排開(kāi)的液體的重力。
伽利略設(shè)計(jì)的理想斜面實(shí)驗(yàn)建立了慣性定律。愛(ài)因斯坦設(shè)計(jì)“追光實(shí)驗(yàn)”，“假如一個(gè)人能以光速和光一起跑，會(huì)看到什么現(xiàn)象呢？”，它具體而形象地揭示出超光速運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致時(shí)間倒流及因果顛倒，得出光速不變?cè)??？茖W(xué)理論之形成過(guò)程中除了抽象思維以外，具象思維往往起關(guān)鍵作用。引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)大膽設(shè)計(jì)理想實(shí)驗(yàn)，虛擬創(chuàng)造，不受實(shí)驗(yàn)器材、條件和技術(shù)水平一時(shí)之限制，這有利于培養(yǎng)和開(kāi)拓學(xué)生的創(chuàng)造性思維和想象力。
今天，要使學(xué)生具有創(chuàng)新意識(shí)，僅靠抽象的邏輯思維難以達(dá)到！任何邏輯推理的結(jié)論其實(shí)都已隱含在其前提中了，邏輯推理只不過(guò)是將原來(lái)隱含的結(jié)論推演出來(lái)而已。要想真正創(chuàng)新，必須突破舊的前提及邏輯體系，這就要靠創(chuàng)造性思維和實(shí)驗(yàn)。不僅創(chuàng)造性思維往往是從具象思維開(kāi)始的，而有些理想實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是真實(shí)實(shí)驗(yàn)之構(gòu)思階段。科學(xué)家的科學(xué)思維以及科學(xué)理論的發(fā)展表明：要重視具象思維能力的培養(yǎng)。
[例1]一艘船沿著順?biāo)叫幸褥o水中快，沿著逆水航行要比靜水中慢。這就產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題：船要從甲處航行到乙處再返回到甲處，是在流水中航行還是在靜水中航行所需時(shí)間少？
設(shè)想船速僅比水速大一點(diǎn)，則船逆水航行很慢，往返時(shí)間長(zhǎng)。如果船速十分接近水速，則船將一去不復(fù)返。
[例2」a、b兩個(gè)光滑斜面的高度和長(zhǎng)度均相同，但其形狀不同，如圖1所示。現(xiàn)將兩個(gè)同樣的小球從斜面頂端一起釋放，不計(jì)在拐角處能量損失，問(wèn)哪個(gè)球先滑到底端？
設(shè)斜面長(zhǎng)為l，高為h，a球下滑時(shí)間為
對(duì)b來(lái)說(shuō)，斜面上兩部分連接線所成的夾角未知，一時(shí)求不出球下滑時(shí)間。但是此夾角從90°連續(xù)變化到180°，a斜面即為b斜面（180°）的一個(gè)極限值。從斜面另一極限值（90°）來(lái)計(jì)算可得。
因?yàn)閘＞h，故b圖中的小球先滑到底端。
根據(jù)已知經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，從整體出發(fā)，用跳躍的、搜索的、猜測(cè)的方式，假設(shè)某種變化，根據(jù)連續(xù)性變化原理，將此變化引向具體或極端狀態(tài)，使主要因素或問(wèn)題本質(zhì)迅速暴露出來(lái)，從而探索到物理問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。糾正學(xué)生偏重于公式演繹，講不清物理道理之弱點(diǎn)。
二、具象思維描繪清晰的物理圖景
[例3]四個(gè)麥椿象（一種害蟲(chóng)）分別位于邊長(zhǎng)為a的正方形的四個(gè)角的頂點(diǎn)上。它們以同樣大小的速度V同時(shí)開(kāi)始爬行。第一只蟲(chóng)朝第二只蟲(chóng)爬去，第二只蟲(chóng)朝第三只蟲(chóng)爬去，第三只蟲(chóng)朝第四只蟲(chóng)爬去，第四只蟲(chóng)朝第一只蟲(chóng)爬去。試問(wèn)這四只蟲(chóng)會(huì)相遇嗎？我們想象有兩只蟲(chóng)位于一條線段的兩端，相對(duì)爬行，它們無(wú)疑會(huì)相遇。再設(shè)想有大量蟲(chóng)位于一個(gè)圓周上，一只蟲(chóng)接一只蟲(chóng)爬行，結(jié)果是它們沿圓周循環(huán)爬行，永不相遇。這是多邊形的兩種極限情況。對(duì)于四只蟲(chóng)位于正方形四個(gè)角的頂點(diǎn)情況，可以大膽猜測(cè)，它們一定會(huì)相遇?？紤]到對(duì)稱(chēng)性，四只蟲(chóng)爬行中總是位于新四邊形的四個(gè)角的頂點(diǎn)點(diǎn)上，而這新四邊形在不斷翻轉(zhuǎn)和“收縮”，如圖2所示。最終它們會(huì)聚在原正方形的中心。
思維過(guò)程中有時(shí)面臨這樣一種狀態(tài)：我們可以認(rèn)識(shí)它的兩個(gè)端點(diǎn)（極限情況），但是從始點(diǎn)到終點(diǎn)的“過(guò)渡”，卻完全是空白的。只是受到某種甚至非常表面的啟發(fā)，當(dāng)即茅塞頓開(kāi)，恍然大悟。這樣一幅清晰的物理圖景展現(xiàn)在你的眼前。
根據(jù)此物理圖景可以從兩條思路求得它們相遇的時(shí)間：
解法一：各只蟲(chóng)接近中心的速度為速度V在線段OA上的分量（見(jiàn)圖3），
由于線段OA的初始值為，所以
解法二：確定正方形邊長(zhǎng)減少的速率，它等于相鄰兩只蟲(chóng)的速度在邊上的矢量差
四只蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜的，很難描繪它們的運(yùn)動(dòng)軌跡。但是，用具象思維去簡(jiǎn)化與純化它們的運(yùn)動(dòng)，在一只蟲(chóng)追一只蟲(chóng)循環(huán)運(yùn)動(dòng)規(guī)則聯(lián)系下，按一定的時(shí)間順序和空間的關(guān)系，在學(xué)生頭腦中留下運(yùn)動(dòng)過(guò)程一系列“定格”，靜態(tài)形象──它們總位于正方形四個(gè)角的頂點(diǎn)上；動(dòng)態(tài)形象──新四邊形連續(xù)翻轉(zhuǎn)和“收縮”。展現(xiàn)出一幅科學(xué)而又形象的物理圖景。平時(shí)教學(xué)中幫助學(xué)生學(xué)會(huì)正確構(gòu)建物理情景，可以使復(fù)雜的物理問(wèn)題簡(jiǎn)單化，使抽象的理論形象化、具體化，這是學(xué)好物理的關(guān)鍵所在。
三、具象思維開(kāi)拓物理想象力
［例4」一張薄金屬片中心有一個(gè)小孔，一根針剛好能穿過(guò)此孔，如圖4所示。
現(xiàn)對(duì)整張金屬片均勻加熱后，針是否還能穿過(guò)小孔？
將薄金屬片看成是一系列以小孔為中心。半徑逐漸增大的細(xì)同心環(huán)構(gòu)成，而每一個(gè)金屬環(huán)相當(dāng)于一個(gè)彎成圓形的金屬條。加熱后金屬條變長(zhǎng)，則圓環(huán)的周長(zhǎng)變長(zhǎng)，即圓的半徑變大，并且內(nèi)環(huán)的膨脹不受外環(huán)膨脹的影響，結(jié)果小孔的半徑也變大，使針穿小孔更為方便。也可以設(shè)想用同種金屬片補(bǔ)全小孔，仿佛未開(kāi)過(guò)孔一樣，加熱時(shí)整張金屬片均勻膨脹，補(bǔ)上的“孔”也要相應(yīng)膨脹。加熱后再把補(bǔ)上的“孔”取出，于是原孔變大了。
［例5」證明勻質(zhì)三角形薄板的重心位于此三角形三條中線的交點(diǎn)上。
將三角形薄板分成一系列平行AB邊的窄條。每一窄條的重心位于其中點(diǎn)，即位于從頂點(diǎn)C所作的中線上，如圖5所示。這表明由一系列窄條所構(gòu)成的三角形薄板的重心也位于這條中線上。同理，其中心也位于另外兩條中線上。因此，勻質(zhì)三角形薄板的重心位于三角形三條中線的交點(diǎn)上。
運(yùn)用具象思維開(kāi)拓想象力，想象力突出表現(xiàn)為假設(shè)，它是對(duì)新事物作推測(cè)性或探索性設(shè)想的思維能力，發(fā)展自然科學(xué)要豐富的想象力，要?jiǎng)?chuàng)新必須具備想象力。
四、具象思維構(gòu)思物理理想實(shí)驗(yàn)
理想實(shí)驗(yàn)是在頭腦中塑造的一種理想過(guò)程，是具象思維的運(yùn)演。下面設(shè)計(jì)一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)來(lái)論證阿基米德定律。
設(shè)想有兩個(gè)完全相同的輕的硬薄殼，往左殼里注滿水邊，右殼里注滿無(wú)論何種液體。將兩個(gè)殼掛在等臂天平上，如圖6（1）所示。如果這兩個(gè)物體保持平衡，表明它們的密度相等。
該理想實(shí)驗(yàn)的構(gòu)思是：使從天平上平衡遷移到液體中平衡，將這兩個(gè)物體浸入盛有水的容器里，如圖6（2）所示。此后天平的平衡不被破壞，由于容器里的水“不知道”兩殼內(nèi)裝的是什么東西，只“看見(jiàn)”兩個(gè)完全相同的殼，所以對(duì)兩殼的作用完全相同。但是天平上左線是松馳的，水殼浮于水中。此時(shí)天平仍保持平衡，右線也不受拉力。于是可以將兩根線拿走，右殼也浮在水中，如6（3）所示。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)物體的密度等于液體的密度時(shí)，物體所受浮力等于物體的重力。
再設(shè)象把一個(gè)物體放在空殼內(nèi)，使殼漂浮在液體上，如圖7所示，液體對(duì)殼的浮力等于物體的重力。如果拿走殼內(nèi)物體，則空殼將上浮。要維持殼浸沒(méi)在液體中原來(lái)的深度，現(xiàn)向空殼內(nèi)注人同種液體，直到殼浸沒(méi)到原來(lái)深度為止，如圖7所示。又設(shè)想將它們掛在天平上，從上述實(shí)驗(yàn)可知，天平也是平衡的。實(shí)驗(yàn)表明：物體所受浮力的大小等于物體所排開(kāi)的液體的重力。
伽利略設(shè)計(jì)的理想斜面實(shí)驗(yàn)建立了慣性定律。愛(ài)因斯坦設(shè)計(jì)“追光實(shí)驗(yàn)”，“假如一個(gè)人能以光速和光一起跑，會(huì)看到什么現(xiàn)象呢？”，它具體而形象地揭示出超光速運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致時(shí)間倒流及因果顛倒，得出光速不變?cè)??？茖W(xué)理論之形成過(guò)程中除了抽象思維以外，具象思維往往起關(guān)鍵作用。引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)大膽設(shè)計(jì)理想實(shí)驗(yàn)，虛擬創(chuàng)造，不受實(shí)驗(yàn)器材、條件和技術(shù)水平一時(shí)之限制，這有利于培養(yǎng)和開(kāi)拓學(xué)生的創(chuàng)造性思維和想象力。
今天，要使學(xué)生具有創(chuàng)新意識(shí)，僅靠抽象的邏輯思維難以達(dá)到！任何邏輯推理的結(jié)論其實(shí)都已隱含在其前提中了，邏輯推理只不過(guò)是將原來(lái)隱含的結(jié)論推演出來(lái)而已。要想真正創(chuàng)新，必須突破舊的前提及邏輯體系，這就要靠創(chuàng)造性思維和實(shí)驗(yàn)。不僅創(chuàng)造性思維往往是從具象思維開(kāi)始的，而有些理想實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是真實(shí)實(shí)驗(yàn)之構(gòu)思階段。科學(xué)家的科學(xué)思維以及科學(xué)理論的發(fā)展表明：要重視具象思維能力的培養(yǎng)。