物理问题表征态的构建与演化分析摘要：通过对物理学发展历史的分析，确立了问题表征态的内涵，从信息论的角度明确表征态具有确定性增加的演化特性。本文具体研究了从物理表征到数学表征的过程，明确了状态数学化、过程数学化和约束关系数学化三种途径能引导问题表征态向着确定度增大的方向演化。通过对实例的分析，进一步明确了这三种途径对于物理问题解决的价值。关键词：问题表征态；确定性；约束关系；解题：G633.7文献标识码：A：1003-6148（2016）6-0064-41问题的提出背景表征是信息在人头脑中的呈现方式，是客观事物的反映。问题表征则是问题所涉及的信息在人头脑中呈现出的形态。1978年，McDermott和Larkin提出了物理问题的4个表征步骤：文字表征、朴素表征、科学表征、数学表征。廖伯琴在此基础上提出了力学问题的表征体系，并用口语报告分析法做了研究[1]。而邓铸提出了表---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---征态理论，指出表征态是一连续、非线性的变化过程，包含了6种不同层次的表征态[2]。邢红军结合协同论提出了自组织表征理论，它是一个连续与突变、独立与关联、控制与自发、协同与竞争、必然与偶然相结合的非线性过程，同时又呈现出了7种不同的表征层次[3]。此外，还有众多的研究者提出了自己的观点。总体上，问题表征态具有动态性、连续性、非线性等复杂系统的特征，但目前只能用一些相对的稳态将整个动态过程割裂成几个不同的层次。如此一来，若能对表征态演化作更细致的表述，将给教师的教学以参考。同时，物理问题表征态的具体内涵有待确立。2问题表征态的内涵与演化经典力学在时间与空间中研究物质运动的规律与结构特征，它经历了伽利略、开普勒、笛卡尔、惠更斯、牛顿等人的发展。在本体论承诺、数学化表征和发现型实验三大主题的交织下，一个具有自我修正、自我发展的知识结构体系逐渐形成了。本体论是指共享概念模型的形式化规范说明，本质上是对基本模型、基本概念的构建。数学化表征是指用数学语言来表征物理实在、表征自然界的---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---客观规律，以方便脱离物理实在进行逻辑推理，避免了生活经验对问题解决的负面影响。而发现型实验是通过操控手段来探究自然规律，能对新理论进行实验验证，也能帮助研究者发现新的物理规律。问题表征态的内涵应该在物理学的发展过程中寻找，和物理学保持一致。物理学研究的是物质运动规律，因此问题表征态是围绕“物质运动”这一主题而形成的一个具有范畴性的体系。从本体论看，表征态由一些基本概念构成，例如力学中的表征态包含质量m、位移x、时间t，以及力F、速度v、加速度a等。从数学化表征上看，表征态也必须呈现物理量间的数学关系，如在力学中常见的是函数关系。因此，问题表征态的内涵包含了物理量和它们间的数学关系。表征态的演化是人类对未知新事物追求认知平衡而发生的改变，它源于人类物理现象与过程的认知需要。从信息论的角度看，问题表征态是从不确定到确定、从不完备到完备的方向演化。表征终态与初态有很大的不同，它所包含的信息量更多、确定性程度更高，因此在态的演化过程中必然包含着“确定性信息”的引入。在物理问---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---题中，该“确定性信息”是物理规律、物理法则等，它存在于问题解决者的头脑中，蕴藏于表征的最终状态中，但不存在于表征的初始状态。那么，对于“确定性信息”是如何引入到表征态并促使其朝终态演化的，表征态是如何同化与顺应物理规律、问题信息的，这是整个问题的关键所在。3物理表征的演化文字表征、朴素表征和物理表征是解决原始问题的关键步骤，而物理表征和数学表征则是解决结构良好的习题所注重的内容。从文字表征到物理表征的过程也是建立物理模型、明确物理量的过程，它涉及定向表征、抽象表征、图像表征、赋值表征等多种表征层次，是原始问题所关注的内容之一。从物理表征到数学表征的主要思维模式是演绎推理，该过程因此而变得有迹可循。既然表征态必然依据实际的物理过程，那...