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    例談中學物理新課程教學中綠色思維能力的培養(yǎng)

    2012-01-29 01:57:55王金兵
    中小學教學研究 2012年2期
    關(guān)鍵詞:逆向思維能力物理

    王金兵

    (南通市如東縣豐利中學,江蘇 南通 226408)

    中學物理新課程標準指出:物理學科作為自然科學的重要分支,不僅對物質(zhì)文明的進步和人類對自然界認識的深化起了重要的推動作用,而且對人類的思維發(fā)展也產(chǎn)生了不可或缺的影響。在中學物理教學中需要大力培養(yǎng)學生思維能力,常規(guī)思維可能有用,但有時用常規(guī)思維并不能很好地解決問題,甚至有時會阻礙問題的解決,使得思維“沙漠化”,這時要想在“思維的沙漠”中呈現(xiàn)出“綠洲”,就要有相應(yīng)的“綠色思維”。

    綠色思維是相對于常規(guī)思維而言,其中典型代表就是逆向思維,學生的全面發(fā)展和科學素養(yǎng)的提高有時常常在常規(guī)思維中徘徊,在綠色的逆向思維中誕生。就連法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象、愛因斯坦提出的光子說等都是逆向思維的結(jié)果??梢娔嫦蛩季S的巨大威力和不可或缺性。

    所謂綠色逆向思維,是指和正向思維方向相反而又相互聯(lián)系的思維過程,即我們通常所說的“倒著想”或“反過來想一想”。綠色逆向思維屬于發(fā)散性思維的范疇,是一種創(chuàng)造性的求異思維。在中學階段,物理課程的價值主要表現(xiàn)之一是通過科學想象與科學推理方法的結(jié)合,發(fā)展學生的想象力和分析概括能力,使學生養(yǎng)成良好的思維習慣,敢于質(zhì)疑,勇于創(chuàng)新,最終能達到全面提高學生的綜合能力。

    一、在物理新課教學中培養(yǎng)學生綠色逆向思維能力

    在中學物理概念、原理和規(guī)律教學中,我們可以挖掘教材中的某些探索性內(nèi)容,引導(dǎo)學生利用綠色逆向思維去掌握知識。例如:學習力的概念時,對力的作用是相互的,學生往往理解不深,我就給學生舉這樣的例子,左手掌擊右掌時兩掌都覺得疼痛,這是為什么?學習摩擦力時,給學生提問:大家知道汽車是有牽引力作用而前進,那么這個牽引力是誰施加的呢?在冰面上走路為什么易打滑?然后讓學生討論,并提示如果地面向前推著人,人還打滑嗎?使學生更深刻地理解摩擦力。通過執(zhí)果索因,啟發(fā)學生自己去猜想、推理、判斷、驗證所學知識,不僅使學生知道概念、原理和規(guī)律的來龍去脈,而且教給學生如何運用物理思維去逐步得出科學理論的方法,使學生更加能理解好物理概念、原理和規(guī)律。

    探討某些選擇題的選項是否正確時,運用綠色逆向思維可能很有效。例如,很多學生對“光滑水平面勻速運動的物體在水平方向是否受力”有懷疑。對于這個問題可以假設(shè)受一個水平力,但不能找到另一個力來和它平衡,且這個力的施力物體也找不到。因此水平方向并不受力。這種思維方法是先提出與規(guī)律中的結(jié)論相反的假定,然后從這個假定中得出和已知條件相矛盾的結(jié)果來,這樣就否定了原來的假定而肯定了規(guī)律中的結(jié)論。這種由“果”及“因”的反轉(zhuǎn)思維往往可以簡潔明了地完成順向思維很難解決的問題。通過反向逆推,引導(dǎo)學生利用逆向思維去發(fā)問、發(fā)現(xiàn),可以進一步擴大和完善學生的認知結(jié)構(gòu),深化和升華所學的課本知識。

    二、在各種類型物理實驗中培養(yǎng)綠色逆向思維能力

    (一)運用演示實驗和學生實驗,引導(dǎo)學生逆向思考

    物理是以實驗為基礎(chǔ)的自然科學。必要的演示實驗教學和學生實驗不僅能加深學生對物理知識的認識,更能培養(yǎng)學生必要的動手動腦能力。常規(guī)思維模式往往使學生按部就班,導(dǎo)致學生思維定勢,逐漸喪失創(chuàng)新的欲望和能力。諸如在講一個實驗時,首先向?qū)W生分析實驗的設(shè)計原理和內(nèi)容要求,然后再指導(dǎo)學生親自動手完成實驗,在此基礎(chǔ)上師生通過分析、對比,共同總結(jié)出這類實驗的規(guī)律,以達到觸類旁通、舉一反三的目的。例如:在《磁生電》這節(jié)課的教學時,教師可以重新演示奧斯特實驗,引導(dǎo)學生逆向思考,奧斯特發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)體周圍存在著磁場,表現(xiàn)為電能產(chǎn)生磁。那么反過來,磁能否產(chǎn)生電?怎樣才能使磁生電呢?學生回答:不確定,可以試試。然后展開討論,教師在旁點撥引導(dǎo),探究合適的實驗方案,最后由學生根據(jù)實驗事實,逐步歸納、概括出結(jié)論:閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動時,導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電流。

    (二)利用探究實驗,加強學生逆向思維的培養(yǎng)

    科學探究的成功與否主要取決于實驗方法和實驗技術(shù),其中實驗方法占著重要地位。在理解這些實驗方法時引導(dǎo)學生用逆向思維。例如:麥克斯韋電磁場理論的基本觀點——“變化的磁場產(chǎn)生電場,變化的電場也產(chǎn)生磁場”,也是逆向思維的典型示例。再如,在講授“小孔成像”時,教師再提出一個探究性試驗:“小孔既然能成像”,那么“小點能否成像呢”?此時學生的討論很激烈,學習熱情高漲,求知欲望越來越強烈,對物理的學習和實驗的探究產(chǎn)生濃厚的興趣。

    三、在習題教學中,強化對學生逆向思維能力的訓練

    在物理習題教學中,應(yīng)用逆向思維解題,即先確定題目中要求什么結(jié)論,然后根據(jù)題意,運用掌握的物理概念、定律及公式,按照題意逐層次反向推導(dǎo),直到利用題中給出的已知條件能夠?qū)栴}解決為止。分析完畢,將逆向思維的分析過程反向逐層寫出,即為習題的解題步驟。在物理學習中,思維定勢還有著相當程度的影響作用。

    [例1]甲、乙兩個相同的量筒內(nèi)分別裝有水和酒精,放在水平桌面上,兩種液體對量筒底部的壓強相等,比較在兩種液體內(nèi)部同一水平的兩點所受的壓強大小。若教師在分析上述題目后,有意識地把已知條件和未知相互對調(diào)一下:在液體內(nèi)部同一水平面上的兩點處受到液體的壓強相等,比較液體對兩個底部的壓強的大小。這樣就可有意識地達到活躍和培養(yǎng)學生逆向思維的作用。

    [例2]一人站立在平面鏡前,然后慢慢后退,則:

    A.他在平面鏡中的像越來越小,像離平面鏡越來越遠;

    B.他的像越來越大,像離平面鏡越來越近;

    C.像的大小不變,但像離人卻越來越遠;

    D.像的大小不變,像與人的距離也不變

    反思:此題錯選A的比例竟占50%。進一步的分析發(fā)現(xiàn),這么多的學生之所以錯選,是因為在解該題時憑借視覺的通常經(jīng)驗——遠小近大,而沒有根據(jù)問題的需要進行必要的思維活動,忽略了“像的大小”與“你看到的鏡中像的大小”是兩回事。

    [例3]有一塊冰漂浮在一杯濃鹽水中(冰的密度小于濃鹽水的密度),如果冰塊全部熔化后,液面將( )

    A.上升 B.下降 C.不變 D.無法判定

    解析:從題中的答案看,要比較的是冰熔化前排開濃鹽水的體積V排和冰熔化成水的體積V水,若V水<V排,則液面下降;若 V水>V排,則液面上升;若 V水=V排,則液面不變。V水、V排不能確定,則無法判斷,要準確判斷,必須求出V水和V排。

    比較所求結(jié)果,V水>V排,冰熔化后液面上升,則答案應(yīng)選(A)。

    應(yīng)用逆向思維解題,思路清晰,且能準確判斷各種選擇題及其他類型題的答案。

    四、在應(yīng)用物理知識解決實際問題中,加強對學生逆向思維的強化

    (一)運用轉(zhuǎn)換,逆向思維

    音叉的振動轉(zhuǎn)化為乒乓球的彈起(或水花濺起);物體溫度的高低轉(zhuǎn)化為液體的熱脹冷縮;分子運動轉(zhuǎn)化為擴散現(xiàn)象;分子之間有空隙轉(zhuǎn)化為兩種液體混合時體積變??;硬度大的物體的微小形變轉(zhuǎn)化為平面鏡的反射光線的改變;物體動能的大小轉(zhuǎn)化為另一物體被撞的距離大??;物體重力勢能轉(zhuǎn)化為木樁被打擊而陷入沙中的深度;是否存在磁場轉(zhuǎn)化為小磁針是否偏轉(zhuǎn);比較電熱大小轉(zhuǎn)化為火柴燃燒的先后,等等。另外,電動汽車,太陽能汽車代替內(nèi)燃式汽車也是這種思維的運用。

    (二)利用反轉(zhuǎn),逆向思維

    例如人在岸上看到水中有一條魚,現(xiàn)想用魚叉叉中魚,請問應(yīng)對著所看到的魚還是對著所看到的魚下方叉去?

    水中的魚發(fā)光經(jīng)水面折射到人眼中,而人眼看到的“魚”是逆著折射光線形成在真實魚稍上方的虛象,根據(jù)光路的可逆性,魚叉必須應(yīng)對著所看到的“魚”下方叉魚。

    光路的可逆性這一知識在初中物理中雖不處于凸顯位置,只是一帶而過,但應(yīng)用光路的可逆性可使許多光學問題處理簡便而清晰,起到事半功倍的效果,而且能訓練和培養(yǎng)逆向思維,加深對光學知識的理解,達到融會貫通、左右逢源的佳境。

    新課程的核心理念是為了每一位學生的發(fā)展,而學生的發(fā)展不是指某一方面的發(fā)展,而是全面、和諧的發(fā)展。事實證明,學生的全面發(fā)展和科學素養(yǎng)的提高,往往在常規(guī)思維中徘徊,在綠色思維中誕生。當然,綠色逆向思維能力的培養(yǎng)決不是一朝一夕能完成的,但實踐證明只要持之以恒,學生的學習態(tài)度、學習習慣、學習方法、實踐能力、個性品質(zhì)都會隨著逆向思維能力的培養(yǎng)而全面發(fā)展。當然,強調(diào)逆向思維不是要求一切問題都要從另一面去思考,同時,沒有知識基礎(chǔ)的逆向思維是無源之水。在其他條件相同的情況下,基礎(chǔ)知識越豐厚牢固,對問題的理解就越深刻,應(yīng)用綠色逆向思維就能取得更大的成效。

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