試論物理實驗教學與學生發(fā)散思維方法的訓練

邵晉英

科學方法作為知識的內(nèi)核與脈絡(luò)，雖然支配著知識的獲取和應(yīng)用，但卻不是由知識內(nèi)容來直接表達的，而是往往隱藏在知識的背后，既不易掌握，又容易為師生所忽略[1]。因此，如果單純關(guān)注知識的教學，學生從中學到的科學方法將只能是零星的，不連貫的。因此，在物理教學中，教師有必要明確教給學生一些基本的思維方法，促使學生形成良好的思維品質(zhì)。本文依托物理實驗教學，結(jié)合具體事例，初步探討了在教學中培養(yǎng)和訓練學生發(fā)散思維方法的有關(guān)途徑。

一、發(fā)散思維的概念和特征

發(fā)散思維作為創(chuàng)造性思維的核心成分，其在教學中的地位舉足輕重。所謂發(fā)散思維，又稱為求異思維，是指在思維過程中能夠根據(jù)已有的信息，打破常規(guī)，從不同方向、不同角度尋求變異，探索多種解決方案或解決問題的新途徑的思維方式。發(fā)散思維的主要特征表現(xiàn)為流暢性、變通性和獨特性。

二、發(fā)散思維方法的訓練

發(fā)散思維的方法有很多，如多向思維、逆向思維、側(cè)向思維等。下面著重討論如何就上述三種方法對學生展開訓練。

1.多向思維

所謂多向思維就是指針對同一條件，從不同的方向和角度去思考、尋求解決問題的各種方法和途徑。為了培養(yǎng)與訓練學生的多向思維能力，我們可以從兩個方面進行考慮。

首先，要在物理問題的問法與提法上下工夫。一個物理問題的結(jié)構(gòu)對于學生的物理思維和解答程序具有引導作用，換句話說，就是提問的方式，決定著思考的方式和回答的內(nèi)容[2]。對同一問題，采用不同方式提問，效果截然不同。例如，關(guān)于如何使用天平測量物體的質(zhì)量，可以這樣提問：用天平怎樣測量物體的質(zhì)量？這種思路狹窄的提問方式，意味著只能有一個標準答案。而如果這樣提問：你能想出多少種測量物體質(zhì)量的方法？這種思路發(fā)散的提問方式，決定了答案的開放性和多樣性，以及對學生思維引導的有效性和促進作用。

其次，要在問題本身的設(shè)計上廣開思路。比如可以設(shè)計一些一題多解、一題多問、條件多余需選擇或條件不足需假設(shè)的問題，甚至可以通過答案不清待確定的開放性、不完善的習題，來培養(yǎng)學生多角度、多側(cè)面、用不同方法思考和解決問題的習慣，以便于溝通知識之間的內(nèi)在聯(lián)系。

【案例】圍繞初中物理概念“壓強”的教與學，利用身邊隨處可見的實驗資源，能設(shè)計出哪些演示實驗或?qū)W生分組實驗？

根據(jù)控制變量法的原則，應(yīng)圍繞控制物體“受力面積和壓力”兩個變量來考察“壓力的作用效果”，從而進行實驗材料的選擇。根據(jù)本課題要求，我們把實驗設(shè)計重點確定為尋找生活中具有“同一物體各端面積不同”結(jié)構(gòu)特點的物品或器具上。為此，首先把實驗材料分為文具、服飾(包括鞋)、日常用品、常見工具、人體結(jié)構(gòu)(或膚覺的利用)和其他類別，然后啟發(fā)學生通過發(fā)散思維，盡可能多地列舉身邊方便獲取的每一類可供利用的資源。

本課題中，基本符合要求的實驗材料有：(1)文具類：一頭削尖的鉛筆、中性筆或筆芯、文具盒、筆筒、長方形橡皮、墨水瓶、書籍等；(2)服飾類(包括鞋)：冰鞋、旱冰鞋、高跟鞋與平底鞋等；(3)日常用品：板凳、桌子、椅子、肥皂、圖釘、勺子、杯子、筷子、兩端粗細不均的各類瓶子等；(4)常見工具：釘子、刀具、螺絲刀、錐子、斧頭、鏟子等；(5)人體結(jié)構(gòu)(或膚覺的利用)：腳與膝蓋、指肚與指甲、手指與手掌、站立與趴下等；(6)其他類：磚塊、硬紙盒等，或者利用木材、泡沫板等材料自制一些具有“同一物體各端面積不同”結(jié)構(gòu)特點的物品。同時，為了突出壓力作用效果，便于學生觀察和體驗，加深學生對“壓強”概念的理解，還需要選擇以下實驗材料對實驗效果進行放大：細沙、海綿、泡沫板、橡皮泥等。最后，要求學生自選上述材料設(shè)計多種實驗方案并進行探究學習。

2.逆向思維

思維方向有“順向”和“逆向”之分。順向思維指的是按人們一般的思維習慣從正面、表面或明顯的、易于接受的方向進行思維。逆向思維則相反，它是從事物的反面，從一般思維習慣的反方向來思考和分析問題。在物理實驗教學中，培養(yǎng)和訓練學生逆向思維的方法通常有：

(1)利用典型實驗，訓練和培養(yǎng)學生的逆向思維習慣

科學史上運用逆向思維進行發(fā)明創(chuàng)造的例子不勝枚舉。例如電磁感應(yīng)定律的提出，就是法拉第依靠逆向思維，借助奧斯特的電流磁效應(yīng)實驗得到啟示：既然電能夠生磁，磁能否生電？歷經(jīng)10年探索，設(shè)計了各種實驗，他終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，揭示了電磁的本質(zhì)。從物質(zhì)到反物質(zhì)，從粒子到反粒子等許多近現(xiàn)代物理成果的發(fā)明或發(fā)現(xiàn)也都巧妙地運用了逆向思維的方法。這些經(jīng)典案例告訴我們，如果教師能充分挖掘教材中這些成功的實驗對學生進行啟發(fā)引導、強化和訓練，不僅有助于開發(fā)和訓練學生的逆向思維能力，形成良好的思維品質(zhì)，同時也可培養(yǎng)學生形成辯證唯物主義世界觀。

(2)執(zhí)果索因，教給學生逆向思維的方法

教學實踐中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學生喜歡從正面思考問題，即由原因推導出結(jié)果。但對某些較為復雜的物理問題，順向思維的解決方法往往比較煩瑣。這時，如果我們能倒過來想想，即巧妙運用逆向思維，往往會化難為易，化繁為簡。為此，教師在教學過程中應(yīng)當有意識地增強逆向思維的訓練力度來挖掘?qū)W生的思考潛能。比如進行變式教學：改變已知與未知的關(guān)系，或把問題倒過來，構(gòu)成執(zhí)果索因的逆向性命題。在物理學中，需要逆向思考的問題很多。其中，光學與電學中的“黑箱”問題，需要利用反證法證明的問題等，都是可以采用逆向思維來解決的典型問題。

【案例】“楞次定律”的導入設(shè)計

教師首先出示一只黑箱，該黑箱有兩個洞口。假設(shè)一只老鼠想進黑箱偷食物，若用紙板擋住觀察視線，學生就不知道老鼠是從哪個洞口進去的。但是教師卻說：“如果是同學們操作我來猜，我能知道。”面對學生質(zhì)疑的目光，教師隨即選了兩位學生幫助做實驗，自己背對實驗裝置。結(jié)果大出學生預料：無論他們選擇讓老鼠從哪個洞口進入黑箱，教師均能準確無誤地猜到。這激起學生極大的興趣和求知欲望。這時，教師趁勢引出本節(jié)課的教學內(nèi)容—如何判斷感應(yīng)電流的方向，并啟發(fā)學生當順向思維遇到障礙難以解決問題時，不妨把問題倒過來想一想，即根據(jù)實驗結(jié)果來猜測黑箱中實驗裝置的結(jié)構(gòu)，往往會柳暗花明。這類需要倒過來思考的問題不僅是對所學知識的極好考查，同時也增強了問題的挑戰(zhàn)性和實效性，使思維方向得以充分擴展。

中學物理實驗按照實驗?zāi)康目煞譃轵炞C性實驗和探索性實驗兩大類。驗證性實驗為正向思維，其思維程序通常是按部就班地進行：提出問題—進行猜想—設(shè)計實驗—運用實驗進行檢驗(證實或否定)—評估結(jié)果，如對牛頓第二定律的實驗驗證；探索性實驗則為逆向思維，其思維程序是：實驗—觀察—數(shù)據(jù)分析—總結(jié)規(guī)律，如對勻變速直線運動的研究。這兩種實驗的思維方向剛好是相反的。兩種實驗類型相比較，探索性實驗因為更符合人們對未知世界研究的一般習慣和程序，有廣闊的思維空間，因而成為培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維與實踐能力的有效途徑之一。為此，教師可以將一些驗證性實驗改成探索性實驗，從而強化學生的探索精神和逆向思維能力的培養(yǎng)。

3.側(cè)向思維

側(cè)向思維，是指思維的方向既不是順向，也不是逆向，而是從旁延伸。這是從其他領(lǐng)域獲得啟示而產(chǎn)生新設(shè)想的一種思維方法。其常用的方式有聯(lián)想和類比[3]。物理學的發(fā)展歷程中利用側(cè)向思維獲得巨大成功的例子也比比皆是：有線電報的發(fā)明者莫爾斯從驛站換馬聯(lián)想到信號運輸，從而產(chǎn)生了設(shè)立放大站的設(shè)想，實現(xiàn)了信息的遠距離傳輸；瓦特看到水蒸氣頂開水壺蓋想到發(fā)明蒸汽機；盧瑟福通過原子與太陽系的類比，提出原子結(jié)構(gòu)的“行星模型”假說；等等。這些都是側(cè)向思維應(yīng)用的典范。

要想使學生養(yǎng)成側(cè)向思維的習慣，就要經(jīng)常進行以下訓練：

(1)勤于思考，善于聯(lián)想

聯(lián)想是利用兩個事物之間在本質(zhì)或形象上的某些相似之處，從已知的事物推導出未知的事物，獲得新知識的一種方法。如由整體聯(lián)想到部分，由條件猜測可能出現(xiàn)的結(jié)果，由力聯(lián)想到重力、彈力、摩擦力等。只要平時在思考問題時，有意識地訓練學生由一種事物盡可能多地聯(lián)想到其他事物，就可有效地訓練他們的聯(lián)想能力。

(2)觸類旁通，學會類比

類比是根據(jù)兩個(或兩類)對象之間在某些方面的相同或相似之處，從而推出它們在其他方面也可能相同或相似的一種邏輯思維方法。在單元教學結(jié)束后，教師可以經(jīng)常有意識地引導學生進行類比，如靜電場與重力場，電場與磁場，磁場線與電場線，電勢能與重力勢能的區(qū)別與聯(lián)系。這樣的類比訓練不僅有助于溝通新舊知識的聯(lián)系，同時也可以有效地幫助學生活化物理知識，發(fā)展智力，提高思維能力。

三、結(jié)束語

發(fā)散思維的精髓就是敢于打破常規(guī)，多方法、多角度、多層次地提出問題、分析問題和解決問題。在解決問題，特別是解決實際問題的過程中，學生的發(fā)散思維能力將得到進一步訓練和發(fā)展。在這里，問題的選擇和設(shè)計非常重要，不僅要注意多樣性，同時要善于運用“一”和“多”的轉(zhuǎn)化。這類題目絕對不是靠簡單的死記硬背書本知識和套用物理公式就能解決的，而是需要從發(fā)散的角度，運用創(chuàng)造性思維來解決。這樣的教育和訓練正變得越來越重要。

[1] 王棣生.中學物理創(chuàng)新教法[M].北京:學苑出版社.2001.

[2] 喬際平,劉田珉.物理創(chuàng)造思維能力的培養(yǎng)[M].北京:首都師范大學出版社,2001.

[3] 王加微,原燦.創(chuàng)造學與創(chuàng)造力開發(fā)[M].杭州:浙江大學出版社,1986.