談?wù)勎锢斫虒W(xué)中學(xué)生逆向思維能力的培養(yǎng)

吳東興

摘 要：學(xué)校教育給學(xué)生的最具生命力的教育成果一定是教會(huì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題的科學(xué)思維方法，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。培養(yǎng)學(xué)生的思維能力是教育教學(xué)的核心，在物理教學(xué)中，根據(jù)逆向思維的特征，高效地組織物理教學(xué)，精選例題，培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維能力。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué)；逆向思維；能力培養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）3-0004-3

1 問(wèn)題的提出

物理知識(shí)是在應(yīng)用一定的物理方法的前提下產(chǎn)生的，學(xué)習(xí)和掌握物理知識(shí)也必須遵循一定的方法。只有掌握了科學(xué)方法，才能提高學(xué)生的思維能力，才能使學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)和工作中少走彎路[1]。學(xué)校教育給學(xué)生的最具生命力的教育成果一定是教會(huì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題的科學(xué)思維方法，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。下面在元學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)下，就物理教學(xué)中學(xué)生的逆向思維能力的培養(yǎng)作一些探討。

2 逆向思維及其特征

逆向思維是一種創(chuàng)造性的求異思維，屬于發(fā)散性思維。心理學(xué)認(rèn)為，每一個(gè)思維過(guò)程都有一個(gè)與之相反的思維過(guò)程，在這個(gè)互逆過(guò)程中存在著正逆向思維的聯(lián)結(jié)。所謂逆向思維，就是指和正向思維方向相反而又相互聯(lián)系的思維過(guò)程。就是在實(shí)踐過(guò)程中有意識(shí)地去做與習(xí)慣的思維方法完全相反的試探，把原來(lái)一直如此的事倒過(guò)來(lái)思考，也就是通常所說(shuō)的“反過(guò)來(lái)想一想”“倒著想”。逆向思維是一種開(kāi)拓創(chuàng)造性的科學(xué)思維方法，是一種建設(shè)性的思維手段。

3 逆向思維的重要性

逆向思維，實(shí)質(zhì)是沖破原來(lái)的框架，把那些“天經(jīng)地義”“原來(lái)如此”的事物顛倒過(guò)來(lái)思考，是為了達(dá)到認(rèn)識(shí)事物的相反方面，揭示不同的現(xiàn)象，獲取不同的效果，從中發(fā)現(xiàn)新的原理、新的方法、新的工藝、新的結(jié)構(gòu)的目的，從而創(chuàng)造出新的事物。

這在科學(xué)研究和現(xiàn)實(shí)生活中有著不可低估的作用，許多難題都是從反面突破的，許多發(fā)明也是通過(guò)顛倒已有事物或從已有事物的反面實(shí)現(xiàn)其創(chuàng)造目標(biāo)的。英國(guó)物理學(xué)家法拉第從“電生磁”的現(xiàn)象中受到啟示，運(yùn)用逆向思維后提出：磁能否產(chǎn)生電？經(jīng)過(guò)努力他終于發(fā)現(xiàn)了“磁生電”的方法。麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本觀點(diǎn)——“變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)也產(chǎn)生磁場(chǎng)”，也是逆向思維的典型例子。愛(ài)迪生將“聲音引起振動(dòng)”顛倒思考為“振動(dòng)還原為聲音”，于是產(chǎn)生了留聲機(jī)的設(shè)想。赫柏布斯把吹塵器的原理反過(guò)來(lái)，設(shè)計(jì)出了新的除塵裝置，結(jié)果發(fā)明了吸塵器。

4 逆向思維能力的培養(yǎng)

對(duì)于學(xué)生逆向思維能力的培養(yǎng)，物理教學(xué)中除了向?qū)W生介紹相關(guān)的物理學(xué)史，我們還應(yīng)加強(qiáng)逆向思維的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用逆向思維的能力。下面通過(guò)案例加以說(shuō)明。

4.1 運(yùn)用反證歸謬培養(yǎng)逆向思維

反證歸謬是逆向思維的一種方法，基本思路是：先反設(shè)，即假設(shè)問(wèn)題結(jié)論的反面正確；然后歸謬，即從這個(gè)假設(shè)出發(fā)，利用已知條件進(jìn)行嚴(yán)密的邏輯推理，推導(dǎo)出謬誤的結(jié)論；最后得出結(jié)論，指出反設(shè)錯(cuò)誤，由此確定原來(lái)的結(jié)論是正確的。它是通過(guò)否定反面來(lái)肯定正面的。

例1 如圖1所示，物體A、B疊放在粗糙的水平桌面上，水平外力F作用在B上，使A、B一起沿水平桌面向右做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。問(wèn)A、B之間是否存在摩擦力？若有，方向怎樣？

解析 假設(shè)A、B之間存在摩擦力。以A為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，豎直方向上受力平衡，水平方向上有摩擦力，則A所受外力不為零，那么，A就有加速度，這與A做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)矛盾，所以，假設(shè)不成立。因此，A、B之間不存在摩擦力。

又如，在新課教學(xué)中為了證明任意兩條電場(chǎng)線(xiàn)都不會(huì)相交，我們可以先假設(shè)電場(chǎng)中存在兩條相交的電場(chǎng)線(xiàn)，這樣的話(huà)在它們的交點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)就有兩個(gè)方向，這明顯與“電場(chǎng)中某一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向是唯一的”相矛盾。這樣就證明了任意兩條電場(chǎng)線(xiàn)都不會(huì)相交。

4.2 運(yùn)用時(shí)空反演培養(yǎng)逆向思維

物理學(xué)中，有一種時(shí)間反演不變特性。時(shí)間反演，指把時(shí)間的流向倒轉(zhuǎn)，即當(dāng)時(shí)間向“過(guò)去”發(fā)展時(shí)，研究對(duì)象的物理過(guò)程也可以反向進(jìn)行。遇到這類(lèi)問(wèn)題時(shí)可以采用逆向思維，化繁為簡(jiǎn)。

例2 一顆子彈以600 m/s的速度打穿并排放置的、完全相同的三塊木板后，速度恰好減為零，如圖2所示。求子彈在三塊木板中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比。

物理學(xué)中，有一種空間反演不變特性?？臻g反演指把各空間坐標(biāo)軸的方向同時(shí)反轉(zhuǎn)，則物體在原坐標(biāo)系與反演后的坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律具有對(duì)稱(chēng)不變的規(guī)律。遇到這類(lèi)問(wèn)題時(shí)采用逆向思維，能產(chǎn)生“山重水復(fù)疑無(wú)路，柳暗花明又一村”的效果。

例3 如圖3所示，ABCD是位于豎直平面內(nèi)的光滑軌道，水平部分BC較長(zhǎng)，其左右兩端分別與半徑為R的四分之一圓弧AB和半徑為r的半圓弧CD相切。在水平軌道上的P點(diǎn)斜向上拋出一小球，使小球恰好沿水平方向進(jìn)入半圓弧的最高點(diǎn)D，然后沿軌道運(yùn)動(dòng)，恰好能上升到四分之一圓弧軌道的最高點(diǎn)A。求：

1）小球在P點(diǎn)拋出時(shí)的速度大小和方向；

2）拋出點(diǎn)P與C的水平距離。

解析 本題解答時(shí)很容易從小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程P→D→C→B→A正向思考。但是，其中涉及P→D的斜拋運(yùn)動(dòng)，求解過(guò)程會(huì)比較復(fù)雜。若用空間反演逆向思維，設(shè)想把小球從A靜止釋放，經(jīng)B、C到D，然后從D→P做平拋運(yùn)動(dòng)，這樣一來(lái)就簡(jiǎn)單很多。

4.3 運(yùn)用執(zhí)果索因培養(yǎng)逆向思維

一定的原因產(chǎn)生一定的結(jié)果，任何結(jié)果都是由一定的原因引起，因果常是一一對(duì)應(yīng)的。由原因推導(dǎo)出結(jié)果的思維過(guò)程為順向思維。那么，由結(jié)果去尋找原因的思維過(guò)程就是逆向思維的一種，即執(zhí)果索因。這種逆向思維也是先假定要證明的結(jié)論成立，由此出發(fā)，利用一定的物理概念、規(guī)律，推導(dǎo)出符合題設(shè)中的物理模型的條件。以此判斷所證結(jié)論是否正確或者獲得相關(guān)信息。

例4 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放一個(gè)電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌跟大線(xiàn)圈M相接，如圖4所示。導(dǎo)軌上放一根導(dǎo)線(xiàn)ab，磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌所在平面。欲使M所包圍的小閉合線(xiàn)圈N中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流，則導(dǎo)線(xiàn)可能怎樣運(yùn)動(dòng)（ ）

A.勻速向右運(yùn)動(dòng) B.加速向右運(yùn)動(dòng)

C.減速向右運(yùn)動(dòng) D.加速向左運(yùn)動(dòng)

解析 此題緊扣電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的因果關(guān)系，采用逆向思維由果探因。欲使N中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流，由右手螺旋定則知，感應(yīng)電流在N中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。由楞次定律可知，有兩種情況：一是M中有順時(shí)針?lè)较虻闹饾u減小的電流，其在N中的磁場(chǎng)方向亦向里，且磁通量在減小；二是M中有逆時(shí)針?lè)较虻闹饾u增大的電流，其在N中的磁場(chǎng)方向?yàn)橄蛲?，且磁通量在增大。兩種情況分別對(duì)應(yīng)著ab減速向右運(yùn)動(dòng)和ab加速向左運(yùn)動(dòng)，故C、D選項(xiàng)正確。

4.4 運(yùn)用等效替代培養(yǎng)逆向思維

物理學(xué)的研究?jī)?nèi)容是極其復(fù)雜的，但其內(nèi)部仍然存在著多種角度下的等同性。物理學(xué)中有許多概念、規(guī)律是互逆的。在認(rèn)識(shí)復(fù)雜事物的本質(zhì)規(guī)律時(shí)，可以從這種等同性出發(fā)，將其轉(zhuǎn)化為等效的、簡(jiǎn)單的、易于研究的情境。

比如，力學(xué)中由物體的受力情況可以聯(lián)系到物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，也可以從物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變追溯找到物體的受力情況。比如，對(duì)于動(dòng)能定理，從正向理解是“若外力對(duì)物體所做的總功不為零，物體的動(dòng)能一定發(fā)生變化”，也可等效地從反向理解為“如果物體的動(dòng)能變化，一定有外力對(duì)物體做功”。高中物理中類(lèi)似的還有功能原理等。

例5 一根質(zhì)量均勻、不可伸長(zhǎng)的繩索，重為G，A、B兩端固定在天花板上，如圖5所示。在最低點(diǎn)C施加一個(gè)豎直向下的力將繩拉至D點(diǎn)，在此過(guò)程中，繩索AB的重心位置（ ）

A.逐漸升高 B.逐漸降低

C.先降低后升高 D.始終不變

解析 首先，認(rèn)真審題，在C點(diǎn)施加豎直向下的力將繩拉至D點(diǎn)，則外力對(duì)繩做正功。無(wú)法直接判斷重心的位置變化，由功能原理知，在C點(diǎn)施加的豎直向下的力做了多少功，就有多少能量轉(zhuǎn)化為繩的機(jī)械能。又因?yàn)槔K的動(dòng)能不增加，所以，繩的重力勢(shì)能增加了，即繩的重心位置升高了，所以，本題的正確答案為選項(xiàng)A。

培養(yǎng)學(xué)生的思維能力是教育教學(xué)的核心，是解決物理難教、難學(xué)問(wèn)題的一個(gè)突破口。作為思維的一種形式，逆向思維蘊(yùn)育著創(chuàng)新、創(chuàng)造思維。在物理教學(xué)中，結(jié)合教材內(nèi)容，有意識(shí)地從逆向思維的重要性、特征、方式、方法等方面來(lái)引領(lǐng)，加強(qiáng)逆向思維能力的訓(xùn)練，方可以提高學(xué)生的思維水平，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

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（欄目編輯 趙保鋼）