芻議高中物理與創(chuàng)新能力培養(yǎng)

摘要：在高中學(xué)生的學(xué)習(xí)生涯中，物理無疑是一門比較艱深、晦澀、難懂的一門學(xué)科，但也正因為如此，物理學(xué)科在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力上具有其他學(xué)科不可替代的重要作用。本文結(jié)合高中物理教學(xué)實際，嘗試探討高中物理與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的內(nèi)在聯(lián)系與實現(xiàn)途徑，從一題多解培養(yǎng)發(fā)散思維、培養(yǎng)化繁為簡的整體思維、以彈性碰撞為例探討創(chuàng)新能力等三個不同角度探討創(chuàng)新能力的培養(yǎng)問題。本文對于高中物理教學(xué)中培養(yǎng)創(chuàng)新能力有一定的啟發(fā)和參考價值。

關(guān)鍵詞：高中物理；一題多解；整體思維；彈性碰撞；創(chuàng)新能力

一、通過一題多解培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維能力

例：一輛汽車以的速度行駛，剎車后以加速度勻減速行駛。某觀察者在內(nèi)看到汽車通過的位移。求汽車應(yīng)在觀察前幾秒開始剎車？

上課時我只是分析基本思路和基本方法，求出觀察前開始剎車。然后啟發(fā)同學(xué)們用多種方法求解，進(jìn)行創(chuàng)造思維活動。絕大多數(shù)同學(xué)都提出了三、四種解法，還有些同學(xué)列出了七、八種解法。同學(xué)們分別用位移公式、即時速度公式、某段位移上的平均速度等于中間時刻的即時速度公式和圖像法求解。還有的同學(xué)把這個運(yùn)動倒過來看，是初速度為0的勻加速運(yùn)動。用連續(xù)相等的時間內(nèi)的位移之比等于連續(xù)奇數(shù)之比，用公式等求解。一題多解的發(fā)散思維大大調(diào)動了學(xué)生的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生用多種方法解題的能力。

二、培養(yǎng)化繁為簡的整體思維能力

創(chuàng)新思維通常表現(xiàn)為通過對問題的整體思維化繁為簡。整體思維適用于求系統(tǒng)所受的外力，作為整體的幾個對象之間的作用力屬于系統(tǒng)內(nèi)力不需要考慮，只需要考慮系統(tǒng)外的物體對該系統(tǒng)的作用力，故可以使問題化繁為簡。

如，在粗糙水平面上有一個三角形木塊A，在它的兩個粗糙斜面上分別放有質(zhì)量為和的兩個木塊B和C，如下圖所示，已知，三木塊均處于靜止?fàn)顟B(tài)，則粗糙地面對于三角形木塊（ ）

A.有摩擦力作用，摩擦力的方向水平向右

B.有摩擦力作用，摩擦力的方向水平向左

C.有摩擦力作用，但摩擦力的方向不能確定

D.沒有摩擦力的作用

由于三角形木塊和斜面上的兩個物體都是靜止的，可以把它們看做一個整體，如上圖所示，這個整體豎直方向上受到向下的重力和向上的地面支持力，處于平衡狀態(tài)，水平方向無任何滑動趨勢，因此，不受地面摩擦力的作用。選D正確。

三、以彈性碰撞為例探討培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

創(chuàng)新的方法是在創(chuàng)新思維的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一些快速思維模式。如，把研究對象看著一個整體的整體法、理想化思考方法、多角度發(fā)散思考法等等。下面，我以彈性碰撞為例，探討一些物理解題中的創(chuàng)新方法。

彈性碰撞是妙趣橫生，耐人尋味的特殊碰撞。設(shè)主碰球質(zhì)量，被碰球質(zhì)量，根據(jù)動量守恒和機(jī)械能守恒，有：

（2）聯(lián)立，解得：

這個結(jié)論雖然具有對稱的美感，但相信不少同學(xué)對它還是很感冒的，感覺它太復(fù)雜了點(diǎn)。但沒有關(guān)系，我們可以以此為基礎(chǔ)，得出以下一些創(chuàng)新的解題方法。

例如，我們可以得到一個鮮為人知的結(jié)論：。這個結(jié)論可以秒殺下面這道選擇題：

例：質(zhì)量為M=3kg，速度為的小球，與質(zhì)量為m=1kg，速度為的小球發(fā)生正碰，以下各組答案表示完全彈性碰撞的一組是（ ）

A. B.

C. D.

直接套用結(jié)論，可以很容易選擇A。這個結(jié)論也可以簡單判斷和區(qū)別彈性碰撞。其次，通過進(jìn)一步思考，我們可以得到一些新的結(jié)論，產(chǎn)生一些解題的創(chuàng)新方法。如：若m1=m2，則。相對于兩個質(zhì)量相等的小球彈性碰撞后，它們交換了各自的速度。這樣我們?nèi)绻覂蓚€質(zhì)量相等的剛性小球，相繼懸掛成為鐘擺，同時由靜止自由釋放，它們碰撞后不斷交換自己的速度，導(dǎo)致擺的角度也不斷交換，讓我們看到一個妙趣橫生的鐘擺碰撞現(xiàn)象。

再特殊化，若m1=m2，且，則有。這就是英國皇家學(xué)會的一個很著名的實驗。在天花板上懸掛很多相等的擺長的鐘擺。當(dāng)?shù)谝粋€小球擺下去后，這個速度會依次傳遞到最后一個小球，最后一個小球也就擺到第一個小球原來的高度。然后又不斷往復(fù)的擺回去。這樣，中間的白球不運(yùn)動，只起到傳遞速度的作用。

若，且，則。這個結(jié)論可以解釋一個大人跑步時不小心撞到小孩，小孩更容易摔倒。如果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于，即，且，則又有。這就好比飛機(jī)撞到小鳥，小鳥很受傷，飛機(jī)卻沒有損傷一樣。在α粒子散射實驗中，為了排除α粒子大角度散射不是電子造成的，課本用了這樣的比喻：α粒子遇到電子就像高速飛行的子彈遇到一粒塵埃一樣，電子的作用可以忽略。若，且，則。這個其實就是小球被反向彈回。若，且，則，這就是成語蚍蜉撼樹，樹沒有受到影響，蚍蜉被彈回。乒乓球碰到墻壁以后也被反向彈回，它的動量發(fā)生了2倍的改變。即。氣體分子持續(xù)頻繁的碰撞器壁，給器壁一個持續(xù)恒定的壓力，而每個分子都被反向彈回。這樣，通過特殊化的方法，以及感性與理性交織的發(fā)散思考方法，我們可以讓自己的創(chuàng)新思維走得更遠(yuǎn)，從而產(chǎn)生更多的創(chuàng)新方法。 綜上所述，高中物理教學(xué)肩負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的時代使命。我們要在有限的課堂教學(xué)中激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力并投入到創(chuàng)新實踐中去，讓創(chuàng)新能力陪伴我們物理學(xué)習(xí)的每一次努力！愿高中物理課堂培養(yǎng)出更多具有創(chuàng)新能力的新時代學(xué)子！

（作者單位：福建省寧化第六中學(xué)）