物理解題過程中逆向思維的運用探微

楊 梅

(江蘇省南京市浦口區(qū)行知中學 210000)

初中物理是一門理論解析和實踐探索課程，物理中有很多現(xiàn)象是人眼看不到但又事實客觀存在的，解決這類問題時學生總會產(chǎn)生不能觸及的虛無感，需要引入逆向思維進行問題分析.同時，學生在實際學習過程中，會混淆某些因果概念和互逆規(guī)律，單純的邏輯講述一般遵循由因索果的程序，學生無法真正理解知識.因此，本文提出逆向思維解題模式，并結合摩擦、光線傳播、浮力、壓強、電磁關系等物理知識展開具體探討，由果溯因，幫助學生建立不同的思維模式.在應用逆向思維解題的過程中，還有利于培養(yǎng)學生的整體思維和邏輯思維，為學生全面掌握物理知識提供條件，進一步提升初中物理課堂的教學質量，并為培養(yǎng)學生良好的思維品質與物理素養(yǎng)奠定基礎.

1 摩擦現(xiàn)象，能夠相對解釋

摩擦是生活中常見的現(xiàn)場，不管是男生還是女生，買鞋考慮質量時，鞋底和地面的摩擦是必須重點考慮的因素之一，特別是在北方的冬天，大家都希望有一雙保溫效果好同時與地面摩擦大的鞋，以方便雪后走路.所以，摩擦是事實存在的，并且廣泛體現(xiàn)于現(xiàn)實生活中.摩擦全稱為摩擦力，是力就存在方向，一般情況認為如果一個物體受到外力，同時物體在外力的作用下運動，默認外力方向和運動方向相同，摩擦力作為阻力，和運動方向相反.這種概括存在誤區(qū)，無法真實解釋摩擦現(xiàn)象和相對運動，以下例進行說明.

如圖1所示，木塊A置于木塊B上方，木塊B置于地面，假設地面光滑，用拉力F勻速緩慢拉動木塊A，學生發(fā)現(xiàn)木塊B也開始運動，運動方向和木塊A同向；突然增大F值，木塊A會直接越過木塊B掉落在地面上.要求學生分析摩擦力的大小和方向.

我們來分析一下這道題目，題目中外力直接作用于木塊A，直接分析A受力情況學生出現(xiàn)分析失誤，此題應先從木塊B著手，由B受力情況進行木塊A的受力分析.學生已知力作用于木塊A，木塊B也移動，說明木塊B受到了與運動方向相同的力，如下圖1所示的f1，在f1的作用下勻速運動，而f1是A和B之間的摩擦力，意味著A也受到了摩擦力f2，f2=f1，方向與f1相反，都等于外力F；如果外力F值突然增大，A越過B掉落在地面，意味著此時F大于A和B之間的最大靜摩擦力.此題在力的分析過程中采用了從被動到主動的逆向思維模式，更容易幫助學生理解此類物體運動的原理和規(guī)律.

圖1

所以，在涉及摩擦題目的專項訓練中，逆向思維引入課題講解，這種反其道而行之的思維模式可以幫助學生看到看不到的現(xiàn)象，從問題的相反面深入地進行探索，從而有助于想到想不到的問題，拓展了解題的思路，為高中進行物理受力分析奠定基礎，同時為日常生活中摩擦力使用提供理論基礎.在此基礎上，教師可以引導學生巧借逆反思維來應用摩擦力知識解決生活中的問題，比如下雪天路滑，可以在馬路上撒上灰渣來增大摩擦；在鞋底增加花紋來增大摩擦等等，這對提升學生學以致用的物理解題能力有著積極的效用.

2 光線傳播，考慮可逆反射

有光才有萬物，光是大自然正常工作必不可少的條件.在學習光學的基礎知識時，我們已經(jīng)知道物體在陽光下有陰影是因為光的傳播不僅具有方向，同時對某些物體沒有穿透力.因此，我們要引導學生學會簡單使用光線定義，用帶箭頭的直線直觀展示光的傳播方向和路徑，以方便不同層次的物理研究與解題.同時，對初中生而言，掌握單純的光反射、折射，根據(jù)入射光路徑繪制光的反射光線、折射光線等都是必須要掌握的知識點，但是針對可逆光線的理解，學生很容易出現(xiàn)思維偏差或思維定勢，需要教師對這塊知識點進行重點說明.

如圖2所示，A和B位于平面鏡的同一側，A為點光源，要求從A發(fā)出的光線經(jīng)過平面鏡反射后經(jīng)過B點.在學生固有思維中，畫光線的原則是法線、入射光線和反射光線缺一不可，在本題中，無論怎么連接AB，似乎都找不到真正的入射點的位置.提示學生，我們兩個人站在一個大的平面鏡前，你從鏡子里看到對方是直線形式看到的，我們看到的自己與鏡面垂直，意味著逆向思維，先找到A關于平面鏡的對稱點C即A的像點或者B關于平面鏡的對稱點D即B的像點，連接BC或者AD，從而確定入射點的位置.

圖2

所以，光線問題也是思維問題，如果只朝著一個固定的思維方向去思考問題很容易產(chǎn)生思維定勢，限制自己的思考空間.只有突破思維定勢，才能真正理解光線傳播本質.通過逆向思考反向畫出的光路圖，這樣既鍛煉了學生的解題能力，又將復雜的光線傳播簡單化演示.通過圖文的方式展示的光線內(nèi)容，將復雜的物理邏輯轉變?yōu)楹唵蔚木€條繪制，有利于減輕學生物理學習壓力，提高學生的物理學習興趣.

3 浮力有關的密度求解，假設受力相同

浮力有關的密度求解問題既是物理學習難題，也是數(shù)學計算難題.浮力有關的密度求解必然涉及到力的問題，浮力=排開液體的重力.在一定條件下，對同一種物體來說，密度是定值.以此為條件，對物體進行受力分析，解答相關題目.在密度計算的求解過程中，借助逆向思維能夠克服思維定勢，可以幫助學生快速掌握解題要領，更深刻理解密度對于物質的影響.

例題是這樣的：有一塊小木塊，如果將其置于煤油中，它的2/5露出液面；如果將其置于另一種未知的液體中，它的2/3露出水面，試計算該液體的密度.這道題考察的是學生對浮力計算公式的靈活應用.需要學生知道漂浮時浮力等于重力，會根據(jù)漂浮時浮力與重力的關系計算物體的密度.具體來分析這道題目，木塊是同一個木塊，所以不管在煤油中還是未知液體中，所受重力是不變的.按照常用思維解答該題目，煤油的密度已知，通過木塊在煤油中排液量可以求出木塊的密度，借助木塊密度值不變原理，通過2/3的排液量計算液體的密度.很顯然，這種計算方式雖然直觀具體，但是計算量大而且中間也存在需要設定的變量，比如木塊的體積V.既然在兩種液體中都是漂浮，意味著受到浮力是相同的，考慮逆向思維解題，以木塊受力作為中間變量，直接計算液體密度和煤油密度關系，可以快速求解，大幅度減少了計算工作量.

所以，在受力相等的前提下，逆向思維求解密度問題，更容易建立簡單的邏輯方程式，直觀看到知識之間的連接，進而更容易理解密度習題的原理，理解密度和力之間的內(nèi)在關系，從而快速掌握密度原理.同時，這種逆向思維對學生提升思維品質、強化思維能力有著很大的幫助，有利于推動學生認知水平的提升與發(fā)展.

4 壓強問題，改變方向順序

壓強是初中物理學習的重點之一.根據(jù)物體的性質不同，壓強有不同的計算方法和公式.對于固體而言，壓強=壓力÷受力面積，教師要提醒學生注意壓力和重力的區(qū)別；對于液體而言，有兩種計算方法，第一種和固體計算方法相同，第二種為借助液體密度和液位高度的計算公式：P=.

例如，圖3中，圓柱形容器中裝有水，水中有一塊實心冰塊，冰塊被細繩拴住固定在容器底部.冰塊在水中緩慢融化，不考慮蒸發(fā)和溫度影響，容器底部受到的水的壓強變換正確的圖像是( ).

圖3

學生都知道，液體壓強的計算可以使用壓力/受力面積，在本題中，容器底部受到的壓力就是水和冰塊的重量，容器底部表面積并沒有變化，所以產(chǎn)生的壓強也沒有變化，直接選答案D.學生忽略一點，冰在水中受到了浮力作用，所以該計算公式在此處不成立，只能用P=計算.題中隱含條件是冰在水中，由于拉繩的作用是懸浮的，所以意味著冰的密度小于水的密度，同樣重量的冰融化為同樣重量的水，體積會減小.當冰在上圖所示固定底面積的容器中時，水面會下降，所以排除C和D選項.針對A和B選項，需要判定融化過程參數(shù)的變化.

(4)式指的是壓強的變化量，該式中，每個值都是定值，所以壓強是均勻減小的，所以圖像是一條斜向下的直線，所以選擇A.

所以，我們可以發(fā)現(xiàn)將逆向思維引入壓強計算，可以在很大程度上降低問題難度，幫助學生深刻理解壓強的本質及其計算方法，更好地掌握了壓強基礎概念.本例中使用的改變方向順序的解題策略，為學生提供了不同的解題思路，大大提升了學生的解題效率，節(jié)省了解題時間，效果較好.

初中物理借用逆向思維進行專項聯(lián)系，可以幫助學生深入掌握知識點，明晰條件和結論，這樣不僅增加了物理知識的透明度，同時還向學生展示了異向思維空間的思考模式，有利于提升學生的物理學習能力與解題能力.同時，在實驗和定理的指引下，加上聯(lián)系現(xiàn)實生活理解抽象知識，還有利于增強學生的動手能力和觀察能力，進而培養(yǎng)學生嚴謹?shù)倪壿嬎季S和知識的發(fā)散能力，為物理知識逆向思維聯(lián)系提供了更廣闊的空間.