物理教学中思维灵活性的培养.doc

物理教学中思维灵活性的培养 富阳中学生 陆文辉摘 要：本文根据物理思维灵活性的特点和本人在教学实践中积累起来的训练思维灵活性的素材，提出了一些在物理教学中培养思维灵活性的观点和方法。如训练思维灵活性要从培养思维起点的灵活性开始；物理思维的灵活性集中表现在对问题的转化；训练思维的灵活性有赖于思维的发散能力等。其中对思维的发散能力的训练是培养思维灵活性的主要途径。关键词：物理教学 思维灵活性 培养策略 思维的发生和发展，既服从于一般的、普遍的规律性，又表现出个性差异。这种差异体现为个体思维活动中的智力特征，就是思维品质。思维品质主要包括思维的敏捷性、独创性、批判性、深刻性、灵活性五个方面。 思维的灵活性是指主体思维活动的灵活程度，在物理解题中，思维的灵活性具体表现在：多角度、多方向地考察问题，能运用多种手段求解同一问题，善于将繁难、陌生的问题转化为简单、熟悉的问题，能够根据解题过程中所出现的情形，及时改变自己的思路。思维灵活性训练的操作模式如下：问题发散可逆迁移教师操作水平学生引导多维改变表征组织讨论呈现反馈理解提供变式从上表可知，思维的灵活性与思维的发散性有着很大的相关性。思维的发散性使我们在解题决策时有较大的选择余地，这为我们灵活改变解题思路提供了重要的保证，吉尔福特认为，发散思维“是从给定的信息中产生信息，其着重点是从同一的来源中产生各种各样的为数众多的输出，很可能会发生转换作用”。发散思维具有的多端性使全体对一个问题的考察和思维采取开放的方式，从多个开端产生众多的联想，揭示事物之间众多的联系，获得多种多样的结论，思维灵活性的实质是“迁移”。它体现在主体针对问题所能发生迁移的广度、深度和速度。思维的灵活性越大，发散思维越发达，组合分析的交叉点越多，迁移就越显著，越顺畅。一、训练思维灵活性要从培养思维起点的灵活性开始求解物理问题，总要先确定研究对象，分析研究对象所经历的物理过程，根据研究对象所经历的物理过程，以及题给的已知信息，选择合适的方法，再选取适用的物理规律，所以，能否灵活地选取研究对象和物理过程，选择恰当的方法，找准解题的入口，是顺利求解物理问题的首要因素。例1 金属球壳带有电荷+Q，当球壳在静电场中处于静电平衡时，整个球壳是一个等势体。试证明：此时球壳的内表面没有净电荷。本题从正面直接加以证明比较困难，我们改用反证法加以证明：假设球壳有一部分电荷分布在内表面，则这些电荷必向球壳内部发出电场线，而这些电场线在球壳内部空间不会自然图1中断，它必将终止于球壳内表面的另一处（那里带有负电荷），但整个金属球是一个等势体，电场线不可能从等势体的某处出发而终止于另一处，所以，上述假设不能成立，即带电金属球壳的内表面不可能有净电荷。上述解答中，当我们发现直接肯定正命题比较困难时，及时改变策略，从否定反命题的角度切入问题，使问题的答案跃然而出。这是解题主体思维的机警性和灵活性的生动表现。二、训练思维灵活性集中表现在对问题的转化问题转化是物理思维的核心，从某种意义上说，物理解题实质上就是将面临的问题转化为已经解决过的问题，解题思维的根本任务就是促使问题发生一系列的转化，如问题表述的变更，问题情境的转化，动与静、陌生与熟悉、繁与简、变与常、曲与直、一般与特殊、整体与部分、数与形、抽象与具体的转化，等等，转化是对不同的问题进行沟通，使主体在运动变化中把握问题的本质，能否善于对问题进行转化，是主体思维灵活性的具体反映。例2如图2，有一质点A和一直杆B，开始时质点A从某高度处做自由落体运动，杆B同时从地面以200m/s的速度竖直上抛。质点A和杆从开始相遇到分离用了0.05s时间。若直杆在运动过程中始终保持竖直，不计空气阻力，求直杆B的长度。VAB图2分析和解：本题中，质点A做自由落体运动，直杆B做 竖直上抛运动。因质点A起始高度没有给定，相遇、相离的位置不确定，所以问题的求解较为困难。鉴于此，我们改选质点A为参照物，则问题即转化为：质点A静止，直杆B相对于质点A做匀速直线运动。由匀速直线运动速度公式，即可求得直杆B的长度：l=vt=200.05m=1m.三、训练思维的灵活性有赖于思维的发散能力解题主体的应变能力是以主体的元认知为基础的，一个思维灵活的解题者，总是十分关注解题思维的进展状况，注意捕捉解题过程中产生的新信息，及时调整自己的思维策略和思维路线。 (一) 根据思维进展的方向和趋势，在物理问题解决中，发散思维的主要表现方式有：1、 正向发散思维正向发散思维是指在问题涉及的范围内，根据问题条件，使思路顺势向可能的各种状态发散，从而寻找解决问题的答案，正向发散思维是物理解题最常见的发散思维方式。正向发散思维是一种“顺藤摸瓜”式的思维，但它并不是沿着一条路子走到底，而是注意在一些“分叉”处进行发散，并且常常敢于突破陈规，标新立异，这也正是它与聚合思维的区别之处，正向发散思维既有非逻辑的联想思维，又有逻辑的演绎思维，它使思维向纵深方向推进的同时，能充分顾及思维的覆盖面，我们在前面提到的有关发散思维的例子，大多属于正向发散思维。+QQ图3例如，在静电场中复习电容器这一内容时，笔者提出一个问题：当两块平行板电容器充电以后，两板组成的系统（含该空间）是否储存能量？你有几种方法可以证明或说明？学生的答案之多是我未想到的。学生1：充电是电源输入了电能，故两板之间有电能。学生2：可在两板间放入一个电荷，电荷在电场力的作用下运动起来后具有动能，动能不可能凭空产生，说明两板间具有能量。学生3：若在两板间用绝缘细线挂一个电荷，则电荷在电场力的作用下使悬线与竖直方向偏离一个角度，电荷的重力势能增大了。增大的重力势能只能由系统能量转化而来，故说明系统具有能量。学生4：可在两板间接入一个电表，电表指针会发生偏转，指针的偏转需要能量，说明两板间储存着能量。学生5：如果在两板间用一导线短接两板，则导线上由于放电电流会发热，故说明系统是具有能量的。学生6：设想两板处于光滑绝缘的水平面上，则两板在相互间的电场力的作用下作相向运动，两板的动能增加了。增加的动能不可能凭空而来，只能从系统的能量转化而来。说明系统具有能量。学生7：把两板从距离很近开始变化到如图所示的状态，必须外力克服电场力做功，故如图所示的状态系统具有能量。学生8：两板上带电可以想象成这样一个过程：两块不带电的金属板，把电子从一板上移送到另一板，如此移送电子的过程中外力必须克服电场力做功。故系统起电的过程就是储积能量的过程。学生9：两板间有电场，而电场是一种物质，物质当然具有能量。学生10：既然如此，当带电量不变时，把两板的间距拉大，电场线的密度不变而空间增大了，故两板间的能量是电场能，且与板间距离成正比。显然如图所示的状态中，系统是具有能量的。学生在解决这个问题时，思维活跃，课堂内气氛非常热烈。当然，在实施以上的教学过程时，应充分地发动学生，鼓励学生，让学生充分展示自己的才能。问题提出后，引导学生进行小组讨论，创造一种小组间竞争的格局。2、侧向发散思维侧向发散思维是一种触类旁通、声东击西式的发散思维，它并不囿于面临的问题或处于该问题中心位置的事物，而是设法利用其他问题来启发面临问题的求解，通过研究别的事物来认识某一事物。电场强度是一个非常重要而又十分抽象的概念，课本上通过检验电荷受到的力与检验电荷的电量大小的比值对某一点来说是一个常量这一本质属性来定义电场强度这个物理量。实际上这个概念的建立不是很顺利的，学生有一个思维障碍，即为什么要用这种方法来测试电场的强弱，造成学生在方法认识上没有主动性，这属于一种元认知困难。针对这个问题，我们使用一个迁移方法来解决这一难题。以下是教学实录片段例举：师：同学们，我们现在来研究一个问题，如何测定风力的强弱？ （提示：应该使用风的什么性质？风对阻挡物有力的作用。）生：用一个物体去挡风，测试力的大小。师：物体受到的风力大小与哪些因素有关呢？生：与阻挡风的面积大小有关。师：风力大小与挡风面积之间存在什么关系？生：风力大小正比于挡风面积。师：那么我们可以将风力F与挡风面积S间关系表示成F=KS，那么K=，讨论K的意义。生：K的大小实际上表征了所测点的风力强度。这段讨论给学生启示了一种测量物理量强度的方法。挡风面积S的引入起测量作用。测量点的风力强度与引入的挡风面积大小无关。这是风力的客观性。在这种思考的引导下，再引入电场强度的测量（定义）E=就非常容易理解了，而且这种方法可迁移到对磁感强度B的定义。3、反向发散思维图4反向发散思维是一种打破常规，从与习惯的思维相反的方向来探讨问题的思维方法，当正向思维陷入困境时，思维转而从相反的方向来审视问题，这是发散思维灵活性、变通性的生动反映，它避免了单向思维的机械性和简单化，物理解题中的“正难则反”策略，包括反证法、淘汰法、时间反演、执果索因、反客为主、目标量与辅助量换位、构造反例等方法，都是反向发散思维的具体运用，在解决某些物理问题中，反向发散思维往往独具一格，别出生面，收到出奇制胜的效果。例3 如图4所示，条形磁铁的上方放有一通电导线，导线与磁铁相互垂直，电流垂直于纸面向内，则通电导线对磁铁的作用力方向是什么?分析：本题是求通电导线对磁铁的作用力方向，一般是以条形磁铁为研究对象，但这样做很难获得结果，为此我们反客为主，去求磁铁对通电导线的作用力方向，只要这个问题解决了，导线对磁铁的作用力方向问题也就可以迎刃而解。（二）发散思维的特点 思维灵活性，与美国心理学家吉尔福特(JPGuilford)所提出的发散思维的含义有一致的地方。发散思维应看作一种推测、发散、想象和创造的思维过程，是从同一问题中产生各种各样的为数众多的答案，在处理问题中寻找多种多样的正确途径。发散思维具有以下的特点：1、多端性，对一个问题，可以多开端，产生许多联想，获得各种各样的结论；2、灵活性，对一个问题能根据客观情况的变化而变化。也就是说，能根据所发现的新事实，及时修改原来的想法。3、精致性，要全面细致地考虑问题。不仅考虑问题的全体，而且要考虑问题的细节；4、新颖性，答案可以有个体差异，各不相同，新颖不俗。由此可见，吉尔福特的发散思维的含义就是求异，就是求得多解。例如，他出了一道题，“砖有什么用处”让学生发散求多种结论。于是他认为发散思维的实质是求异。我们也认为灵活性来自求异思维，但求异哪儿来，应来自迁移。因为灵活性越大，发散思维越发达，越能多解，说明这种迁移过程越显著。“举一反三”是高水平的“发散”，正是来自思维材料和知识的迁移。迁移的本质又是什么？它是怎样产生的？从思维心理学角度来说，“迁移就是概括”。（三）发散思维的培养方法以一题多解为例，从各种规律中找出规律，便能举一反三，比盲目多做题的效果要好得多。物理知识浩如烟海，即使在一个领域内，也不能穷尽一切类型。一味追求多做题，无限地扩大宽度，势必把学生的思想淹没在题海之中。所以物理练习应该精选例题，按类型、深度编选适量的习题，再按深度分成几套，进而发展学生的思维灵活性，使学生在知识与智力上“更上一层楼”。l、在基础知识教学中突出知识间纵横联系，从多方位把知识系统化；在电磁感应的图象复习课中，笔者呈现这样一个问题：一边长为L的正方形导线框以恒定的速度v沿x轴运动，并穿过图（5）中所示的匀强磁场B区域。请用图象表示磁通量随时间的变化图象。自己设定合理的正方向。Al3lBl图5笔者在学生审题后先提出这样一个问题：此题目中可研究哪些物理量？事实上，这是一个力、热、电、磁综合的问题，因此可研究的问题涉及到几乎所有的高中阶段学过的物理量。因此，只要顺着高中物理课本的安排顺序往下写就可以了。比如可研究的物理量有磁通量、感应电动势、感应电流、安培力、外力、外电压、电功率、总电功率、安培力的功率、外力的功率等。在教学中通过对学过的知识进行广泛的联系，使学生掌握的知识系统化。2、在解题教学中，从不同的知识背景、问题特点、解题思想和策略出发，一题多变；在课堂教学中为了实现一定的教学目的，变化问题的条件、情景、思考角度而形成新问题的一种教学策略问题变式提问法，可用如图6所示的通道进行变式提问。 某一物理原型题变更提问物理量图6变更对象的环境变更对象的结构变换题给物理量我在电磁感应的复习课导体在匀强磁场中的运动中，先复习实验导体在匀强磁场中的运动，如图7所示，请学生画出等效电路图，如图8所示。引导学生根据这一物理情景设问，如：导体切割磁感线运动产生的感应电动势是多少？除此以外，还可以用以下几种问题变式的方法重新提问：图8FR图7导体切割磁感线实验（1）变更提问物理量进行提问变更提问角度提问一方面可以让学生全面认识物体的特性，另一方面可培养学生的发散思维能力。如在上例中，还可引导学生提问：导体做什么运动？安培力做功多少？人损失化学能到哪里去了？要使导体以速度v做匀速运动，外力需多大？等等(2)变更研究对象的结构形式进行提问v图11图10RB图9FR对研究对象的结构形式进行变换后重新设问，通常有二种方式：变形。如在上例中把框架变成斜面状，如图9所示；把框架变成竖直，如图10所示；或把框架变成如图11所示的形状。增减器材，如在上例中，电阻R上并联另一电阻、两导体在轨道上相向运动等等。(3)变更研究对象的物理环境进行提问图12R1R2周围物理环境指研究对象周围的物体或场。如把图9中的磁场方向变成与轨道平面成角斜向下；导体固定，磁场以某一速度均匀增加；在图9中加一电阻，如图12所示等等。(4)变换题给物理量进行提问变更物理量包括增加物理量、减少物理量、限定物理量的数值范围等。如图11中导体杆与轨道之间存在摩擦力，其动摩擦因素为；导体杆具有内阻r；撤去外力F，导体以某一初速度v运动等。3、 多方面分析特点，抓住问题的特殊性，探求一题多解。一题多解方法训练的具体实施要注重下列问题：首先要创设一种让每位同学都踊跃参与思考并发表意见的课堂氛围；其次教师关键要及时引导学生从不同的角度去想，而不是直接告诉学生的几种解法，这也是知识传授与思维能力培养的区别所在；再次要鼓励学生提出各种想法，像奥斯本提出的大脑风暴法（Brain storming）一样，让每位同学的聪明才智都有效地展现出来。例如，某个力学问题，教师可以这样引导：运动学的方法可解决这个问题吗？有几种方法；动力学的方法可解决吗？有几种方法；动量观点可解吗？有几种方法；功能观点能解吗？有几种解法？等，所以，学生对一个问题的思考必须是多角度的。发散思维分析方法如图13所示。Aa1b1c1d1Ba2b2c2d2Ca3b3c3d3问 题方法途径 图13 发散思维模式图这样的训练