中學(xué)物理發(fā)散性思維培養(yǎng)的探討.doc

中學(xué)物理教學(xué)中發(fā)散性思維培養(yǎng)的探討摘要：發(fā)散性思維（又被稱為求異思維）就是多角度、全方位地思考問題，對(duì)學(xué)生發(fā)散思維能力現(xiàn)狀的分析，指導(dǎo)學(xué)生直接掌握思維科學(xué)這一稅利武器，自覺地運(yùn)用思維規(guī)律指導(dǎo)自己的學(xué)習(xí)，使學(xué)習(xí)變得更主動(dòng)。在傳授知識(shí)的同時(shí)，還要教給學(xué)生研究問題多方位思考的科學(xué)方法，培養(yǎng)他們發(fā)散思維能力。一是在概念規(guī)律教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生多方位理解，體驗(yàn)研究方法；二是在習(xí)題實(shí)驗(yàn)教學(xué)中鼓勵(lì)學(xué)生變換思維角度；三是思維方向從正向到逆向的變換，增強(qiáng)變換思維角度的能力。發(fā)散思維應(yīng)用于學(xué)習(xí)，應(yīng)用于解題，應(yīng)用于培養(yǎng)能力，有助于克服思維定勢(shì)，避免思維僵化和單一，從而有助于認(rèn)識(shí)全面深刻，方法靈活多樣，在求知中產(chǎn)生創(chuàng)新和突破。關(guān)鍵詞：中學(xué)物理；發(fā)散性思維；培養(yǎng)；變換21世紀(jì)，素質(zhì)教育已成為教育發(fā)展的主流，對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合素質(zhì)和能力的培養(yǎng)，是建立新世紀(jì)創(chuàng)造型人才隊(duì)伍的需要。創(chuàng)造型人才不僅要有堅(jiān)實(shí)的專業(yè)知識(shí)和技能，還要具備創(chuàng)造性的思維能力，富有成效的創(chuàng)造性活動(dòng)，將是新世紀(jì)的重要特征。著名的心理學(xué)家吉爾福特指出：“人的創(chuàng)造力主要依靠發(fā)散思維，它是創(chuàng)造思維的主要成分?！卑l(fā)散思維是以多端性和變通性為特點(diǎn)的創(chuàng)造性思維方法。發(fā)散思維對(duì)問題從不同角度進(jìn)行探索，從不同層面進(jìn)行分析，從正反兩極進(jìn)行比較，因而視野開闊，思維活躍。發(fā)散性思維（又被稱為求異思維）就是多角度、全方位地思考問題，發(fā)散思維必須對(duì)問題的共性有全面的掌握，聯(lián)系越多，發(fā)散得越廣，可做到一事多解，從而選擇出一簡(jiǎn)單明快的方法。我經(jīng)過近幾年的中學(xué)物理探索教學(xué)，得出了一些粗淺的看法。一、關(guān)于學(xué)生發(fā)散思維能力現(xiàn)狀的分析從物理教學(xué)實(shí)踐中得知，一般來說，學(xué)生的發(fā)散思維能力比集中思維能力差。例如將同一知識(shí)設(shè)計(jì)成填空題、選擇題和改錯(cuò)題來考查學(xué)生，由于后兩者的出題形式相對(duì)地說對(duì)發(fā)散思維能力的要求高一些，因此其得分率一般不如前者高。因?yàn)閷?duì)填充題來說，一般只要求集中思維或說定向思維，思維方向比較明確，知識(shí)內(nèi)容比較單一，而選擇題和改錯(cuò)題往往帶來迷惑性，有時(shí)需要學(xué)生自己來確定思考的方向與范圍，需要較高的發(fā)散思維能力。用這樣一道題目作為例子進(jìn)行了說明，先看改錯(cuò)的考查形式：兩個(gè)相同的金屬小球，分別帶電后分開較遠(yuǎn)距離相互靜電作用力的大小為F，若將兩小球接觸一下后再分開放回原處，發(fā)現(xiàn)相互靜電作用力大小不變?nèi)詾镕，則這兩個(gè)小球原先所帶的電荷一定是等量的同種電荷。像這樣一道題，要求綜合考查關(guān)于電量守恒、電容、電勢(shì)和庫(kù)侖定律等知識(shí)點(diǎn)。若從定向思維出發(fā)考慮問題，帶等量同種電荷的兩個(gè)相同的金屬球，其電勢(shì)相等，在接觸時(shí)不發(fā)生電量轉(zhuǎn)移，再分開放回原處，其相互作用靜電力是保持不變的，思考到此似乎也就結(jié)束了，命題似乎是正確的。但是應(yīng)該注意到例題中的“一定”這兩個(gè)限定性的字眼，這就需要排除不等量的同種電荷、等量的異種電荷、不等量的異種電荷這幾種可能性。而這些思維范圍和方向的確定，正需要展開發(fā)散思維才能完成（關(guān)于具體解題過程，將在后面詳述）。再看若將此題改成選擇題，在“則這兩個(gè)小球原先所帶電荷”后面給出四個(gè)供選擇的答案：A、一定是等量的同種電荷B、可能是不等量的同種電荷C、可能是不等量的異種是荷D、不可能是異種電荷q1+q2這樣一來，雖然對(duì)思考要求的深度沒有多大改變，但至少對(duì)思考的方向范圍帶有一定的提示，相對(duì)而言，對(duì)發(fā)散思維的要求難度上就低一些。但是對(duì)具體每個(gè)答案的分析，也并不容易。例如對(duì)B答案，有些學(xué)生作這樣的定性猜測(cè)：帶不等量同種電荷的兩球電勢(shì)不等，接觸時(shí)要發(fā)生電量轉(zhuǎn)移，一個(gè)增加一個(gè)減少，似乎電量之積不變，從而兩球的靜電力仍有可能維持不變。其實(shí)，要知道，分開后每小球的帶電量（其中q1、q2為原帶電量），根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)，若a、b為任意兩個(gè)正數(shù)，則。當(dāng)a+b=c為定值，則（ab）在a=b時(shí)有極大值即（ab）=（c/2）2。因此q2q1q2，后來的靜電作用力必增大而大于F。又因?yàn)轭}中只提到F的大小相等，故也未排除兩球帶異種電荷的可能性。然而學(xué)生卻容易錯(cuò)誤地認(rèn)為異種電荷中和一部分后，兩球帶電量必減少，甚至不帶電，從而靜電作用力也一定減少。實(shí)際上，在兩球帶異種電荷情況下，可先從F大小相等來反推。因F相等,q1、q2帶異種電荷，首先從數(shù)值上分析則有q1 q2=（）2整理后得q12-6q1q2+q22=0，解之可得q1=（32）q2，則凡滿足這個(gè)關(guān)系的任何實(shí)數(shù)都可滿足題設(shè)要求，因此正確的答案倒是c。做這道題，既要否定A中的“一定”，又要否定B中的“可能”與D中的“不可能”，還要確定兩個(gè)異種電荷的電量之間的關(guān)系來論證C的正確性，難度還是比較高的。如果沒有較高的發(fā)散思維能力，選錯(cuò)答案的可能性就很大。最后，如果把此題改成如下面這樣的填充題：兩上相同的金屬小球，分別帶有不等量的同種電荷，分開一定距離后相互靜電作用力為F，將兩個(gè)小球接觸后再分開放回原處，則它們間相互靜電作用力將(填增大、減小或不變)。這樣把選擇題中的四個(gè)答案任選出一個(gè)而改成“順向”敘述的方式，只要沿著單一的明確的方向進(jìn)行集中思維，就不難得出作用力變大的結(jié)論，顯然要容易得多了。二、培養(yǎng)發(fā)散思維能力的探索（一） 逆向思維能力的培養(yǎng)訓(xùn)練逆向思維屬于發(fā)散性思維的范疇，“逆向”是相對(duì)于“順向”而言的，順向思維指的是按人們一般的思維習(xí)慣從正面、表面、明顯的易于接受的方向進(jìn)行思維。逆向思維則相反，它的從事物的反面或側(cè)面，從一般習(xí)慣思維和初級(jí)思維的方向來思考分析問題，因而是高于順向思維的思維方式?？茖W(xué)技術(shù)中許多發(fā)明創(chuàng)造正是逆向思維的產(chǎn)物，物理教學(xué)中光學(xué)與電學(xué)的“黑盒子”問題就是這一類需用逆向思維來解決的典型問題。這類需要倒過來想的問題是對(duì)所學(xué)知識(shí)極好的考查，且需在答題過程中擴(kuò)展思維才能得出正確結(jié)論，而往往答案不是唯一的，甚至有的學(xué)生的回答連“標(biāo)準(zhǔn)答案”都沒有考慮進(jìn)去。L1 L2E進(jìn)行逆向思維能力的訓(xùn)練無疑將促進(jìn)發(fā)散思維的活躍。例如，電學(xué)中關(guān)于尋找電路故障的題目的訓(xùn)練，圖中L1、L2是兩個(gè)相同的乳白色小燈泡，額定電壓均為3伏特，E是一個(gè)電源，電動(dòng)勢(shì)為6伏特，電路接通后燈泡不亮，而導(dǎo)線和各接點(diǎn)的接觸均良好，給你一只伏特表（0315V）要求在不斷開電路的情況下，查出哪一個(gè)器件已損壞，試述操作步驟（不討論有二個(gè)或三個(gè)器件同時(shí)損壞的情況）。圖1標(biāo)準(zhǔn)答案是這樣的：伏特表量程選用15V檔，查電池，用伏特表測(cè)某一燈泡的電壓，若讀數(shù)為零，則另一個(gè)燈泡的燈絲已斷；若讀數(shù)為6V左在，則這個(gè)燈泡的燈絲斷。這里抓住的就是燈泡兩端電勢(shì)差的特征性質(zhì)，因?yàn)闊艚z斷了的燈泡兩端電勢(shì)不等，伏特表就顯示讀數(shù)，查這個(gè)電路的故障就是這一原理的逆向運(yùn)用。（二） 消除思維定勢(shì)的消極作用定勢(shì)是指心理活動(dòng)的一種準(zhǔn)備狀態(tài)，它影響著解決問題時(shí)的傾向性，而這種傾向性有時(shí)有助于問題的解決，有時(shí)卻會(huì)妨礙問題的解決。在解決物理習(xí)題時(shí)，思維定勢(shì)常常表現(xiàn)為“死代公式”。思維定勢(shì)會(huì)妨礙發(fā)散思維的開展，使學(xué)生思路不夠開闊，只會(huì)沿著課本上出現(xiàn)過的例題模式，“標(biāo)準(zhǔn)化”地進(jìn)行套用。因此在物理教學(xué)中，除了講解“正規(guī)化”的解題途徑之外，還應(yīng)該多角度地進(jìn)行發(fā)散性思維訓(xùn)練，即平時(shí)所說的靈活思考的訓(xùn)練，以期達(dá)到這樣的理想目標(biāo)既使學(xué)生形成一定的思維定勢(shì)而具有流暢性（因?yàn)榉磳?duì)亂套公式不是完全丟開公式）；又使這種定勢(shì)不至于妨礙思維應(yīng)有的靈活性與獨(dú)創(chuàng)性，否則思維定勢(shì)不僅使解題陷入呆板繁鎖，而且在有些情況下，還會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。例如：汽車以20米/秒的速度作勻速直線運(yùn)動(dòng)，后來開始制動(dòng)，假定汽車制動(dòng)后作勻變速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小為5米/秒2，問制動(dòng)后6秒內(nèi)汽車的位移。按所養(yǎng)成的定勢(shì)，死代位移公式svOt(at2/2)，以vO20米/秒、t6秒、a-5米/秒2代入，得出的結(jié)果是s30米，實(shí)不知到第四秒末，汽車已經(jīng)停止了。因而正確的解法是將t4秒代入公式，得到的正確結(jié)果是s40米。因此，我們要充分意識(shí)到思維定勢(shì)可能會(huì)產(chǎn)生的消極作用，以及注意運(yùn)用發(fā)散思維來打破起消極作用的思維定勢(shì)。三、把思維科學(xué)知識(shí)直接交給學(xué)生綜上所述，不但教師本身要對(duì)思維規(guī)律有自覺的認(rèn)識(shí)，在教學(xué)中體現(xiàn)和運(yùn)用這些規(guī)律有意識(shí)地加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)和訓(xùn)練，也就是說，用科學(xué)的教學(xué)方法來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)的學(xué)習(xí)方法；而且，有必要在傳授物理知識(shí)的同時(shí)選擇合適時(shí)機(jī)直接向?qū)W生（特別是高中學(xué)生）傳授一些有關(guān)思維本身的科學(xué)知識(shí)，讓學(xué)生也直接掌握思維科學(xué)這一稅利武器，自覺地運(yùn)用思維規(guī)律指導(dǎo)自己的學(xué)習(xí)，使學(xué)習(xí)變得更主動(dòng)。教師們現(xiàn)在都有些共識(shí)：在傳授知識(shí)的同時(shí)，還要教給學(xué)生研究問題多方位思考的科學(xué)方法，培養(yǎng)他們發(fā)散思維能力。這種能力的培養(yǎng)如何滲透在物理教學(xué)中？在教學(xué)中總結(jié)如下數(shù)端：（一）在概念規(guī)律教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生多方位理解，體驗(yàn)研究方法物理概念規(guī)律的教學(xué)往往是定向思維，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生朝著建立物理量及其規(guī)律的方向思維，否則就難以使學(xué)生較準(zhǔn)確清晰地掌握概念。但并非整堂概念規(guī)律課教學(xué)都是如此，如教師利用并聯(lián)電路特點(diǎn)結(jié)合歐姆定律推導(dǎo)出兩導(dǎo)體并聯(lián)后總電阻與支路電阻的關(guān)系“”，即組織學(xué)生討論：“，此值是否比R1和R2都??？不設(shè)具體數(shù)據(jù)，能通過代數(shù)式變換證明嗎？”這是引導(dǎo)學(xué)生先從數(shù)學(xué)上的量值關(guān)系這個(gè)側(cè)面去理解剛學(xué)到的物理規(guī)律。隨后又要學(xué)生深入思考：“若有單個(gè)導(dǎo)體，它的電阻值剛好與此并聯(lián)電路的總電阻R值相等，那么試考慮這個(gè)導(dǎo)體的橫截面積是否應(yīng)比R1或R2導(dǎo)體都大？為什么？”這是引導(dǎo)學(xué)生從物理學(xué)中電阻定律的角度去理解新知識(shí)，且又一次讓學(xué)生體驗(yàn)到“等效代換”這種常用的研究方法。物理概念十分嚴(yán)密，它是人們?cè)诔橄蟪鑫锢憩F(xiàn)象的共同屬性后概括出來的結(jié)論，在教學(xué)過程中既可從正面在概念意義上逐字逐句推敲分析，也可從反面來深化理解。如通過探索歐姆定律的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較分析，得出導(dǎo)體AB的小于導(dǎo)體CD的，在相同電壓（6.0V）下，IAB=0.6AICD=0.4A，教師就此發(fā)問：“這個(gè)比值為什么是反映導(dǎo)體本身阻礙電流的性質(zhì)，而不是反映導(dǎo)體容易導(dǎo)電的性質(zhì)，若要反映導(dǎo)體易導(dǎo)電的性質(zhì)，同一導(dǎo)體恒量值該是，還是？”通過正向、反向思維，學(xué)生加深了對(duì)電阻概念的理解，從而在IU圖像上將圖線斜率誤為電阻值的失誤也大大減少。如電力線概念，教師可設(shè)疑發(fā)問：“書上及習(xí)題中都沒出現(xiàn)相交的電力線，那么在電場(chǎng)區(qū)域能否作出兩條相交的電力線呢？”此問激起學(xué)生們濃厚興趣，活躍了氣氛。通過討論，學(xué)生既加深了對(duì)場(chǎng)強(qiáng)概念的理解，又體驗(yàn)到運(yùn)用反證法的妙處，增強(qiáng)了逆向思維的能力。（二）在習(xí)題實(shí)驗(yàn)教學(xué)中鼓勵(lì)學(xué)生多方位思考，變換思維角度1、研究對(duì)象的轉(zhuǎn)換或代換AcB如兩塊截面為三角形的鐵塊A和B，并排放在光滑水平面上，現(xiàn)將一塊截面為矩形的鐵片C輕輕地水平架在兩塊相對(duì)的光滑斜面上，放手后，鐵片C能否保持平衡？（圖2）一些學(xué)生因鐵片C所受重力與兩側(cè)所受彈力可以滿足共點(diǎn)力平衡條件而頗感困惑之時(shí)，教師于關(guān)鍵處發(fā)問“若轉(zhuǎn)換研究對(duì)象，考慮鐵塊A或B，情況怎樣？”通過同類題解后反思，有助于掌握轉(zhuǎn)換研究對(duì)象的方法。又如(圖3)所示,將四個(gè)阻值分別為150、75、75和15的電阻并聯(lián)后總電阻R為多大？少數(shù)學(xué)生突破照搬“”思維定勢(shì)，將R2和R3均看成各由兩個(gè)150的電阻并聯(lián)，將R4看成由十個(gè)150的電阻并聯(lián)，從而很快算出=150，教師應(yīng)及時(shí)鼓勵(lì)這種思維方式的靈活多變，指出他的可貴之處就在于能變換角度思考，善用“等效代換”，在于不因循守舊，能培養(yǎng)創(chuàng)造性思維。R1=150R2=75R3=75R4=15圖2圖32、思維方式從形象到抽象的轉(zhuǎn)換如組織初三學(xué)生討論一道習(xí)題：一個(gè)內(nèi)徑為r，外徑為R的銅環(huán)加熱后其內(nèi)、外徑怎樣變化？通過討論，大部份學(xué)生能正確判斷出其內(nèi)徑r也增大的思維方式不外乎經(jīng)驗(yàn)型和數(shù)學(xué)型：聯(lián)系課堂演示實(shí)驗(yàn)或課本介紹的實(shí)例（預(yù)熱的火車輪箍冷卻后緊套在輪上）；認(rèn)為環(huán)的內(nèi)圈也要熱脹，其周長(zhǎng) l 增加，從l =2r逆推出r增大。而一位學(xué)生獨(dú)辟蹊徑，提出可把銅環(huán)看成許多圈從rR半徑各不相同的圓銅線套箍在一起，由于這些圓銅線熱脹時(shí)半徑都要增大，因此它們的整體銅環(huán)的內(nèi)外徑都要增大，顯然，最后一種研究方式是求異思維的最佳結(jié)果。3、思維方向從正向到逆向的變換學(xué)生在摸似兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷的靜電場(chǎng)描繪等勢(shì)線的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)通過兩場(chǎng)源電荷邊線中點(diǎn)的垂直平分面是個(gè)0伏的等勢(shì)平面，而非課本上出現(xiàn)的球面，頗覺驚異。教師為此發(fā)問：“這個(gè)等勢(shì)面為什么是平面？若在該平面上移動(dòng)任意電荷，是否電場(chǎng)力對(duì)它都不做功？怎樣證明？”從正面引導(dǎo)學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后又讓學(xué)生逆向反證：“若這個(gè)平面上各點(diǎn)電勢(shì)不等，沿這個(gè)平面移動(dòng)檢驗(yàn)電荷 ，將出現(xiàn)怎樣的結(jié)果？”學(xué)生通過正、反兩方面的分析論證，加深了對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理解。有經(jīng)驗(yàn)的教師在力學(xué)、電學(xué)或熱學(xué)、光學(xué)的習(xí)題中適量增加利用反證法或逆向反推法求證求解的練習(xí)。如求證靜電平衡態(tài)導(dǎo)體的性質(zhì)、勻強(qiáng)電場(chǎng)中電力線均勻分布、串聯(lián)電路電流處處相等的問題，從結(jié)果條件的“黑盒子”問題，利用光路可逆性巧解焦距、物距或像距精選此類典型題練習(xí)講評(píng)，有利于增強(qiáng)學(xué)生靈活思維，善于從正反兩個(gè)方面分析問題的能力。4、通過一題多變，變單向思維為多向思維在復(fù)習(xí)課或習(xí)題課的教學(xué)中，適當(dāng)采用一題多變可溝通知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，開拓學(xué)生思路，有利培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性、變通性和創(chuàng)造性。題型發(fā)散保持原命題的發(fā)散點(diǎn)，變換題型和命題方式。解法發(fā)散從不同角度、不同側(cè)面解答問題，有一題多解，有多題一解，也有多題多解。逆向發(fā)散是原命題條件和結(jié)論的反向轉(zhuǎn)換，由目標(biāo)至條件的反向思考。遷移發(fā)散是對(duì)原命題條件的變換，設(shè)問角度的變換，實(shí)質(zhì)上是知識(shí)的信息的遷移，發(fā)現(xiàn)新問題，解決新問題。階梯發(fā)散從不同層次、不同角度逐步提出問題、認(rèn)識(shí)問題、解決問題、強(qiáng)調(diào)遞進(jìn)性，逐層深入。比較發(fā)散對(duì)問題進(jìn)行橫向和縱向的比較，進(jìn)行不同層次的延伸的轉(zhuǎn)化，關(guān)鍵是理解知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)涵和外延。綜合發(fā)散將分析、歸納、綜合等多種思維方法進(jìn)行綜合應(yīng)用，解決較復(fù)雜的問題，使知識(shí)系統(tǒng)化，強(qiáng)調(diào)靈活應(yīng)用。如不少學(xué)生雖學(xué)過胡克定律，但僅對(duì)彈簧的彈力是變力形成單向思維。不注意凡產(chǎn)生于發(fā)生彈性形變的兩接觸物的彈力，其大小也具有可變性，且與形變程度有關(guān)。為此教師可提出一道多變的復(fù)習(xí)題：物塊A，質(zhì)量為m，當(dāng)它靜止在水平桌面上時(shí)受到的彈力多大？若這個(gè)水平面是隨電梯一起以a（ag或a=g加速下降的桌面呢？若物塊A沿靜止的傾角為的光滑斜面下滑，它受到的彈力N多大？如果此光滑斜面是放在沿水平方向勻減速運(yùn)動(dòng)的列車?yán)?，而物塊A又靜止在這個(gè)斜面上，它受到的彈力N有無變化？為多大？如果它以速度V滑過半徑為R的拱橋頂部時(shí)，所受的彈力N多大？通過講評(píng)和畫受力分析示意圖，學(xué)生視野大為擴(kuò)大。5、學(xué)生通過一題多變，增強(qiáng)變換思維角度的能力學(xué)生通過一題多解，有逐漸養(yǎng)成從多角度、多方面去分析解決較復(fù)雜問題的能力，促進(jìn)其創(chuàng)造性思維的發(fā)展。如質(zhì)量為M的列