趙海燕

如何通過(guò)物理教學(xué)達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、學(xué)好物理的科學(xué)方法,從而對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新教育,不僅是物理教師普遍關(guān)注的問(wèn)題,也是當(dāng)今社會(huì)的重大課題。新課改后各種版本的新教材都在這一環(huán)節(jié)上進(jìn)行了大膽的嘗試并做了不懈的努力,人教版必修一中就以整整一節(jié)的篇幅介紹《伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究》,旗幟鮮明地倡導(dǎo)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),作為物理教師,在課堂教學(xué)過(guò)程中應(yīng)充分利用這一契機(jī),把握教材,以科學(xué)家的科學(xué)研究為例,從中尋找創(chuàng)新思維方法,并以此為依據(jù),歸納出物理教學(xué)的基本方法。這應(yīng)該是研究創(chuàng)新教育的途徑之一。

一、借鑒前人科學(xué)研究,找尋創(chuàng)新思維方法

伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)被稱為十大最美實(shí)驗(yàn)之一,不只是它揭示了一條物理規(guī)律,更重要的是它提供了探索物理規(guī)律的正確思想方法和科學(xué)研究方法。因?yàn)槲锢韺W(xué)家探索物理領(lǐng)域的過(guò)程與學(xué)生學(xué)習(xí)物理的過(guò)程,在本質(zhì)上同屬于人對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)過(guò)程。所以從物理學(xué)家的科學(xué)研究中去尋找培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的創(chuàng)新思維方法,也是一條有效的途徑,以筆者的粗淺理解在伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)研究中蘊(yùn)藏著三種創(chuàng)新思維方法:

(一)逆向思維方法

所謂逆向思維方法,就是逆著原來(lái)的物理過(guò)程去分析思考和解決物理問(wèn)題的一種創(chuàng)造性思維方法。說(shuō)通俗一點(diǎn),就是倒過(guò)來(lái)想。逆向思維方法的特點(diǎn)是依據(jù)結(jié)論找已知條件,或由結(jié)果找原因,也可看成將某一物理過(guò)程的初態(tài)和末態(tài)互換后使問(wèn)題更簡(jiǎn)單,計(jì)算更方便。伽利略就是用逆向思維方法否定了亞里士多德關(guān)于“重物比輕物落得快”的錯(cuò)誤觀點(diǎn),從而建立了自由落體定律,他的思維過(guò)程是:假定“重物落得快而輕物落得慢”的觀點(diǎn)是正確的,若取兩個(gè)物塊ml和m2,使ml>m2,把ml和m2用細(xì)繩連接在一起后自由釋放,那么連接體的速度v必然介于ml和m2單獨(dú)下落到同一高度時(shí)的速度vl和v2之間,即v2v1(因?yàn)閙1+m2>m1),這樣就從同一命題下得出不能自圓其說(shuō)的矛盾,因此,伽利略就可以肯定亞里士多德的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。

這是一種反證法,反證法本身就是一種典型的逆向思維方法,它在物理教學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用,利用反證法可以證明:P-V圖中任意兩條等溫線不相交;電場(chǎng)中任意兩條電場(chǎng)線不相交;勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)線是間距相等的一組平行線,電場(chǎng)線與等勢(shì)面處處垂直等等,用正向思維方法解決問(wèn)題如果非常困難的話,我們就可以試用逆向思維方法,化繁為簡(jiǎn)、化難為易,甚至把無(wú)法解答的問(wèn)題變得非常簡(jiǎn)捷,如光學(xué)中的光路可逆問(wèn)題,電學(xué)中的“黑盒”題,都是逆向思維方法的典型例證。

任何物理規(guī)律都有一定的因果關(guān)系,只有結(jié)果而沒(méi)有原因的事情是不存在的,只要某一物理現(xiàn)象或過(guò)程的可逆性存在,運(yùn)用逆向思維方法就可能取得創(chuàng)造性的成果.如德布羅意受愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)啟發(fā),大膽進(jìn)行逆向思維,提出了著名的德布羅意物質(zhì)波概念。逆向思維方法在創(chuàng)新教育中是不可少的。

(二)直覺(jué)思維方法

美國(guó)教育家布魯納指出“直覺(jué)思維、預(yù)感的訓(xùn)練,是正式的學(xué)術(shù)科學(xué)和日常生活中創(chuàng)造性思維的很易被忽視而又最重要的特征”直覺(jué)是一種富有意義的思維方式,但不同的人,直覺(jué)思維存在著很大的差異。其特點(diǎn)是整體的、跳躍的、猜測(cè)的,不經(jīng)過(guò)詳盡的邏輯推理,不經(jīng)過(guò)分析的演繹步驟:伽利略就是運(yùn)用直覺(jué)思維方法,通過(guò)觀測(cè),認(rèn)識(shí)到物體在自由下落過(guò)程中的主要特征——越來(lái)越快,然后借助猜測(cè)提出假設(shè)——自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),并提出加速度的概念:a=v/t,運(yùn)用數(shù)學(xué)推理得到s=at2/2。伽利略是用直覺(jué)頓悟的思考方法,對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律作出了重要發(fā)現(xiàn)。一些著名的物理學(xué)家都曾肯定和強(qiáng)調(diào)過(guò)直覺(jué)的作用。愛(ài)因斯坦指出“我相信靈感和直覺(jué)”、玻爾強(qiáng)調(diào)“實(shí)驗(yàn)物理的全部偉大發(fā)現(xiàn)都是來(lái)源于一些人的直覺(jué)”。在物理教學(xué)中,要實(shí)施創(chuàng)新教育,培養(yǎng)學(xué)生直覺(jué)思維能力就不可忽視。要善于運(yùn)用直覺(jué)頓悟思考方法,必須要有豐富的有關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。具有與所思考問(wèn)題有關(guān)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)?zāi)耸侵庇X(jué)頓悟的依據(jù)和基礎(chǔ),這就是說(shuō),在物理教學(xué)中,我們首先要加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué),完善知識(shí)結(jié)構(gòu),力求整體的掌握和本質(zhì)的理解。還要充分利用新教材所要求必做的探究實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象和過(guò)程所預(yù)期的結(jié)論進(jìn)行“科學(xué)猜想”,用直覺(jué)頓悟的思考方法在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得出新的結(jié)論,長(zhǎng)期堅(jiān)持這樣做,就可教會(huì)學(xué)生直覺(jué)思維方法,培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維能力。

(三)形象思維方法

用直覺(jué)頓悟的思考方法所得到的結(jié)論是否正確,還必須設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)和論證。伽利略運(yùn)用直覺(jué)頓悟的創(chuàng)新思維方法得出s=at2/2的結(jié)論后,又用形象思維方法設(shè)計(jì)理想斜面實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn),多次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明:小球在斜面上的運(yùn)動(dòng)是勻加速運(yùn)動(dòng)(即s∝t2)。然后又合理外推,當(dāng)斜面的傾角θ→90°。時(shí),小球仍然做勻加速運(yùn)動(dòng),從而證明了自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)這一結(jié)論是正確的。至此,自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律才可以表述為h=gt2/2。伽利略用同樣的思維方法提出了“動(dòng)者恒動(dòng)、靜者恒靜”的物理規(guī)律,為牛頓第一定律的建立提供了可靠的依據(jù)。

所謂形象思維,就是用形象作為思維的元素和手段來(lái)分析思考問(wèn)題的一種創(chuàng)造性思維方法,形象思維和抽象思維都以感性認(rèn)識(shí)作為基礎(chǔ),形象思維雖然具有形象性,具有感性直觀的外殼,實(shí)質(zhì)上卻是反映著事物本身的屬于理性認(rèn)識(shí)階段的思維活動(dòng)。物理學(xué)中的理想實(shí)驗(yàn)、理想模型都是形象思維的產(chǎn)物,電場(chǎng)線、磁感線甚至光線都是這種形象思維的杰作。作為幸運(yùn)的物理教師,應(yīng)充分結(jié)合物理教學(xué)的具體內(nèi)容,努力培養(yǎng)學(xué)生形象思維能力,對(duì)學(xué)生的成才具有十分重要的作用。

二、依據(jù)創(chuàng)新思維方法,歸納教學(xué)基本方法

一談起教學(xué)方法,總?cè)菀资谷税褌鹘y(tǒng)教學(xué)上寫(xiě)的講解、討論、談話、提問(wèn)、作業(yè)及現(xiàn)代化教學(xué)手段運(yùn)用之類(lèi)搬出來(lái),誤以為這就是物理教學(xué)的基本方法。其實(shí)它們只不過(guò)是一些教學(xué)活動(dòng)的表現(xiàn)形式,單純靠這些表現(xiàn)形式無(wú)法完成物理教學(xué)的目的和任務(wù),無(wú)法培養(yǎng)創(chuàng)新能力,無(wú)法教會(huì)學(xué)生怎樣去學(xué)習(xí)。盲目引進(jìn)和機(jī)械照搬教育課本中的各種教學(xué)活動(dòng)的表現(xiàn)形式不是研究創(chuàng)新教育的有效途徑。從物理學(xué)家的科學(xué)研究中去探索創(chuàng)新教育、歸納總結(jié)物理教學(xué)方法不失為一條有效途徑。我們分析伽利略研究自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的全過(guò)程,不難看出,伽利略研究問(wèn)題的基本方法就是抽象思維、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,這一方法就是我們從事物理教學(xué)的基本方法,只有這一方法才能完成物理教學(xué)的目的和任務(wù),教會(huì)學(xué)生怎樣去學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力,從而達(dá)到“教是為了不教”,“教好是為了學(xué)好”的目的。愛(ài)因斯坦對(duì)伽利略的研究方法給予極高的評(píng)價(jià):“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)方法是人類(lèi)思想史上最偉大的成就之一,而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開(kāi)端”?？v觀物理學(xué)發(fā)展史,任何物理規(guī)律的建立都離不開(kāi)伽利略的這一研究方法,物理教師要引導(dǎo)學(xué)生掌握這些物理規(guī)律,并同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力,那就必須用伽利略的研究方法。所以說(shuō),抽象思維、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法才是物理教學(xué)的基本方法,教會(huì)學(xué)生科學(xué)思維方法比教會(huì)學(xué)生物理知識(shí)更為重要。

自由落體運(yùn)動(dòng)只不過(guò)是高中物理課本中的一節(jié)課,而從伽利略研究自由落體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中所總結(jié)出來(lái)的科學(xué)方法,卻對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力,提高物理教學(xué)效果有著十分重要的意義和作用,這種作用有時(shí)會(huì)影響學(xué)生一生的幸福。

作者單位:山東省青島第九中學(xué)