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        在物理教學(xué)中讓學(xué)生的思維“天馬行空”

        2011-01-01 00:00:00朱軍王忠明
        物理教學(xué)探討 2011年2期


          摘要:發(fā)散性思維對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起著十分重要的作用。本文就高中物理教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維例舉了從空間、時間和人文三個方面的案例。
          關(guān)鍵詞:物理教學(xué);發(fā)散思維;空間;時間
          中圖分類號:G633.7 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-6148(2011)2(S)-0035-3
          
          所謂“天馬行空”,原意是指駿馬無拘無束地極速奔馳,像是騰空飛行一樣。用來比喻詩文等氣勢豪放,不拘一格,也指思維異常活躍,思想極度發(fā)散。
          高中學(xué)生思維活躍,好奇心較強。高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中強調(diào):高中物理課程在內(nèi)容上要加強與學(xué)生生活、現(xiàn)代社會及科技發(fā)展的聯(lián)系,反映當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要成果和新的科學(xué)思想,關(guān)注物理學(xué)的技術(shù)應(yīng)用所帶來的社會問題。另外,也要求在日常教學(xué)活動中,從學(xué)生的現(xiàn)實生活出發(fā),教學(xué)內(nèi)容要符合學(xué)生認知邏輯的發(fā)展規(guī)律,這樣能更好地促進學(xué)生對知識的積極構(gòu)建。這樣能使物理教學(xué)立足現(xiàn)實生活,反映現(xiàn)實生活,服務(wù)于現(xiàn)實生活。
          因此,注重理性、抽象思維的培養(yǎng),注重創(chuàng)新能力培養(yǎng),成為當(dāng)今物理教學(xué)的重要目標(biāo)和任務(wù)。讓高中學(xué)生的思維繼續(xù)插上騰飛的翅膀,來幾次閃光的“天馬行空”,為他們將來成為具有創(chuàng)新性思維的創(chuàng)新型人才打好堅實的基礎(chǔ)。下面舉幾個案例加以說明。
          
          案例1:空間思維中的“天馬行空”
          
          若將地球表面看作一個巨大的拱形橋,橋面的半徑就是地球半徑。地面上有一輛汽車沿著赤道行駛(如圖1)。圖 1根據(jù)分析可知,汽車速度越大,地面對它的支持力就越小。會不會出現(xiàn)這樣的情況:速度大到一定程度時,地面對車的支持力為零?這時駕駛員與座椅之間的壓力是多大?他這時可能有什么感覺?[1]
          學(xué)生在拱形橋的問題中已經(jīng)知道,半徑越小時車對橋的壓力與重力之差越大,地球的半徑很大,這種效應(yīng)可能不明顯;學(xué)生還知道,速度越大兩力之差就越大,所以會在地球上產(chǎn)生明顯的效應(yīng)(比如說車輪剛好脫離地球表面,要多快呢?利用圓周運動的知識學(xué)生很快計算出v=gR≈7.9km/s。顯而易見,這么大的速度,在現(xiàn)實生活中汽車是不可能達到的。那么是不是真的就沒有現(xiàn)實意義呢?
          例如,教師以逐漸增加的速度水平拋出幾個粉筆頭,讓學(xué)生畫出地球的球形狀,并把教師剛才拋粉筆頭的情形分別畫在同一張圖上(如圖2),學(xué)生可能會覺得畫出來的圖太夸張了。但在這張看似夸張的圖像上,立即有學(xué)生想到要是拋粉筆頭的速度再大一點,再大一點……。天吶!粉筆頭可能會:往前仍,但會打在老師的后腦勺上!而且要是老師拋完粉筆頭后往旁邊站一下,在不考慮空氣阻力的情況下,粉筆頭將永遠不會落回地面,成了地球的一顆衛(wèi)星!在學(xué)生的一片驚訝聲中教師將牛頓的衛(wèi)星草圖(如圖3)呈現(xiàn)出來,讓每一個學(xué)生在這種富有想象力的思維中贊嘆,并體會這種“成功”的喜悅。
          
          案例2:時間思維中的“天馬行空”
          
          假設(shè)A、B兩點相距340m,兩地“同時”引爆炮仗,設(shè)聲音在空氣中傳播的速度為340m/s,則聲音傳到對方的時間分別為多少?若兩個盲人在A、B兩鳴放炮仗,他們認為誰先放炮仗?(假設(shè)這兩個盲人無物理知識,且炮仗的聲音在傳播的過程中不減小)
          一般的學(xué)生會認為聲音傳到對方的時間間隔為1s。兩個盲人均會認為是自己的炮仗先引爆,原因是兩個盲人均沒有扣減他們的測量時間,而且他們各自所選擇的參考系也不同。
          現(xiàn)在將問題作進一步延伸。如圖4所示,假設(shè)在高速(速度非常大)運行的列車上,由車廂底部發(fā)出的閃光,則對在車上的人和站在地面上的來說,他們是否認為光到達車廂底部的時間是相同的?
          由上述知,一般的學(xué)生會認為剛才兩個盲人各自認為自己的炮仗先引爆,另一個原因是這里有兩個事件(即:放了兩個炮仗)。而現(xiàn)在盡管有兩個參照系,但這里只有一個事件,因此不論是在車上的人,還是在地面上的人應(yīng)該認為光到達車廂底部的時間都是相同的,這點不用質(zhì)疑。果真如此嗎?
          教師引導(dǎo)學(xué)生在黑板上畫出了站在地面上的人所“看到”的光傳播的路徑圖(如圖5)。
          對于車上的人來說,閃光是在豎直方向反射的,而車廂外的人認為被接收的反射光是沿斜線傳播的。有學(xué)生開始感覺好象“不太對勁”,并開始計算……。
          對于車廂里的人有:
          Δτ=2hc;(式中c為光速)
          對站在地面上的人有:在Rt△AMC中
          h2+(vΔt2)2=(cΔt2)2(式中v為車速)
          得:Δt=4h2c2-v2,
          由上幾式不難得出:
          Δt=Δτ1-(vc)2。
          顯而易見,Δt>Δτ。
          綜上可見,同一個事件竟然在不同參照系里的人看,它同時發(fā)生,但沒有同時結(jié)束。此時學(xué)生會開始七嘴八舌地討論,他們的思維開始了“天馬行空”。經(jīng)過一翻熱烈討論和激烈的思想斗爭之后,他們得到以下結(jié)論:由于光的速度(相對不同的參照系)是不變的,只要車的速度達到接近光速的水平,車上的一切物理過程和化學(xué)過程,甚至生命過程都變慢了,也就是神話里所說的:天上一天,地上十年。
          點評:現(xiàn)在的社會是一個極其注重創(chuàng)新能力或者說創(chuàng)造能力的社會,培養(yǎng)學(xué)生出類拔萃的創(chuàng)新能力需要學(xué)生豐富的創(chuàng)新思維。而這種創(chuàng)新思維的培養(yǎng),單靠嚴(yán)謹?shù)倪壿嬎季S是很難得到的,它還必須依靠學(xué)生“天馬行空”式的想象能力。
          
          案例3:人文思維中的“天馬行空”
          
          “1938年12月,德國物理學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轟擊鈾核的實驗中,發(fā)現(xiàn)了生成物中原子序數(shù)為56的鋇?!保?]一個月以后終于證實,鈾核在俘獲一個中子后發(fā)生了一個重核裂變,變成兩個中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程——核裂變。這一發(fā)現(xiàn)為核能的利用開辟了道路。
          同學(xué)認真閱讀上面這段話后,會得到這樣的信息:發(fā)現(xiàn)時間是1938年12月,地點是德國,事件是首次發(fā)現(xiàn)核裂變。然后,每一個學(xué)生馬上結(jié)合自己的歷史知識,開始思考,思維又天馬行空起來……。
          同時,學(xué)生可能會有如下的猜想:懸!要是德國納粹首先將原子彈制造出來(完全有這可能?。?,那二次大戰(zhàn)的結(jié)局極有可能軸心國成為最后的戰(zhàn)勝國,我們國家到現(xiàn)在為止還有可能被日本占領(lǐng)著,我們學(xué)生可能……,不敢想了!而且,要是原子彈技術(shù)被某些“別有用心”的人(如恐怖分子等)掌握,那現(xiàn)在的世界就變得極不穩(wěn)定,每個人都生活在恐怖之中。這時學(xué)生們的共同心聲:掌握高科技(如克隆技術(shù),基因組技術(shù),計算機技術(shù)……)的人必須具有一顆用科學(xué)技術(shù)為人類造福之心,用以保證我們科學(xué)技術(shù)的成果造福于人類,而不至于成為禍害。否則我們可能是克隆的“我們”,也可能是虛擬的“我們”……。
          點評:中學(xué)物理教育應(yīng)當(dāng)摒棄“重知識,輕人文”的教育觀點和認為人文教育是人文科學(xué)的任務(wù)的想法。同時物理教師應(yīng)提高自身的科學(xué)修養(yǎng),使物理教育不但指向“物”,而且指向人,讓物理教育真正成為“立人”的教育!
          現(xiàn)今的高中物理教學(xué)需非常重視培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力。通過上面的討論也表明:在培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維的教學(xué)中,需要學(xué)生的想象能力和抽象能力同步發(fā)展。高中學(xué)生的思維正好處在幻想世界和現(xiàn)實世界的臨界點上,教師應(yīng)該在發(fā)展學(xué)生抽象思維能力的同時,繼續(xù)讓學(xué)生保持具有幻想力的頭腦。正如心理學(xué)家維果茨基所說:在從幻想到現(xiàn)實感的過渡階段,幻想在發(fā)展過程中發(fā)生本質(zhì)的新變化是青少年的想象力與概念思維建立起了親密的聯(lián)系。想象力被理性化,被融入進理性思維活動系統(tǒng)中,在青少年的人格新結(jié)構(gòu)中開始發(fā)揮全新的功能。[3]這樣才能培養(yǎng)學(xué)生理性化、概念化了的高級想象能力,即高度的創(chuàng)新思維能力。
          
          參考文獻:
          [1]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《物理(必修1)》.人民教育出版社,2004,56
          [2]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《物理(選修3-5)》.人民教育

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