吉 恒 楊春艷

(1.云南省通?？h第二中學(xué),云南 玉溪 652701;2.玉溪師范學(xué)院理學(xué)院,云南 玉溪 653100)

創(chuàng)造思維是指不依常規(guī)、尋求變異、想出新方法、建立新理論、從多方面尋求答案的開(kāi)放式思維方式.創(chuàng)造思維包括類(lèi)比思維、聯(lián)想思維、等效思維、模型思維、逆向思維和發(fā)散思維等,在高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造思維能力,使學(xué)生的思維方式逐步地從正向思維向逆向思維;從常規(guī)思維向立異思維;從直覺(jué)思維向抽象思維;從單向思維向發(fā)散思維遷移和擴(kuò)展,這對(duì)于提高學(xué)生分析解決復(fù)雜的、綜合性的物理問(wèn)題,增加解題準(zhǔn)確度,加快解題速度,優(yōu)化解題方法,都是十分有利的.

1 打破時(shí)空順序,培養(yǎng)逆向思維

正向思維是從題給的條件出發(fā),按照事物發(fā)展的時(shí)間和空間順序去研究某一物理過(guò)程、物理現(xiàn)象的發(fā)生、發(fā)展,自始態(tài)到終態(tài)的思維方式.而逆向思維是一種創(chuàng)造性的思維,是人類(lèi)進(jìn)行創(chuàng)造性思維活動(dòng)的重要形式.它同人們習(xí)慣的正向思維相反,不是由因求果,而是由果索因,它具有比正向思維更高層次的創(chuàng)造性和思維品質(zhì).物理學(xué)上很多重要規(guī)律的建立,新理論的誕生都是物理現(xiàn)象和結(jié)果引發(fā),通過(guò)逆向思維實(shí)現(xiàn)的.所以在中學(xué)物理教學(xué)中善于培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維能力,有利于培養(yǎng)和訓(xùn)練思維的深刻性、靈活性、敏捷性、獨(dú)特性和創(chuàng)造性,是發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造性思維能力的一個(gè)突破點(diǎn)和有效途徑.

圖1

例1.如圖1所示,一個(gè)由斜面和豎直放置的半徑為2.5 m的半圓環(huán)組成的光滑軌道,要想在平地上的 A點(diǎn)拋出一個(gè)小球,使它在半圓環(huán)的最高點(diǎn) B處無(wú)碰撞地滑進(jìn)環(huán)形軌道,再沿斜面上升到離地面 H=10 m高度的D點(diǎn).試求應(yīng)當(dāng)在何處,以多大速度 v0,怎樣的拋射角拋出小球?

解析:此題若按正向思維,即按照 A→B→C→D的順序求解,由于初速度、拋射角及拋出位置均未知,所以要列方程求解相當(dāng)復(fù)雜.若引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)其運(yùn)動(dòng)的可逆性,通過(guò)逆向思維,將原來(lái)的運(yùn)動(dòng)模型轉(zhuǎn)換成D→C→B→A的運(yùn)動(dòng)模型,則求解就簡(jiǎn)捷得多了.

取地面的重力勢(shì)能為零,D→A由機(jī)械能守恒定律得

小球由B→A作平拋運(yùn)動(dòng),根據(jù)機(jī)械能守恒定律,可得

2 拓寬思路,培養(yǎng)聯(lián)想思維

聯(lián)想作為一種重要的創(chuàng)造性思維方法,能拓寬思路,將某個(gè)規(guī)律、某種方法,拓寬延伸至新的領(lǐng)域,從而使一些本來(lái)無(wú)法解決的問(wèn)題,能借用已知規(guī)律求解,從而達(dá)到解決問(wèn)題的目的.

例2.一均勻球體以角速度ω繞自己的對(duì)稱(chēng)軸自轉(zhuǎn).若維持球體不會(huì)被瓦解的唯一作用是萬(wàn)有引力.則此球的最小密度是多少?

解析:學(xué)生接觸此題,一般都覺(jué)得很陌生,似乎與自己學(xué)過(guò)的知識(shí)相距甚遠(yuǎn),大有“山重水復(fù)疑無(wú)路”之感.然而,如果啟發(fā)學(xué)生聯(lián)想第一宇宙速度——衛(wèi)星剛好,繞地球表面運(yùn)轉(zhuǎn)的臨界線(xiàn)速度,那么,當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)的角速度加快到臨界角速度,地球上的物體也就“漂浮”起來(lái),成為地球表面的一顆衛(wèi)星.這就表明,只靠萬(wàn)有引力維持的任何星球,只要自轉(zhuǎn)達(dá)到相應(yīng)的“第一宇宙角速度”,球體即將被瓦解.作了這樣的聯(lián)想,把陌生問(wèn)題轉(zhuǎn)化為學(xué)生熟悉的問(wèn)題,頓覺(jué)“柳暗花明又一村”:

可見(jiàn),善于聯(lián)想,由此及彼,新舊知識(shí)得到溝通,思維得到啟迪和開(kāi)拓,能力得到訓(xùn)練和提高,點(diǎn)燃了創(chuàng)造思維的火花.

3 求同存異,培養(yǎng)類(lèi)比思維

所謂類(lèi)比思維[1],實(shí)際上是一種從特殊到特殊或從一般到一般的推理.它是根據(jù)兩個(gè)對(duì)象之間在某些方面的相同或相似而推出它們?cè)谄渌矫嬉部赡芟嗤蛳嗨频囊环N邏輯思維.類(lèi)比作為一種重要的創(chuàng)造性思維方法,在解答習(xí)題時(shí),可以將已知的原理、方法橫向類(lèi)推到類(lèi)似的新情景中去,從而使一些看來(lái)難以解決的問(wèn)題,也會(huì)變得非常淺顯.

(1)逃逸速度大于真空中光速的天體叫做黑洞,設(shè)某黑洞的質(zhì)量等于太陽(yáng)的質(zhì)量 M=1.98×1030kg,求它的可能最大半徑.

(2)在目前天文觀(guān)測(cè)范圍內(nèi),物質(zhì)的平均密度為10-27kg/m,如果認(rèn)為我們的宇宙是這樣一個(gè)均勻大球體,其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度 c,因此任何物體都不能脫離宇宙.問(wèn)宇宙的半徑至少多大?

解析:本題涉及到天體物理學(xué)的前沿——黑洞的問(wèn)題,要求學(xué)生大膽類(lèi)比,把地球上物體的逃逸速度分別類(lèi)推到關(guān)于黑洞和宇宙的問(wèn)題中去,不難得到如下解法:

(2)把宇宙視為一普通天體,則質(zhì)量為

其中M、R為宇宙的質(zhì)量和半徑,ρ為宇宙的密度,則宇宙所對(duì)應(yīng)的逃逸速度為

由于宇宙密度使得其逃逸速度大于光速,即

由(1)～(3)式可得

由此可見(jiàn),運(yùn)用類(lèi)比方法,要求有深邃的洞察力,求同存異,摒去表象和次要因素,抓住問(wèn)題的本質(zhì)核心.那么,不管情景信息怎樣千變?nèi)f化,都可以化難為易,觸類(lèi)旁通.

4 重視基本解題模式的建構(gòu),培養(yǎng)模型轉(zhuǎn)換思維能力

物理模型是物理思維的支柱之一,它對(duì)學(xué)生物理思維的整體發(fā)展起著舉足輕重的作用.因此,在物理教學(xué)中,要指導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用物理模型分析和解答實(shí)際問(wèn)題,在解決問(wèn)題中培養(yǎng)與訓(xùn)練學(xué)生的模型轉(zhuǎn)換思維能力.

例4.在離坡底15 m的山坡上豎直地固定一長(zhǎng)15 m的直桿 AO,A端與坡底B間連有一鋼繩,一穿心于鋼繩上的小球從 A點(diǎn)由靜止開(kāi)始沿鋼繩無(wú)摩擦滑下,如圖2所示,求其在鋼繩上滑行的時(shí)間t.

圖2

圖3

思維既是教學(xué)的基礎(chǔ),又是教學(xué)的對(duì)象,而思維的靈魂在于它的創(chuàng)造性.物理教學(xué)不只是向?qū)W生傳授知識(shí),更重要的是教會(huì)學(xué)生科學(xué)的思維和科學(xué)的方法,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力.因而在物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維意識(shí),激發(fā)和鼓勵(lì)學(xué)生經(jīng)常用求異思維、逆向思維、聯(lián)想思維、類(lèi)比思維和模型思維思考問(wèn)題并提出與眾不同,標(biāo)新立異的解題方法,這對(duì)于提高學(xué)生素質(zhì),為未來(lái)培養(yǎng)有創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造力的一代新人,無(wú)疑是十分重要的.

1 喬際平,劉甲珉.物理創(chuàng)造思維能力的培養(yǎng).北京:首都師范大學(xué)出版社,1989.89～100