江蘇省吳江中學(xué) 沈宇峰
讓直覺思維成為高中物理解題的“助推器”
江蘇省吳江中學(xué) 沈宇峰
直覺思維是以人們一定的知識、經(jīng)驗、技能為基礎(chǔ),通過一定的觀察、聯(lián)想、類比、歸納后,對所研究的問題提出的“合情推理”.在高中物理求解探索性的物理問題中,直覺思維起著重要的啟發(fā)和導(dǎo)向作用,是一種重要的洞察和領(lǐng)悟.本文結(jié)合具體的教學(xué)案例,從戰(zhàn)略性解決層次、戰(zhàn)術(shù)性解決層次、戰(zhàn)果性解決層次三個層面探討了在高中物理解題教學(xué)中直覺思維的巧妙運(yùn)用,以期能以高度省略、濃縮、簡化的思維方式迅速解決物理問題,優(yōu)化學(xué)生的解題思維.
高中物理 解題教學(xué) 直覺思維
什么叫做直覺?英國病理學(xué)家見弗里奇作出了這樣的解釋:“直覺是指對情況的一種突如其來的頓悟或理解.”我國科學(xué)家錢學(xué)森也這樣解釋道:“直覺是一種人們沒有意識到的對信息的加工活動,是在潛意識中醞釀問題然后與顯意識突然溝通,于是一下子得到了問題的答案.”心理學(xué)認(rèn)為,直覺思維是以人們一定的知識、經(jīng)驗、技能為基礎(chǔ),通過一定的觀察、聯(lián)想、類比、歸納后,對所研究的問題提出的“合情推理”.在高中物理教學(xué)中,學(xué)生的直覺思維不僅客觀存在,而且是一種極具意義的思維方式,是學(xué)習(xí)物理和創(chuàng)造物理理論必不可少的思維形式.在解題中,直覺思維可以讓學(xué)生憑借已有的知識與經(jīng)驗,在分析問題、解決問題時可以對事物做出預(yù)見和判斷,形成一下子契入關(guān)鍵的能力.下面,本人將結(jié)合具體的教學(xué)實例,就直覺思維在高中物理解題中的妙用略談淺見,以供同行參考.
我們知道,解題的思維主要是邏輯的,但是,邏輯思維需要用非邏輯的直覺思維來啟動.面對題目時,首先要求學(xué)生能夠讀懂題目,弄清題述物理現(xiàn)象、狀態(tài)、過程,做到正確審題,這是正確解題至關(guān)重要的一步.在這一過程中,離不開學(xué)生對問題的直覺判斷,為解題確定方向或制定策略,甚至需要對問題結(jié)果及中間狀態(tài)進(jìn)行大膽猜測,才能對解題作出總的提示.
案例1:某一個人在某一星球上以速率v豎直上拋一物體,經(jīng)t秒鐘落回手中,已知該星球的半徑為R,若要在該星球上發(fā)射一顆繞該星球旋轉(zhuǎn)的人造衛(wèi)星,則衛(wèi)星的速度為()
但如果能引導(dǎo)學(xué)生利用直覺思維,求衛(wèi)星的速度的單位是m/s,這一直覺判斷一下子就能幫助學(xué)生選出答案C,其他選項的單位均不是速度的單位.可見,在弄清題意、仔細(xì)分析的基礎(chǔ)上,依靠直覺思維做出準(zhǔn)確判斷,大大縮減了解題時間.
戰(zhàn)術(shù)性決策重在解決問題,決策的過程其實就是不斷解決問題的過程.在上面所描述的戰(zhàn)略性解決層次中,很明顯,學(xué)生已經(jīng)對問題的解決有了基本的思路,而到了戰(zhàn)術(shù)層次,需要學(xué)生把基本思路予以表現(xiàn),這正是體現(xiàn)學(xué)生對所學(xué)物理知識進(jìn)行應(yīng)變力的絕佳時機(jī),是否能夠做出具有應(yīng)變力的決策,直接關(guān)系到問題是否能夠得到正確的解決.
圖1
案例2:如圖1所示,將物體以初速v0豎直向上拋出,上升的最大高度為H,空氣阻力恒定,請問:上升和下降過程中動能和勢能相等的位置分別在H/2上面還是下面?
如果采用常規(guī)的解題思路是:設(shè)所求點(diǎn)為A,最高點(diǎn)為B,由于有空氣阻力,機(jī)械能不守恒,只能用動能定理求解,即在物體上升過程中,可以得到如下三組式子:
然而對于這道題目,快速、直接的直覺思維讓人聯(lián)想到是否可以采用逆向思維:如果沒有空氣阻力,機(jī)械能守恒,即:由于有空氣阻力,上升時物體在A點(diǎn)的機(jī)
圖2
可見,運(yùn)用逆向思維,促成學(xué)生直覺顯現(xiàn),在相反條件對比的解題中走向“柳暗花明又一村”的境界,對簡單性的追求驅(qū)使學(xué)生選擇了一條邁向問題目標(biāo)的簡捷路徑.
在學(xué)生概略地“解決”問題后,往往會閃現(xiàn)出一個念頭、一條思路、一個猜想、一種嘗試的方案等,問題解法的猜測可以啟動解題的思維,從而再具體確定與問題相關(guān)的各事物之間的關(guān)系,開闊思路,廣泛聯(lián)想,列出有關(guān)方程,作出有關(guān)圖形等,使得具體的問題得以解決,并獲得最終的答案.
案例3:兩輛完全相同的汽車,沿水平直路一前一后勻速行駛,速度均為vo,若前車突然以恒定的加速度剎車,在它剛停住時,后車以前車剎車時的加速度開始剎車,已知前車在剎車過程中所行距離為S,如圖2所示.若要保證兩輛車在上述情況中不相撞,則兩車在勻速行駛時保持的距離至少應(yīng)為多少?
本題的解法很多,若列出方程求解,則比較煩瑣.于是就有學(xué)生排除復(fù)雜過程諸多細(xì)節(jié)的糾纏,根據(jù)物理規(guī)律,經(jīng)過分析而猜想能否利用圖像法解此題呢?如果做出前、后兩車的速度—時間圖像即可很容易得出結(jié)果.如圖2中所示,圖中三角形AOC面積為前車剎車后的位移s,梯形ABDO面積為前車剎車后后車的位移,由于前后兩車剎車的加速度相同,所以圖中即梯形ABDO的面積是三角形AOC面積的三倍,即:SABDO=3S△AOC,為了使兩車不發(fā)生相撞,兩車行駛時應(yīng)保持的距離至少為Δs=SABDO-S△AOC=3s-s=2s.
從該案例中可以看出,學(xué)生一瞬間的直覺猜想,以圖像分析法反而能清晰的比較兩車速度圖線與坐標(biāo)軸所圍成的面積,通過進(jìn)一步的邏輯證明,很容易的看出后車比前車的位移多2s.簡捷的思路,快速而準(zhǔn)確的解決問題又能激發(fā)大腦的潛能,使學(xué)生感受到學(xué)習(xí)的樂趣.
綜上所述,對物理學(xué)科來說,在掌握基礎(chǔ)知識的同時,思考、思維方法至關(guān)重要,而直覺思維在求解探索性的物理問題中起著重要的啟發(fā)和導(dǎo)向作用.求解物理問題本身就是一個智力活動,我們教師應(yīng)當(dāng)積極鼓勵學(xué)生根據(jù)題意廣泛聯(lián)想,開闊思路,只要善于引導(dǎo),以必要、合理的直覺猜測實現(xiàn)思維上的跳躍,就能使直覺思維與邏輯思維有機(jī)結(jié)合和協(xié)調(diào)統(tǒng)一,從而培養(yǎng)學(xué)生總體觀摩、審時度勢的能力.
[1]吳柳玉.淺談直覺思維的解題功能及其培養(yǎng)[J].試題與研究.2016.5:39 -40
[2]武杰.探析物理學(xué)與直覺思維[J].都市家教.2012.11:149
[3]邱庭芳、黃時中.直覺形象思維在高中物理教學(xué)的應(yīng)用[J].安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報.2008.1:45-48