如何培養學生的物理發散思維能力

摘要：本文結合教育學、心理學、物理教學論等理論，探討高中物理教學中如何培養學生的發散思維能力，旨在解決如何運用思維教學理論指導高中物理發散思維教學，改變課堂教學中的思維結果教學為思維過程教學，為教育創新在高中物理教學中的實施提供一種新的視角和新的探索途徑。

關鍵詞：物理；發散思維；教學；策略

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2008)4(S)-00014-3

我們所倡導的全面培養學生的物理發散思維能力，就是要克服實際教學過程中由于種種原因造成的過分強調集中思維，而忽略發散思維能力的培養；重視抽象思維的培養，而忽略形象思維和直覺思維的培養的弊端。

1 課堂教學是培養發散思維的重要渠道

在物理課堂教學中，可以從多方面培養學生的發散思維能力。

1.1 在概念與規律的教學中引導學生多方位體驗物理研究方法［1］

例如：教師利用并聯電路特點結合歐姆定律推導并聯后總電阻與支路電阻的關系：“1R=1R1+1R2”， 并組織學生討論：“R=R1R2R1+R2此值是否比R1和R2都小？不設具體數值能通過變換式證明嗎？”這是引導學生先從數學上的量值關系側面去理解剛學到的物理規律。隨后，引導學生深入思考：“若有單個導體，它的電阻值剛好與并聯電路的總電阻R值相等，那么考慮這個導體的橫截面積是否應比R1和R2導體都大，為什么？”這是引導學生從物理學中電阻定律角度去理解新知識，且又一次讓學生體驗到“等效代換”這種常用的思維方法。

1.2 鼓勵學生多方位思考，利用“一題多變”，變換思維角度，培養發散思維

例如：質量為M的金屬和質量為m的木塊通過細線連接在一起，從靜止開始以加速度a在水中下沉，經過t時間細線斷了，金屬塊與木塊分開，再經過時間t1木塊下沉，問此時金屬的速度多大？像這類力學題目，通常可應用牛頓運動定律、動能定理、動量定理求解，可以培養學生思維的廣闊性。

再如圖1所示，

將四個阻值分別為150，75，75，15的導體并聯后總電阻為多少？少數學生突破“1R=1R1+1R2+1R3+1R4”的思維定勢，將R2和R3均看成各由兩個150Ω的電阻并聯，將R4看成是由十個150Ω的電阻并聯，從而很快算出R=R1n=150Ω15=10Ω，這種解答方法運用了等效變換的方法，教師應及時給予學生鼓勵。

1.3 增加探究性實驗教學［2］

在探究性教學中，可讓學生根據具體的探究內容，設計實驗方案，選擇器材，進行探究活動，例如以下實驗題目：

（1）有一個鋁球，怎么判斷它是否是空心？

（2）有些電阻值為4和6的電阻，現在電路里要用17的電阻，問如何進行組合？

（3）在只有稱這一測量工具的情況下，請設計一個實驗來測出新椰子內部容積。

通過這類實驗可激發學生的學習興趣，訓練學生的動手操作能力，特別是在培養學生發散思維能力方面有著很好的作用，也是學生理解科學探究的重要途徑。

2 重視發展物理形象思維

物理學研究各種物質最基本的特征及規律，需要建立各種物質結構及其運動變化的物理形象，這一特點為形象思維能力的培養提供了有利條件，培養物理形象思維的途徑有：［3］

2.1 教學中加強觀察和實驗，建立豐富的物理圖像

例如，高中物理雙縫干涉實驗的演示需在暗室中進行，學生對此現象印象不深，教師可采用計算機來模擬該實驗。學生可以在熒光屏上清楚地看到七條彩色條紋所代表的白光，由狹縫射入并經雙縫分成兩束相干光源。這樣不僅彌補了演示實驗的不足，還給學生留下了深刻的印象，加深了感知程度，降低了物理概念的抽象性。

2.2 利用相似性形象思維，培養學生運用物理形象進行思考問題的習慣

在教學中，有些新知識反映的客觀事物是學生曾經觀察或接觸過的，并且印象比較深刻，教師可通過語言文字的敘述，使學生相繼產生對講授知識所反映的客觀事物的形象思維。例如：教師在講授磁感應強度B=FI·L時，應給學生介紹用比值法定義物理量是物理學中經常用到的，如力學中的密度ρ=mv，電學中的電場強度E=Fq，電容C=QU，電阻R=UI等，雖然這些物理量是不同的，但又有這一物理量的“共性”，那就是要在實驗的基礎上，尋找一個只與所研究的物體或場有關的比值來表示物體或場的性質，并由這個比值定義一個新的物理量，在定義這個物理量的同時，也就確定了這個新的物理量與已有物理量的關系。諸如電磁振蕩與機械振動中的自由振動、F=GMmr2與F=kQ1Q2r2、電場強度E=Fq與重力場g=Gm等都可讓學生利用相似性形象思維進行理解。

此外，在習題教學中，讓學生根據問題情景構建出典型形象，教給學生將抽象問題現象化的技巧。如怎樣畫示意圖，如何將文字表述成形象的物理圖像等。

2.3 重視發展學生的想象力

想象力是一種非常重要的思維形式，是創造性思維的核心，是發散思維的重要方法。愛因斯坦曾經指出：“想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象概括世界上的一切，推動著進步，并且是知識進化的源泉”。

高中生在遇到新的物理問題時，往往力求用頭腦中已有記憶表象作為對新問題的形象的描述，以回憶代替想象。比如，讓學生學完了“電場”全章內容后回答“你對點電荷q1對點電荷q2的作用F（如圖2）有何新見解？你能用新的觀念用數學形式寫出力F的表達式嗎？”

結果只有一半的學生做出了正確的回答：“q1對q2的作用力F實質上是q1激發的電場對q2作用的電場力；q1的電場在q2所在位置的場強為E=kq1r2，因此，q2所受電場力為F=q2E=kq1q2r2。”而另一半的學生提不出新的見解，仍從庫侖定律直接寫出了E=kq1q2r2。他們頭腦中的表象仍然是“電荷對電荷的作用力”的原有記憶表象。

物理發散思維教學中，發展和開發學生的想象力的途徑有：一是要擴大學生的知識領域，豐富和充實學生的表象儲備，提高學生運用表象的能力；二是要利用物理理想化模型和物理理想化實驗的教學，立足于培養學生的再造想象力，并以此為基礎，逐步發展學生的創造想象力。如在質點、 剛體、彈簧振子、安培假說、磁力線、光的波粒二象性等知識點的教學中，都應注意學生的想象力的培養。三是應強調類比與聯想的作用，發展學生的空間想象力，鼓勵學生遇到問題從不同角度思考與聯想，喚起與問題有關的表象，組構新的物理形象。

2.4 重視學生的聯想能力的培養

教學中常碰到這樣的現象，每當遇到陌生的問題，許多學生不會將已解決的問題的思路與方法遷移過來，從而感到無從下手。培養聯想能力有助于將已解決的問題的思路和方法進行遷移，有利于學生把新學的知識納入已有的知識結構，建立新舊知識之間的本質聯系，有利于發散思維能力的提高，對提高學生思維的靈活性也有重要意義。

在教學中教師要善于運用類比、推理、轉化、發散、集中等訓練，培養學生的相似聯想、因果聯想、接近聯想、自由聯想等各種聯想能力，教師可采用把一個問題轉化為另一個問題的思考方法。例如，如圖3所示，有一質量為M，密度均勻，半徑為R的球體，在與球心O1相距為2R的P點有一質點m，以O1P 連線上與O1相距R/2的O2點為圓心，挖去一半徑為R/2的球形部分后，剩余部分對質點的萬有引力是多少？這個問題的解決與已知合力和一個分力求另一個分力的問題方法是一樣的。教學中先引導學生明確原球與質點間引力易求；挖去小球在原位置處與質點間的引力也可求；而挖去的小球與剩余部分對質點的引力之和與原球對質點的引力相同。這樣，順利的實現了問題轉化，提高了學生的聯想能力。

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3 培養直覺思維能力

直覺思維能力不是與生俱來的，而是在學習和實踐中所取得的知識、經驗的基礎上逐步形成和發展的。直覺思維能力在物理學中具有重要的作用，應從如下方面著意培養：

（1）重視基礎知識的掌握，拓展學生的知識領域

事實證明，具有廣泛的相鄰或相距較遠的知識結構，將會更有條件使人跨越或涉足科學的無人區。1973年諾貝爾物理學獎得主賈埃弗，具有機械工程、電氣工程、軍事工程、哲學、政務等一系列正規的知識背景。當他迷上物理后，便大膽而果斷地“讓隧道效應與超導現象幸福的聯姻”，發現了超導體中電子的隧道效應，并從理論上預言了超導電流能通過隧道阻擋層的可能性。由此可見，直覺思維不是憑空產生的，教師應當引導學生掌握物理學科的基本結構，即物理學科的基本概念、基本原理和基本方法及相互之間的聯系；教師應當鼓勵學生通過參加各種實踐活動、閱讀課外書籍，廣泛涉獵知識、開闊視野，建立寬廣、扎實的知識基礎。這樣，學生在掌握了一定深度、廣度的基礎知識，思維才會變得靈活。

（2）加強物理學史教學，培養學生科學的思維方法和優良的思維品質

我們進行物理教學，不應只重視概念、規律等科學知識的傳授，還要注意物理知識產生和發展過程的教學，通過物理學史的教學，讓學生了解物理學家發明、發現的過程，知道他們的成功經驗和失敗教訓，使學生認識到科學創造過程中直覺思維的普遍存在性，為主動養成直覺思維的習慣奠定心理基礎，也是發展學生的直覺思維能力的必要步驟。

（3）鼓勵學生猜想、疑問和假設

例如，課堂上老師提出：“汽車通過凸形橋時，車對路面的壓力等于車重嗎？”學生不假思索地回答：“小于車重”，他是根據乘汽車過突然凸起的路面時人與坐墊間壓力變化的感覺。在勻加速上升的電梯中，秒擺的周期還是2秒嗎？有的學生猜到了小于2秒，可能是出自直覺。“彈性碰撞”一節設有這樣一道例題：1號球去撞靜止的2號球，發生彈性正碰，求碰后兩球的速度。我們推導出表達式后，討論了m1>m2，m1

(4)注意直覺講解

例如，彈簧振子的周期T=2πmk，學生在應用中很容易顛倒m與k的位置，可能是因為他們對周期長短的決定因素缺乏一個直覺的理解。此外，在帶電粒子在勻強磁場中的回旋半徑 、線圈的感抗 、電容的感抗 、電磁振蕩的周期等知識點的教學中，均應注意培養學生的直覺思維能力。

4 重視非智力因素的培養

非智力因素（包括興趣、動機、情感、意志等心理因素和氣質、品格等個性心理特征）在物理教學中的重要作用絕不可忽視，它是發展發散思維能力的重要條件。教師應充分發揮物理教學特有的學科優勢，向學生滲透物理思想方法，進行學科教育。非智力因素的培養途徑有：通過學生日常生活中的物理現象、物理學與人類進步的關系以及物理學家的事跡，激發學生強烈的學習動機；通過物理概念及規律的應用，使學生具有堅強的意志；使傳統的以教師為中心的教學結構改變為探索為主新型的教學結構方式，逐步確立和鞏固學生的主體地位。

參考文獻：

［1］張寧東，論在物理教學中培養學生的創造思維［J］， 廣西物理，2000年第四期，P36.

［2］閻金鐸主編，陶洪著，物理實驗論［J］，廣西教育出版社，1997年版，P58.

［3］納梅，創造思維訓練與學生創造能力的培養［J］，云南師范大學學報，2000年第四期，P37.

(欄目編輯趙保鋼)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。