試論物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)生發(fā)散思維方法的訓(xùn)練

邵晉英

科學(xué)方法作為知識(shí)的內(nèi)核與脈絡(luò)，雖然支配著知識(shí)的獲取和應(yīng)用，但卻不是由知識(shí)內(nèi)容來(lái)直接表達(dá)的，而是往往隱藏在知識(shí)的背后，既不易掌握，又容易為師生所忽略[1]。因此，如果單純關(guān)注知識(shí)的教學(xué)，學(xué)生從中學(xué)到的科學(xué)方法將只能是零星的，不連貫的。因此，在物理教學(xué)中，教師有必要明確教給學(xué)生一些基本的思維方法，促使學(xué)生形成良好的思維品質(zhì)。本文依托物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，結(jié)合具體事例，初步探討了在教學(xué)中培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生發(fā)散思維方法的有關(guān)途徑。

一、發(fā)散思維的概念和特征

發(fā)散思維作為創(chuàng)造性思維的核心成分，其在教學(xué)中的地位舉足輕重。所謂發(fā)散思維，又稱(chēng)為求異思維，是指在思維過(guò)程中能夠根據(jù)已有的信息，打破常規(guī)，從不同方向、不同角度尋求變異，探索多種解決方案或解決問(wèn)題的新途徑的思維方式。發(fā)散思維的主要特征表現(xiàn)為流暢性、變通性和獨(dú)特性。

二、發(fā)散思維方法的訓(xùn)練

發(fā)散思維的方法有很多，如多向思維、逆向思維、側(cè)向思維等。下面著重討論如何就上述三種方法對(duì)學(xué)生展開(kāi)訓(xùn)練。

1.多向思維

所謂多向思維就是指針對(duì)同一條件，從不同的方向和角度去思考、尋求解決問(wèn)題的各種方法和途徑。為了培養(yǎng)與訓(xùn)練學(xué)生的多向思維能力，我們可以從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。

首先，要在物理問(wèn)題的問(wèn)法與提法上下工夫。一個(gè)物理問(wèn)題的結(jié)構(gòu)對(duì)于學(xué)生的物理思維和解答程序具有引導(dǎo)作用，換句話說(shuō)，就是提問(wèn)的方式，決定著思考的方式和回答的內(nèi)容[2]。對(duì)同一問(wèn)題，采用不同方式提問(wèn)，效果截然不同。例如，關(guān)于如何使用天平測(cè)量物體的質(zhì)量，可以這樣提問(wèn)：用天平怎樣測(cè)量物體的質(zhì)量？這種思路狹窄的提問(wèn)方式，意味著只能有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)答案。而如果這樣提問(wèn)：你能想出多少種測(cè)量物體質(zhì)量的方法？這種思路發(fā)散的提問(wèn)方式，決定了答案的開(kāi)放性和多樣性，以及對(duì)學(xué)生思維引導(dǎo)的有效性和促進(jìn)作用。

其次，要在問(wèn)題本身的設(shè)計(jì)上廣開(kāi)思路。比如可以設(shè)計(jì)一些一題多解、一題多問(wèn)、條件多余需選擇或條件不足需假設(shè)的問(wèn)題，甚至可以通過(guò)答案不清待確定的開(kāi)放性、不完善的習(xí)題，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生多角度、多側(cè)面、用不同方法思考和解決問(wèn)題的習(xí)慣，以便于溝通知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系。

【案例】圍繞初中物理概念“壓強(qiáng)”的教與學(xué)，利用身邊隨處可見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)資源，能設(shè)計(jì)出哪些演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生分組實(shí)驗(yàn)？

根據(jù)控制變量法的原則，應(yīng)圍繞控制物體“受力面積和壓力”兩個(gè)變量來(lái)考察“壓力的作用效果”，從而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)材料的選擇。根據(jù)本課題要求，我們把實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)重點(diǎn)確定為尋找生活中具有“同一物體各端面積不同”結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的物品或器具上。為此，首先把實(shí)驗(yàn)材料分為文具、服飾(包括鞋)、日常用品、常見(jiàn)工具、人體結(jié)構(gòu)(或膚覺(jué)的利用)和其他類(lèi)別，然后啟發(fā)學(xué)生通過(guò)發(fā)散思維，盡可能多地列舉身邊方便獲取的每一類(lèi)可供利用的資源。

本課題中，基本符合要求的實(shí)驗(yàn)材料有：(1)文具類(lèi)：一頭削尖的鉛筆、中性筆或筆芯、文具盒、筆筒、長(zhǎng)方形橡皮、墨水瓶、書(shū)籍等；(2)服飾類(lèi)(包括鞋)：冰鞋、旱冰鞋、高跟鞋與平底鞋等；(3)日常用品：板凳、桌子、椅子、肥皂、圖釘、勺子、杯子、筷子、兩端粗細(xì)不均的各類(lèi)瓶子等；(4)常見(jiàn)工具：釘子、刀具、螺絲刀、錐子、斧頭、鏟子等；(5)人體結(jié)構(gòu)(或膚覺(jué)的利用)：腳與膝蓋、指肚與指甲、手指與手掌、站立與趴下等；(6)其他類(lèi)：磚塊、硬紙盒等，或者利用木材、泡沫板等材料自制一些具有“同一物體各端面積不同”結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的物品。同時(shí)，為了突出壓力作用效果，便于學(xué)生觀察和體驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)“壓強(qiáng)”概念的理解，還需要選擇以下實(shí)驗(yàn)材料對(duì)實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行放大：細(xì)沙、海綿、泡沫板、橡皮泥等。最后，要求學(xué)生自選上述材料設(shè)計(jì)多種實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行探究學(xué)習(xí)。

2.逆向思維

思維方向有“順向”和“逆向”之分。順向思維指的是按人們一般的思維習(xí)慣從正面、表面或明顯的、易于接受的方向進(jìn)行思維。逆向思維則相反，它是從事物的反面，從一般思維習(xí)慣的反方向來(lái)思考和分析問(wèn)題。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生逆向思維的方法通常有：

(1)利用典型實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維習(xí)慣

科學(xué)史上運(yùn)用逆向思維進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造的例子不勝枚舉。例如電磁感應(yīng)定律的提出，就是法拉第依靠逆向思維，借助奧斯特的電流磁效應(yīng)實(shí)驗(yàn)得到啟示：既然電能夠生磁，磁能否生電？歷經(jīng)10年探索，設(shè)計(jì)了各種實(shí)驗(yàn)，他終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，揭示了電磁的本質(zhì)。從物質(zhì)到反物質(zhì)，從粒子到反粒子等許多近現(xiàn)代物理成果的發(fā)明或發(fā)現(xiàn)也都巧妙地運(yùn)用了逆向思維的方法。這些經(jīng)典案例告訴我們，如果教師能充分挖掘教材中這些成功的實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)引導(dǎo)、強(qiáng)化和訓(xùn)練，不僅有助于開(kāi)發(fā)和訓(xùn)練學(xué)生的逆向思維能力，形成良好的思維品質(zhì)，同時(shí)也可培養(yǎng)學(xué)生形成辯證唯物主義世界觀。

(2)執(zhí)果索因，教給學(xué)生逆向思維的方法

教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學(xué)生喜歡從正面思考問(wèn)題，即由原因推導(dǎo)出結(jié)果。但對(duì)某些較為復(fù)雜的物理問(wèn)題，順向思維的解決方法往往比較煩瑣。這時(shí)，如果我們能倒過(guò)來(lái)想想，即巧妙運(yùn)用逆向思維，往往會(huì)化難為易，化繁為簡(jiǎn)。為此，教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)有意識(shí)地增強(qiáng)逆向思維的訓(xùn)練力度來(lái)挖掘?qū)W生的思考潛能。比如進(jìn)行變式教學(xué)：改變已知與未知的關(guān)系，或把問(wèn)題倒過(guò)來(lái)，構(gòu)成執(zhí)果索因的逆向性命題。在物理學(xué)中，需要逆向思考的問(wèn)題很多。其中，光學(xué)與電學(xué)中的“黑箱”問(wèn)題，需要利用反證法證明的問(wèn)題等，都是可以采用逆向思維來(lái)解決的典型問(wèn)題。

【案例】“楞次定律”的導(dǎo)入設(shè)計(jì)

教師首先出示一只黑箱，該黑箱有兩個(gè)洞口。假設(shè)一只老鼠想進(jìn)黑箱偷食物，若用紙板擋住觀察視線，學(xué)生就不知道老鼠是從哪個(gè)洞口進(jìn)去的。但是教師卻說(shuō)：“如果是同學(xué)們操作我來(lái)猜，我能知道。”面對(duì)學(xué)生質(zhì)疑的目光，教師隨即選了兩位學(xué)生幫助做實(shí)驗(yàn)，自己背對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置。結(jié)果大出學(xué)生預(yù)料：無(wú)論他們選擇讓老鼠從哪個(gè)洞口進(jìn)入黑箱，教師均能準(zhǔn)確無(wú)誤地猜到。這激起學(xué)生極大的興趣和求知欲望。這時(shí)，教師趁勢(shì)引出本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容—如何判斷感應(yīng)電流的方向，并啟發(fā)學(xué)生當(dāng)順向思維遇到障礙難以解決問(wèn)題時(shí)，不妨把問(wèn)題倒過(guò)來(lái)想一想，即根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)猜測(cè)黑箱中實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)，往往會(huì)柳暗花明。這類(lèi)需要倒過(guò)來(lái)思考的問(wèn)題不僅是對(duì)所學(xué)知識(shí)的極好考查，同時(shí)也增強(qiáng)了問(wèn)題的挑戰(zhàn)性和實(shí)效性，使思維方向得以充分?jǐn)U展。

中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康目煞譃轵?yàn)證性實(shí)驗(yàn)和探索性實(shí)驗(yàn)兩大類(lèi)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為正向思維，其思維程序通常是按部就班地進(jìn)行：提出問(wèn)題—進(jìn)行猜想—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—運(yùn)用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)(證實(shí)或否定)—評(píng)估結(jié)果，如對(duì)牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；探索性實(shí)驗(yàn)則為逆向思維，其思維程序是：實(shí)驗(yàn)—觀察—數(shù)據(jù)分析—總結(jié)規(guī)律，如對(duì)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究。這兩種實(shí)驗(yàn)的思維方向剛好是相反的。兩種實(shí)驗(yàn)類(lèi)型相比較，探索性實(shí)驗(yàn)因?yàn)楦先藗儗?duì)未知世界研究的一般習(xí)慣和程序，有廣闊的思維空間，因而成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力的有效途徑之一。為此，教師可以將一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改成探索性實(shí)驗(yàn)，從而強(qiáng)化學(xué)生的探索精神和逆向思維能力的培養(yǎng)。

3.側(cè)向思維

側(cè)向思維，是指思維的方向既不是順向，也不是逆向，而是從旁延伸。這是從其他領(lǐng)域獲得啟示而產(chǎn)生新設(shè)想的一種思維方法。其常用的方式有聯(lián)想和類(lèi)比[3]。物理學(xué)的發(fā)展歷程中利用側(cè)向思維獲得巨大成功的例子也比比皆是：有線電報(bào)的發(fā)明者莫爾斯從驛站換馬聯(lián)想到信號(hào)運(yùn)輸，從而產(chǎn)生了設(shè)立放大站的設(shè)想，實(shí)現(xiàn)了信息的遠(yuǎn)距離傳輸；瓦特看到水蒸氣頂開(kāi)水壺蓋想到發(fā)明蒸汽機(jī)；盧瑟福通過(guò)原子與太陽(yáng)系的類(lèi)比，提出原子結(jié)構(gòu)的“行星模型”假說(shuō)；等等。這些都是側(cè)向思維應(yīng)用的典范。

要想使學(xué)生養(yǎng)成側(cè)向思維的習(xí)慣，就要經(jīng)常進(jìn)行以下訓(xùn)練：

(1)勤于思考，善于聯(lián)想

聯(lián)想是利用兩個(gè)事物之間在本質(zhì)或形象上的某些相似之處，從已知的事物推導(dǎo)出未知的事物，獲得新知識(shí)的一種方法。如由整體聯(lián)想到部分，由條件猜測(cè)可能出現(xiàn)的結(jié)果，由力聯(lián)想到重力、彈力、摩擦力等。只要平時(shí)在思考問(wèn)題時(shí)，有意識(shí)地訓(xùn)練學(xué)生由一種事物盡可能多地聯(lián)想到其他事物，就可有效地訓(xùn)練他們的聯(lián)想能力。

(2)觸類(lèi)旁通，學(xué)會(huì)類(lèi)比

類(lèi)比是根據(jù)兩個(gè)(或兩類(lèi))對(duì)象之間在某些方面的相同或相似之處，從而推出它們?cè)谄渌矫嬉部赡芟嗤蛳嗨频囊环N邏輯思維方法。在單元教學(xué)結(jié)束后，教師可以經(jīng)常有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行類(lèi)比，如靜電場(chǎng)與重力場(chǎng)，電場(chǎng)與磁場(chǎng)，磁場(chǎng)線與電場(chǎng)線，電勢(shì)能與重力勢(shì)能的區(qū)別與聯(lián)系。這樣的類(lèi)比訓(xùn)練不僅有助于溝通新舊知識(shí)的聯(lián)系，同時(shí)也可以有效地幫助學(xué)生活化物理知識(shí)，發(fā)展智力，提高思維能力。

三、結(jié)束語(yǔ)

發(fā)散思維的精髓就是敢于打破常規(guī)，多方法、多角度、多層次地提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。在解決問(wèn)題，特別是解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生的發(fā)散思維能力將得到進(jìn)一步訓(xùn)練和發(fā)展。在這里，問(wèn)題的選擇和設(shè)計(jì)非常重要，不僅要注意多樣性，同時(shí)要善于運(yùn)用“一”和“多”的轉(zhuǎn)化。這類(lèi)題目絕對(duì)不是靠簡(jiǎn)單的死記硬背書(shū)本知識(shí)和套用物理公式就能解決的，而是需要從發(fā)散的角度，運(yùn)用創(chuàng)造性思維來(lái)解決。這樣的教育和訓(xùn)練正變得越來(lái)越重要。

[1] 王棣生.中學(xué)物理創(chuàng)新教法[M].北京:學(xué)苑出版社.2001.

[2] 喬際平,劉田珉.物理創(chuàng)造思維能力的培養(yǎng)[M].北京:首都師范大學(xué)出版社,2001.

[3] 王加微,原燦.創(chuàng)造學(xué)與創(chuàng)造力開(kāi)發(fā)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,1986.