物理教學應注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力

創(chuàng)新教育是指整個教育過程被賦予人類創(chuàng)新活動的特征，并以此為基礎，達到培養(yǎng)創(chuàng)新人才和實現(xiàn)人的全面發(fā)展為目的的教育。創(chuàng)新教育的內(nèi)容包括創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新人格三個方面。其中創(chuàng)新能力，主要包括創(chuàng)新思維能力、創(chuàng)造想象能力以及創(chuàng)造性的計劃、組織與實施某種活動的能力。其中創(chuàng)新思維能力處于首要位置。創(chuàng)新思維源于常規(guī)的思維過程，又高于常規(guī)的思維。它的特征是超越或突破人們固有的認識，使人們的認識“更上一層樓”。創(chuàng)新思維表現(xiàn)出個體在觀念層面新穎、獨特、靈活的問題解決方式，是創(chuàng)新實踐的前提與基礎。經(jīng)驗性的研究表明，具有創(chuàng)新思維的人常常感受敏銳，思維靈活，能發(fā)現(xiàn)常人視而不見的問題并能多角度地考慮解決辦法；理解深刻，認識新穎，能洞察事物本質(zhì)并能進行開創(chuàng)性地思考；實事求是，能合理運用發(fā)散與輻射、邏輯與直覺、正向與逆向等思維方式，不走極端，能把握事物的中間狀態(tài)等。這些品質(zhì)是基礎教育階段思維訓練的重點。然而在教學效果的評價體系中，最有說服力的依然是考試成績。教師和學生為了拿到或提高一分，做著大量的、多種的、不懈的嘗試和努力，熟記各種定理定律的具體解題步驟，熟知典型物理圖景的構建和典型物理題目的解題思路等。大量的灌注使得學生思維僵化，形成了思維定勢，抑制了發(fā)散思維能力，學生的創(chuàng)新能力沒能提高，反而受到壓制。在物理知識和物理能力教學過程中，起教學主導作用的教師必須注重如何減少思維定勢的不利影響，注重發(fā)散性思維能力的培養(yǎng)，使得應試能力與創(chuàng)新能力都能得到提高，最終達到教學目的。

一、突破思維定勢，靈活運用物理知識解決問題

思維定勢是思考同類或相似問題的慣性軌道，來自于心理定勢。過去的思維影響當前的思維，形成了固定的思維模式。任何事物都有兩個方面，思維定勢可以省去許多摸索、試探的步驟，縮短思考時間，提高效率。在日常生活中，思維定勢可以幫助我們解決每天碰到的常見問題。在各種考試內(nèi)容安排上，容易、中等難度的考題占試卷總分的80％以上，考查學生創(chuàng)新能力的考題比例雖然在增加，但其所占分值比例仍然很小。對于考場中的學生來說，時間是被限定的，十道考題中有八道熟悉與十道考題中只有兩道題熟悉相比，考出的成績肯定不同。這是因為學生通過大規(guī)模的解題訓練，熟知每塊教學內(nèi)容的典型問題和相應的解題思路和解題方法，積累了對常見問題處理方法的思維模式。在教學中一定量的解題訓練能形成思維定勢，提高考試成績。另一方面，通過大量的解題訓練，由量變到質(zhì)變，學生的思維能力得到了充分訓練，可以感悟出現(xiàn)象背后的本質(zhì)，提高處理問題的能力。

思維定勢是客觀存在的，一旦解決了一個問題，下次遇到類似的問題或表面看起來相同的問題，還是可能會沿著上次思考的方向或次序去解決。例如一道高考題(如圖1)：為了使自由下落的帶正電粒子與帶負電粒子分開，在釋放點下方加了一個水平方向的電場，求粒子離開電場的位置。許多學生看到題后非常高興，認為“帶電粒子垂直進入勻強電場，粒子就做類平拋運動”，按照類平拋問題解題，結果失掉18分。問題出在類平拋的題做得太多了，形成了思維定勢，沒有對粒子的初始狀態(tài)和所受到的合外力進行認真分析，就想當然地確定粒子的運動狀態(tài)。實際上，初速度為零的粒子，在重力與電場力的合力作用下做勻加速直線運動。

為避免思維定勢的影響，在處理物理問題時，要把握住發(fā)生現(xiàn)象的決定因素，要避免用類似的現(xiàn)象得出結論卻不看適用條件，要在滿足相應的條件下得到正確結論。教師應該叮囑學生，碰到難題不要輕易放棄，碰到類似題不要盲目樂觀，每道物理題都是一個具體的物理現(xiàn)象，具體問題都存在其特殊性。只有用挖掘出的特殊性與學到的普遍規(guī)律相結合，才能得到正確的物理結論。如學生通過大量練習，對應用機械能守恒或動量守恒的解題步驟比較熟悉，但是在處理問題時，往往忽視對守恒條件的判定，特別是近似守恒現(xiàn)象的鑒別，反映出學生物理現(xiàn)象的觀察能力和對守恒定律本質(zhì)的理解能力不強。這也正是教師在日常教學中不斷要求學生需要掌握的能力。

在進行創(chuàng)造活動時，要有意識地拋開以往思考這些問題時的習慣(思維程序和模式)，警惕和排除它對尋求新的設想所可能產(chǎn)生的束縛作用。擴大觀察問題的視角，擴大研究問題的途徑，多角度、多方面、靈活地審視問題，從而突破思維定勢的影響。

例如在豎直平面內(nèi)有一個邊長為L的正方形，質(zhì)量為m的金屬框。在其下方有一寬度也為L的水平區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場(如圖2)。當線框勻速通過磁場過程中，求線框產(chǎn)生的熱量。

學生在解題時，由于是電磁感應現(xiàn)象，受思維定勢的影響，通常多數(shù)學生采用方法是當線框勻速通過磁場過程中：Mg=BIL；E=BLV；Vt=2L；Q=12Rt=I-Et=2mgL。

如果學生的物理知識扎實，從多個角度審視問題，用能量守恒定律就能直接找到答案，既節(jié)約了時間，又能夠正確地解答。當線框勻速通過磁場過程中，根據(jù)能量守恒定律可知，減少的重力勢能等于金屬框產(chǎn)生的熱量：Q=2mgL。

應試能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是矛盾的統(tǒng)一體，雖然兩種能力所要解決的問題范疇不太相同，但是具體到中學生學習中學物理的這一階段，提高應試能力與提高創(chuàng)新能力是相輔相成的。創(chuàng)新能力的核心是創(chuàng)新思維，創(chuàng)新思維是一切創(chuàng)新的源泉。創(chuàng)新思維不是一種單一的思維，主要是發(fā)散思維與收斂思維新穎靈活的有機結合。

二、培養(yǎng)運用發(fā)散思維能力，把握物理知識的廣度和深度

發(fā)散思維是從一個問題(信息)出發(fā)，突破原有的圈，充分發(fā)揮想象力，經(jīng)不同的途徑，以不同的視角去探索，重組眼前的和記憶中的信息，產(chǎn)生新信息，使問題得到圓滿解決的思維方法。發(fā)散思維的特征是流暢性、變通性、獨創(chuàng)性。其中獨創(chuàng)性是發(fā)散思維的本質(zhì)。發(fā)散思維的三個作用是核心性作用、基礎性作用和保障性作用。核心性作用表現(xiàn)為想象是人腦創(chuàng)新活動的源泉，聯(lián)想使源泉匯合，而發(fā)散思維就為這個源泉的流淌提供了廣闊的通道；基礎性作用表現(xiàn)為創(chuàng)新思維的技巧性方法中，有許多都是與發(fā)散思維有密切關系的；保障性作用表現(xiàn)為發(fā)散思維的主要功能就是為隨后的收斂思維提供盡可能多的解題方案。這些方案不可能每一個都十分正確、有價值，但是一定要在數(shù)量上有足夠的保證。

發(fā)散思維的培養(yǎng)需要寬松的教學環(huán)境。教師教得輕松，學生學得愉快。如果課堂氣氛活躍不足、嚴肅有余，那么學生就會有一種無形的壓抑感，將嚴重制約學生智能和創(chuàng)新精神的發(fā)展。所以教師應以民主、平等的態(tài)度對待學生，營造一種輕松、愉快、和諧的課堂氛圍。物理學中有許多知識、現(xiàn)象和實例頗具趣味性，教師要善于利用，讓學生心情舒暢地接受知識。寬松的教學環(huán)境、生動活潑的學習氛圍能最大限度地調(diào)動學生學習的主動性和創(chuàng)造性，使學生思維活躍，智力呈開放狀態(tài)。

發(fā)散思維的培養(yǎng)是在學生主動學習、主動探索的學習過程中完成的。創(chuàng)新性的見解往往就在學生的各抒己見之中，學生熱烈討論之時往往正是發(fā)散思維最為活躍之際。教師的主導作用在于能夠設計出讓學生自由討論的題目，能夠設計出有多種答案，并能澄清學生模糊、錯誤認識的題目，能夠設計出學生可能產(chǎn)生創(chuàng)造性見解的題目，而這是物理創(chuàng)新教學的藝術。所以教師要落實如何從“教”的角度去喚起學生的“學”，以學生活動為主線，讓每個學生參與教學全過程。

教師可結合物理學自身特點和不同教學內(nèi)容，設計一些實驗、問題和情景，通過指導或引導，讓學生去操作、分析和探索，使學生成為知識的再發(fā)現(xiàn)者而不是接受者。教師要充分挖掘教材中的探索性成分，引導學生主動學習、主動探索，讓學生自己發(fā)現(xiàn)問題、發(fā)現(xiàn)規(guī)律，從而不斷提高學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

為培養(yǎng)學生的發(fā)散思維，可在教學中提出一些不是只有固定答案的發(fā)散性問題，做一些一題多解、一題多變、一問多答的練習，促使學生廣泛地搜尋自己的記憶貯存、盡可能提取更多的信息來尋求答案。通過多種發(fā)散思維訓練、培養(yǎng)學生靈活、批判地考慮問題，提高學生思維的流暢性、變通性和獨創(chuàng)性，從而使學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力得到實質(zhì)性的提高。

受力分析是解決力學問題的基礎，也是高一物理教學的重點和難點。利用一題多解、一題多變、一問多答的練習，學生不僅可以掌握各個特殊狀態(tài)時平衡力之間的定量關系，還可以通過動態(tài)的變化，定性分析平衡力之間的動態(tài)變化規(guī)律。

例如對用兩根輕繩懸掛物體的受力分析，如圖3所示，通過一題多變，可以發(fā)現(xiàn)多個推論。

例如在圓環(huán)內(nèi)用兩根輕繩使物體懸掛在圓心處，如圖4所示。當圓環(huán)在豎直平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)90度，問兩根繩上的拉力如何變化?

在處理三個力的動態(tài)平衡問題時，常采用三角形法。在緩慢轉(zhuǎn)動過程中，重力不變，兩根繩拉力的夾角不變。采用下面四種方法可以得到同樣結論：OA繩的拉力不斷減小，OB繩的拉力先增大，后減小。

方法一，利用數(shù)學圓的幾何知識可以得出結論。

方法二，利用相對性，假設圓環(huán)不動，讓重力方向改變900。用平行四邊形法則作圖可以得出結論。

方法三，利用直角三角形的幾何關系，如圖5所示。

方法四，利用正弦定理。

四種方法的運用，讓學生體會到從不同視角看待問題，利用不同知識去思考，解決問題，提高了發(fā)散思維的能力。

在進行發(fā)散思維訓練的同時，還必須注意進行收斂思維的訓練，因為兩種思維在創(chuàng)新思維中是同時并存、相輔相成的。

三、培養(yǎng)運用收斂思維能力，挖掘物理現(xiàn)象本質(zhì)

收斂思維也叫做聚合思維、求同思維、集中思維，是創(chuàng)新思維的一種形式。它與發(fā)散思維不同，發(fā)散思維是為了解決某個問題，從這一問題出發(fā)，想的辦法、途徑越多越好，總是追求還有沒有更多的辦法。而收斂思維也是為了解決某一問題，在眾多的現(xiàn)象、線索、信息中，向著問題的一個方向思考，根據(jù)已有的經(jīng)驗、知識去得出最好的結論和最好的解決辦法。收斂思維的特征是封閉性、連續(xù)性、求實性。發(fā)散思維是一種求異思維，為在廣泛的范圍內(nèi)搜索，要盡可能地放開，把各種不同的可能性都設想到。收斂思維是一種求同思維，要集中各種想法的精華，達到對問題的系統(tǒng)全面的考察，為尋求一種最有實際應用價值的結果而把多種想法理順、篩選、綜合、統(tǒng)一。

傳統(tǒng)教學很少教會學生從總體上觀察學科知識系統(tǒng)，把握它們相互之間的關系和本質(zhì)特征，這些正是創(chuàng)新教育鼓勵學生以更寬廣的視角，從分割的學科課程里“重新發(fā)現(xiàn)”的關鍵。例如在處理高中物理力學問題時，主要探討的問題是力的作用。為了提高學生處理問題的能力，物理教師訓練學生可從幾個方面著手。如從力的瞬時作用效果，如何改變物體的運動狀態(tài)；從力的作用效果在空間上的積累，如何使得能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)換；從力的作用效果在時間上的積累，如何使得動量在物體之間轉(zhuǎn)移等。通過大量的習題訓練，使得學生對牛頓第二定律、動能定理和動量定理有深刻的理解和認識，能夠從瞬時、時間和空間三方面靈活地審視力學問題，掌握處理高中物理力學問題的基本能力。

事實上，世界上絕大多數(shù)的創(chuàng)造發(fā)明，都是原有事物的“再次發(fā)現(xiàn)”和“重新組合”，產(chǎn)生質(zhì)變后才表現(xiàn)為“前所未有”。任何人都無法脫離自己的經(jīng)歷憑空設想，即使是科幻作品所“創(chuàng)造”的外星人，也不過是作家思想表象里原有“部件”的“再次發(fā)現(xiàn)”和“重新組合”而已。例如牛頓定律的產(chǎn)生、萬有引力定律的得出絕非是一個蘋果作用的偶然結果。在教學中，教師一方面要注重物理學史的教育，讓學生學習科學家的思想品質(zhì)，另一方面也要讓學生感受到收斂思維的過程。如高中物理力學中有三大定理(牛頓第二定律、動能定理和動量定理)，在應用中有機械能守恒和動量守恒兩個守恒定律。把保守力做的功看成勢能，就出現(xiàn)了機械能守恒定律。如果把效果力看成某一種力，則由牛頓第二定律可得出類似的力的守恒定律。這樣不僅使得三大定律對應著三個守恒定律，形成知識結構的對稱性，還通過對效果力的理解，學生對牛頓第二定律的本質(zhì)有了更加深刻的理解。在對物體受力分析時，學生應該弄清究竟是哪個力的作用，哪些力之間的作用效果相互抵消了，沒被抵消的力產(chǎn)生了哪些效果。

如圖學生實驗探究物體的加速度與合外力的關系，學生通過墊高本來水平放置的木板，用重力的分力來平衡小車受到的摩擦力(如圖6)，認為懸掛的小桶重力等于對小車的拉力(即合外力)，用打點計數(shù)器測量加速度。然而學生實驗得出的圖像中，圖線開始是直的，但是隨著小桶重力的加大，圖線上端有些彎曲。通過誤差分析，學生理解到由于懸掛的小桶本身有質(zhì)量m，小桶重力作用效果(mg=ma+Ma)不僅是對小車產(chǎn)生加速度，同時還對小桶產(chǎn)生了效果ma，繩的拉力小于小桶的重力mg，只有當實驗滿足m

在實際的物理教學過程中，無論是對物理知識的掌握，還是解題能力的訓練，都是發(fā)散思維與收斂思維不斷交替進行的過程。如在牛頓第二定律的教學中，定律內(nèi)容很容易被學生所理解，教學的難點是要求學生具備應用牛頓第二定律解決實際問題的能力。解決該教學難點的思維方法是先發(fā)散，后收斂。先讓學生處理大量的有關問題，見識物體受到不同力的作用結果。然后進行收斂，由量變到質(zhì)變，感悟出牛頓第二定律的有關問題主要是兩類，從已知物體受力情況確定物體的運動情況，從相反物體運動情況確定物理受力情況。問題的核心是求物體的加速度。

收斂思維與發(fā)散思維是一種辯證關系，既有區(qū)別，又有聯(lián)系，既對立又統(tǒng)一。沒有發(fā)散思維的廣泛收集、多方搜索，收斂思維就沒有了加工對象，就無從進行；反過來，沒有收斂思維的認真整理、精心加工，發(fā)散思維的結果再多，也不能形成有意義的創(chuàng)新結果，也就成了廢料。只有兩者協(xié)同動作，交替運用，創(chuàng)新過程才能圓滿完成。

如在做“用單擺測重力加速度”的分組實驗前，先提出“利用所學知識能設計哪些方法來測量本地區(qū)的重力加速度的值”，引導學生進行多方面的聯(lián)想，讓學生提出幾種方法。接著再讓學生進行收斂思維訓練，即指導學生根據(jù)科學性、精確性、可行性和簡約性，對各種實驗方法進行比較篩選，找出測本地g值較準確又簡單易行的“單擺方法”，取得收斂思維訓練的良好效果。

各種思維方法滲透于一切創(chuàng)造過程中。邏輯思維的過程形式與創(chuàng)新、創(chuàng)造過程密切相關，一切創(chuàng)造活動都是以邏輯思維為基礎的，運用邏輯思維對創(chuàng)造成果條理化、系統(tǒng)化、理論化有重要作用。邏輯思維的方法包括分析與綜合、分類與比較、歸納與演繹、抽象與概括等。在中學物理教學中，作為起主導作用的教師，必須培養(yǎng)學生的各種思維能力，必須清楚邏輯思維與創(chuàng)新思維的一般區(qū)別和關系，必須知道邏輯思維在創(chuàng)新中的積極作用和局限性。否則，教師在教學中會只重視邏輯思維的培養(yǎng)，忽視猜測、想象和頓悟等創(chuàng)新思維的教育，培養(yǎng)出的學生雖具有一定的應試能力，卻缺乏創(chuàng)新思維能力。所以，在中學物理教學過程中，教師應該有目的、有計劃地對學生進行創(chuàng)新思維的教育和訓練，這不僅可以培養(yǎng)學生的應試能力，還可以培養(yǎng)學生的科學創(chuàng)新能力。

作者單位北京市東城區(qū)教師研修中心

(責任編輯 黃蜀紅)