“換位”思考，培養思維的靈活性

摘要：通過改換研究對象;改換過程或者位置;改換角度;改換方位進行分析，以培養思維的靈活性，為培養思維的發散性和創新思維打下堅實的基礎。

關鍵詞：研究對象 ? 過程 ? 角度 ? 思維的靈活性

思維的靈活性、深刻性、嚴謹性、發散性、批判性等，是衡量思維品質的基本要素，而思維的靈活性是基礎，也是培養創造性思維的起點。下面就物理教學中，通過“換位”思考習慣的養成，逐步提升學生思維的靈活性是一種高效的途徑。

物理學習中的“換位”思考并非生活中的設身處地去體會對方的感受，而是指研討問題的過程中遇到看似無法解決的難點時，通過改換研究對象;改換過程;改換方向;改換角度去突破，尋找解決問題的方法。

一、改換研究對象

頭痛醫頭，腳痛醫腳，常是人最直觀的反應，所以學生總是習慣于以要求解問題的主體為研究對象，如要求解A物體的加速度便以A物體為研究對象，求解B物體的受力，便以B物體為研究對象，而忽視了“左顧右盼”，“旁敲側擊”。

例1、如圖所示，一條形磁鐵放在水平桌面上，在其左上方固定一根與磁鐵垂直的長直導線，當導線通以如圖所示方向電流時（ ? ? ? ?）

A. 磁鐵對桌面的壓力增大且受到向左的摩擦力作用

B. 磁鐵對桌面的壓力減小且受到向右的摩擦力作用

C. 若將導線移至磁鐵中點的正上方，電流反向，磁鐵對桌面的壓力會減小

D. 若將導線移至磁鐵中點的正上方，磁鐵不受摩擦力

解析：幾乎所有學生首選的研究對象都是磁鐵，但在直線電流產生的磁場中，根本無法確定二者之間是引力還是斥力，更別說磁鐵所受磁場力的具體方向了。如果能迅速轉換研究對象并結合牛頓第三定律進行討論，只需作出直線電流處的一條磁總線，并將磁感應強度分解到豎直和水平兩個方向B1和B2，然后運用左手定則確定兩個分量分別引起的安培力的方向。因B2使得導線受到向下的安培力，因B2使得導線受到向右的安培力，故磁鐵對水平桌面壓力變小，有向左運動的趨勢而受到向右的靜摩擦力。

答案：B，D

在求解電路分析方面的問題時，更容易陷入緊盯在題設的某一用電器，而忽視了其余電路的存在，甚至常常迷失了研究對象，盲目的思考著 ? ? ? ? ? ?、P=I2R等公式。

例2、M為一內部安裝有調速裝置的電動機，安裝在如圖所示的電路中，如果電路安全方面有保障，求電動機系統能獲得的最大輸入功率。

解析：若執著于研究電動機系統，因不知其內部結構，根本無法確定功率分配和電流、電壓。迅速切換，將R歸入電源組成一個等效電源E=E，r=r+R，當等效電源的輸出電壓

時，電動機獲得最大功率 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。

還有整體與隔離的轉換，動量和動量問題中系統的重組等同屬一樣的思維模式。

二、轉換位置或過程

在研究物體的運動或者從能量的角度分析問題時，極易表現出的思維習慣就是始終關注一個物理過程或者一個位置，未能從其他過程或位置去獲取一些補充信息。

例3、如圖所示，物體從光滑斜面上的A點由靜止開始下滑，經過B點后進入水平面設經過B點前后速度大小不變，最后停在C點，每隔0.2s通過速度傳感器測量物體的瞬時速度，下表給出了部分測量數據重力加速度g=10m/s，求：

物體在斜面上下滑的時間;

解析：首先，通過表格提供的數據求出加速階段的加速度

減速過程的加速度a2=-2m/s2，加速過程已無法提供有用的信息，但加速過程的末速度大小與減速過程的初速度大小相等，切換至減速過程。

1.4s后繼續運動的時間

整個運動過程歷時，

所以在斜面上運動的時間t=0.5s

很多問題的解決需要綜合幾個過程進行研究，并抓住過渡點或者轉折時刻的物理關聯。

例4、質量為4m的半圓槽左邊靠墻停放在水平地面上，其半徑為R，過兩槽口A、B的切線均為豎直線;現有一質量為m的小球（可當做質點）在A點正上方h=R高處由靜止落下，不計空氣阻力和一切摩擦，重力的速度為g，求小球在處飛出槽口后到達的最高點與B點的距離。

解析：基于受力、運動和能量三個方面的考量，可將全程分為小球由靜止下落至槽底、從槽底到B點，從B點飛離槽后在空中飛行三個物理過程。

下落至槽底的過程中，小球對槽的壓力有水平向左的分力，因墻的阻擋，固槽仍靜止，只有重力對小球做功。

根據動能定理 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （v1為小球在槽底的瞬時速度）

從槽底到B點的過程中，小球和槽組成的系統

水平方向動量守恒

在B點時（轉折點的物理特征），二者之間相對運動方向為豎直方向、水平方向共速為Vx系統的機械能守恒

其中vy為小球到達B點時的豎直分速度

聯解得出

小球飛離槽后，做斜上拋運動，槽向右勻速運動，由于二者水平速度相同，小球一直位于B點正上方，

三、轉換“角度”

經典物理學研究問題，通常可以從力與運動、功與能量的關系、動量與沖量的關系這三個角度去分析求解，其中討論某一時刻或者某一位置的相關問題運用力與運動的關系求解，從空間的角度討論過程常運用功能關系求解，而從時間的角度討論過程則多運用動量與沖量的關系求解。這些經驗的總結固然能為學習帶來許多便利，為求解物理問題提供方向性的指導，但切忌形成思維定勢。

例5、一個質量為m、直徑為d、電阻為R的金屬圓環，在范圍足夠大的磁場中豎直向下落，磁場的分布情況如圖所示。已知磁感應強度豎直方向分量By的大小只隨高度y變化，其隨高度y變化關系為 By=B0（1+ky）（此處k為比例常數，且k>0），其中沿圓環軸線的磁場方向始終豎直向上。金屬圓環在下落過程中的環面始終保持水平，速度越來越大，最終穩定為某一數值，稱為收尾速度。求：圓環收尾速度的大小。

解析：收尾速度應是圓環直線運動的最大速度，故F合=0

既磁場對感應電流的安培力應恰與圓環的重力平衡，但安培力根本無法表達出來。

切換角度重新認真審題發現，給定了磁場的豎直分量隨豎直高度變化的函數規律，從功與能量的關系重新嘗試。

達到收尾速度后，因動能不再增加，圓環減小的重力勢能全部轉化為感應電流的能量然后轉換為焦耳熱 IE=mgv

四、改換方位

如果對例5改換方位做進一步的剖析，又會有新的發現，環中電流穩定后能勻速下落且環面保持水平，說明磁場在水平方向的分布為輻式，方向垂直軸，且圓環處的磁感應強度的水平分量BX可求出

通過學習訓練與反思歸納，可逐步提升思維的靈活性，當“山窮水復疑無路”時，迅速轉換對象、過程、角度、方位去分析思考，自會有“柳暗花明又一村”的驚喜。

參考文獻：

[1]任志鴻.十年高考：分類解析與應試策略[M].南方出版社，2012.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：78-80.

（作者簡介：饒開宏，本科，中學高級教師，單位：武漢外國語學校，研究方向：物理學科教學。）