物理解題過程中逆向思維的運(yùn)用探微

摘 要：在初中物理的解題過程中，如果正向思維無法直接獲得問題答案或者在習(xí)題分析過程中存在阻力，則可以嘗試使用逆向思維完成題目要求.通過逆向思維學(xué)習(xí)物理，可以幫助學(xué)生尋找到無法直接觀察的因，從而激發(fā)學(xué)生探索欲望，提升學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的解題能力與課堂教學(xué)效率.

關(guān)鍵詞：初中物理;逆向思維;課堂效率;解題能力

中圖分類號(hào)：G632?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1008-0333（2022）05-0097-03

收稿日期：2021-11-15

作者簡(jiǎn)介：楊梅（1975.4-），女，江蘇省南京人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，從事中學(xué)物理教學(xué)研究.

初中物理是一門理論解析和實(shí)踐探索課程，物理中有很多現(xiàn)象是人眼看不到但又事實(shí)客觀存在的，解決這類問題時(shí)學(xué)生總會(huì)產(chǎn)生不能觸及的虛無感，需要引入逆向思維進(jìn)行問題分析.同時(shí)，學(xué)生在實(shí)際學(xué)習(xí)過程中，會(huì)混淆某些因果概念和互逆規(guī)律，單純的邏輯講述一般遵循由因索果的程序，學(xué)生無法真正理解知識(shí).因此，本文提出逆向思維解題模式，并結(jié)合摩擦、光線傳播、浮力、壓強(qiáng)、電磁關(guān)系等物理知識(shí)展開具體探討，由果溯因，幫助學(xué)生建立不同的思維模式.在應(yīng)用逆向思維解題的過程中，還有利于培養(yǎng)學(xué)生的整體思維和邏輯思維，為學(xué)生全面掌握物理知識(shí)提供條件，進(jìn)一步提升初中物理課堂的教學(xué)質(zhì)量，并為培養(yǎng)學(xué)生良好的思維品質(zhì)與物理素養(yǎng)奠定基礎(chǔ).

1 摩擦現(xiàn)象，能夠相對(duì)解釋

摩擦是生活中常見的現(xiàn)場(chǎng)，不管是男生還是女生，買鞋考慮質(zhì)量時(shí)，鞋底和地面的摩擦是必須重點(diǎn)考慮的因素之一，特別是在北方的冬天，大家都希望有一雙保溫效果好同時(shí)與地面摩擦大的鞋，以方便雪后走路.所以，摩擦是事實(shí)存在的，并且廣泛體現(xiàn)于現(xiàn)實(shí)生活中.摩擦全稱為摩擦力，是力就存在方向，一般情況認(rèn)為如果一個(gè)物體受到外力，同時(shí)物體在外力的作用下運(yùn)動(dòng)，默認(rèn)外力方向和運(yùn)動(dòng)方向相同，摩擦力作為阻力，和運(yùn)動(dòng)方向相反.這種概括存在誤區(qū)，無法真實(shí)解釋摩擦現(xiàn)象和相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以下例進(jìn)行說明.

如圖1所示，木塊A置于木塊B上方，木塊B置于地面，假設(shè)地面光滑，用拉力F勻速緩慢拉動(dòng)木塊A，學(xué)生發(fā)現(xiàn)木塊B也開始運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向和木塊A同向;突然增大F值，木塊A會(huì)直接越過木塊B掉落在地面上.要求學(xué)生分析摩擦力的大小和方向.

我們來分析一下這道題目，題目中外力直接作用于木塊A，直接分析A受力情況學(xué)生出現(xiàn)分析失誤，此題應(yīng)先從木塊B著手，由B受力情況進(jìn)行木塊A的受力分析.學(xué)生已知力作用于木塊A，木塊B也移動(dòng)，說明木塊B受到了與運(yùn)動(dòng)方向相同的力，如下圖1所示的f1，在f1的作用下勻速運(yùn)動(dòng)，而f1是A和B之間的摩擦力，意味著A也受到了摩擦力f2，f2= f1，方向與f1相反，都等于外力F;如果外力F值突然增大，A越過B掉落在地面，意味著此時(shí)F大于A和B之間的最大靜摩擦力.此題在力的分析過程中采用了從被動(dòng)到主動(dòng)的逆向思維模式，更容易幫助學(xué)生理解此類物體運(yùn)動(dòng)的原理和規(guī)律.

所以，在涉及摩擦題目的專項(xiàng)訓(xùn)練中，逆向思維引入課題講解，這種反其道而行之的思維模式可以幫助學(xué)生看到看不到的現(xiàn)象，從問題的相反面深入地進(jìn)行探索，從而有助于想到想不到的問題，拓展了解題的思路，為高中進(jìn)行物理受力分析奠定基礎(chǔ)，同時(shí)為日常生活中摩擦力使用提供理論基礎(chǔ).在此基礎(chǔ)上，教師可以引導(dǎo)學(xué)生巧借逆反思維來應(yīng)用摩擦力知識(shí)解決生活中的問題，比如下雪天路滑，可以在馬路上撒上灰渣來增大摩擦;在鞋底增加花紋來增大摩擦等等，這對(duì)提升學(xué)生學(xué)以致用的物理解題能力有著積極的效用.

2 光線傳播，考慮可逆反射

有光才有萬物，光是大自然正常工作必不可少的條件.在學(xué)習(xí)光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)時(shí)，我們已經(jīng)知道物體在陽光下有陰影是因?yàn)楣獾膫鞑ゲ粌H具有方向，同時(shí)對(duì)某些物體沒有穿透力.因此，我們要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單使用光線定義，用帶箭頭的直線直觀展示光的傳播方向和路徑，以方便不同層次的物理研究與解題.同時(shí)，對(duì)初中生而言，掌握單純的光反射、折射，根據(jù)入射光路徑繪制光的反射光線、折射光線等都是必須要掌握的知識(shí)點(diǎn)，但是針對(duì)可逆光線的理解，學(xué)生很容易出現(xiàn)思維偏差或思維定勢(shì)，需要教師對(duì)這塊知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)說明.

如圖2所示，A和B位于平面鏡的同一側(cè)，A為點(diǎn)光源，要求從A發(fā)出的光線經(jīng)過平面鏡反射后經(jīng)過B點(diǎn).在學(xué)生固有思維中，畫光線的原則是法線、入射光線和反射光線缺一不可，在本題中，無論怎么連接AB，似乎都找不到真正的入射點(diǎn)的位置.提示學(xué)生，我們兩個(gè)人站在一個(gè)大的平面鏡前，你從鏡子里看到對(duì)方是直線形式看到的，我們看到的自己與鏡面垂直，意味著逆向思維，先找到A關(guān)于平面鏡的對(duì)稱點(diǎn)C即A的像點(diǎn)或者B關(guān)于平面鏡的對(duì)稱點(diǎn)D即B的像點(diǎn)，連接BC或者AD，從而確定入射點(diǎn)的位置.

所以，光線問題也是思維問題，如果只朝著一個(gè)固定的思維方向去思考問題很容易產(chǎn)生思維定勢(shì)，限制自己的思考空間.只有突破思維定勢(shì)，才能真正理解光線傳播本質(zhì).通過逆向思考反向畫出的光路圖，這樣既鍛煉了學(xué)生的解題能力，又將復(fù)雜的光線傳播簡(jiǎn)單化演示.通過圖文的方式展示的光線內(nèi)容，將復(fù)雜的物理邏輯轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單的線條繪制，有利于減輕學(xué)生物理學(xué)習(xí)壓力，提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣.

3 浮力有關(guān)的密度求解，假設(shè)受力相同

浮力有關(guān)的密度求解問題既是物理學(xué)習(xí)難題，也是數(shù)學(xué)計(jì)算難題.浮力有關(guān)的密度求解必然涉及到力的問題，浮力=排開液體的重力.在一定條件下，對(duì)同一種物體來說，密度是定值.以此為條件，對(duì)物體進(jìn)行受力分析，解答相關(guān)題目.在密度計(jì)算的求解過程中，借助逆向思維能夠克服思維定勢(shì)，可以幫助學(xué)生快速掌握解題要領(lǐng)，更深刻理解密度對(duì)于物質(zhì)的影響.

例題是這樣的：有一塊小木塊，如果將其置于煤油中，它的2/5露出液面;如果將其置于另一種未知的液體中，它的2/3露出水面，試計(jì)算該液體的密度.這道題考察的是學(xué)生對(duì)浮力計(jì)算公式的靈活應(yīng)用.需要學(xué)生知道漂浮時(shí)浮力等于重力，會(huì)根據(jù)漂浮時(shí)浮力與重力的關(guān)系計(jì)算物體的密度.具體來分析這道題目，木塊是同一個(gè)木塊，所以不管在煤油中還是未知液體中，所受重力是不變的.按照常用思維解答該題目，煤油的密度已知，通過木塊在煤油中排液量可以求出木塊的密度，借助木塊密度值不變?cè)恚ㄟ^2/3的排液量計(jì)算液體的密度.很顯然，這種計(jì)算方式雖然直觀具體，但是計(jì)算量大而且中間也存在需要設(shè)定的變量，比如木塊的體積V.既然在兩種液體中都是漂浮，意味著受到浮力是相同的，考慮逆向思維解題，以木塊受力作為中間變量，直接計(jì)算液體密度和煤油密度關(guān)系，可以快速求解，大幅度減少了計(jì)算工作量.所以，在受力相等的前提下，逆向思維求解密度問題，更容易建立簡(jiǎn)單的邏輯方程式，直觀看到知識(shí)之間的連接，進(jìn)而更容易理解密度習(xí)題的原理，理解密度和力之間的內(nèi)在關(guān)系，從而快速掌握密度原理.同時(shí)，這種逆向思維對(duì)學(xué)生提升思維品質(zhì)、強(qiáng)化思維能力有著很大的幫助，有利于推動(dòng)學(xué)生認(rèn)知水平的提升與發(fā)展.

4 壓強(qiáng)問題，改變方向順序

壓強(qiáng)是初中物理學(xué)習(xí)的重點(diǎn)之一.根據(jù)物體的性質(zhì)不同，壓強(qiáng)有不同的計(jì)算方法和公式.對(duì)于固體而言，壓強(qiáng)=壓力÷受力面積，教師要提醒學(xué)生注意壓力和重力的區(qū)別;對(duì)于液體而言，有兩種計(jì)算方法，第一種和固體計(jì)算方法相同，第二種為借助液體密度和液位高度的計(jì)算公式：P=.

例如，圖3中，圓柱形容器中裝有水，水中有一塊實(shí)心冰塊，冰塊被細(xì)繩拴住固定在容器底部.冰塊在水中緩慢融化，不考慮蒸發(fā)和溫度影響，容器底部受到的水的壓強(qiáng)變換正確的圖像是（? ）.

學(xué)生都知道，液體壓強(qiáng)的計(jì)算可以使用壓力/受力面積，在本題中，容器底部受到的壓力就是水和冰塊的重量，容器底部表面積并沒有變化，所以產(chǎn)生的壓強(qiáng)也沒有變化，直接選答案D.學(xué)生忽略一點(diǎn)，冰在水中受到了浮力作用，所以該計(jì)算公式在此處不成立，只能用P=計(jì)算.題中隱含條件是冰在水中，由于拉繩的作用是懸浮的，所以意味著冰的密度小于水的密度，同樣重量的冰融化為同樣重量的水，體積會(huì)減小.當(dāng)冰在上圖所示固定底面積的容器中時(shí)，水面會(huì)下降，所以排除C和D選項(xiàng).針對(duì)A和B選項(xiàng)，需要判定融化過程參數(shù)的變化.

（4）式指的是壓強(qiáng)的變化量，該式中，每個(gè)值都是定值，所以壓強(qiáng)是均勻減小的，所以圖像是一條斜向下的直線，所以選擇A.

所以，我們可以發(fā)現(xiàn)將逆向思維引入壓強(qiáng)計(jì)算，可以在很大程度上降低問題難度，幫助學(xué)生深刻理解壓強(qiáng)的本質(zhì)及其計(jì)算方法，更好地掌握了壓強(qiáng)基礎(chǔ)概念.本例中使用的改變方向順序的解題策略，為學(xué)生提供了不同的解題思路，大大提升了學(xué)生的解題效率，節(jié)省了解題時(shí)間，效果較好.

初中物理借用逆向思維進(jìn)行專項(xiàng)聯(lián)系，可以幫助學(xué)生深入掌握知識(shí)點(diǎn)，明晰條件和結(jié)論，這樣不僅增加了物理知識(shí)的透明度，同時(shí)還向?qū)W生展示了異向思維空間的思考模式，有利于提升學(xué)生的物理學(xué)習(xí)能力與解題能力.同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)和定理的指引下，加上聯(lián)系現(xiàn)實(shí)生活理解抽象知識(shí)，還有利于增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和觀察能力，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S和知識(shí)的發(fā)散能力，為物理知識(shí)逆向思維聯(lián)系提供了更廣闊的空間.

參考文獻(xiàn)：

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[責(zé)任編輯：李 璟]