物理教学中训练直觉思维的方法.DOCVIP

浅谈物理教学中直觉思维能力的培养 莫子元 在日常研究问题时，有时候对于一个比较复杂的题目刚看完就知道了它的答案，却一下子又说不出解题的道理，我们通常把这种思维称为直觉思维。直觉思维是以整个知识为背景的直接而迅速的认识。是人皆有之的潜意识行为，在创造性活动中经常出现。其特点是：非逻辑性、整体性、突发性、或然性。钱学森说：“如果逻辑思维是线性的，那么形象思维是二维的，直觉思维好象是三维的。”事实上，直觉是人们在认识（或学习）和创造过程中，进行各式各样的组合联想之后，在头脑中突然浮现出最适当的新的构想，这是创造性思维灵感显现的瞬间。在解决实际问题时，在科学规律的探索过程中，直觉起着非常重要的作用，有时起着决定性的作用。因此，必须在物理教学中不断地训练学生的这种潜意识的思维，同时对培养学生的创造性思维和科学素养十分有益。本文根据自己的教学实践，就课堂教学中遇到的有关训练直觉思维的素材，对学生训练的方法谈一点粗浅的认识，与大家一起探讨。 一．运用类比 产生直觉的决定因素可能很多，然而因类比而导致直觉，应该是直觉的规律之一。在科学发展史上，不少重要的科学假说都是通过类比推理建立起来的：如卢瑟福根据a粒子散射的实验结果，将原子内部结构与太阳系结构相类比，提出了原子核式结构学说；又如惠更斯根据光也象声音一样能够发生反射、折射，第一次提出了光的波动说。在物理教学中，也经常采用类比的方法加强对不同的物理概念和规律的理解、记忆和应用：如静电场与重力场的类比，电流与水流的类比，LC振荡回路与弹簧振子的类比，等等。开普勒曾赞誉说：“我最珍视类比，它是我最可靠的老师”。 图1 如图1所示，两个相同的声源S1和S2相距为d=10m，频率为f=1700HZ, 振动位相相同。已知空气中的声速v=340m/s, S1S2的中垂线OQ长度为L=400m，平行S1S2的线段OP=16m. 由于两列声波干涉的结果，在O点的声振动是加强还是减弱？在OP线段上会出现几个振动减弱的位置？ 一般情况下，多数学生会感到难以分析，因为在教材中只有光的干涉公式。事实上机械波与光波本质虽然不同，却具有同样的干涉现象，教师可以引导学生将上述的干涉现象与光的双缝干涉相类比。因为O点相当于中央明条纹位置，所以该处振动应加强。根据干涉条纹公式，声振动减弱的条件是路程差为△r =dx/L=(2K-1)/2, 而声波的波长为=v/f=0.2m, 则干涉级为K=（2dx/L+1）/2=2.5, 式中K=1、2、3、┄，所以会出现二个振动最弱区。通过类比的方法，直觉显现，使学生已有知识得到顺利的迁移，同时深化了概念的理解。 二．等效替代 直觉不会凭空产生，要以已获得的知识和处理问题方法为基础，并在积极的思考中显现。在教学过程中，当学生遇到难题，思路闭塞，无从下手时，教师应引导学生常用假设的物理量或物理过程代替实际的物理量或物理过程，从中提示与发现一些规律性的东西，使同类问题得到解决，以促成直觉思维的显现。替代之后效果相同，这样的等效替代可以使计算过程大为简化，或者使原来无法计算的问题变成能够解决。 20世纪最伟大的物理学家爱因斯坦，在1905年建立狭义相对论之后，正是由于洞察到引力场与加速场的等效性，提出著名的等效原理，为广义相对论的建立奠定了基础，并于1916年发表了文章。英国著名的物理学家汤姆生赞誉道：“这是人类思想史中最伟大的成就之一”。 图2 如图2所示，在半径为R的足够长的竖直圆筒内，一个小球从O点以水平速度v0抛出，与筒壁不断发生碰撞。不计碰撞时间和碰撞损失，求发生第n次碰撞时，小球下落的高度和通过的总水平距离。 学生解答这道题时，开始认为小球所做的运动是一种复杂的曲线运动，难以下手而被“卡壳”。此时，教师若直接告诉学生该运动可以等效成一个平抛运动，虽然帮助学生解决了一个具体问题，但是却没有帮助学生把贮存于大脑中的相关知识和处理问题的方法进行顺利的迁移，达不到有效地训练和培养学生灵活应用物理知识和科学方法解决实际问题的能力之目的。从启发学生探索知识、发展智力、培养能力的角度看，学生对本题感到困惑的焦点是轨迹转折太多，因此，教师可以在黑板上画一个清晰的平抛运动轨迹图象，以引起学生的注意和思考。知识的浮现，认识的跃迁，必然促成直觉的显现。问题解决了，等效方法也掌握了，教师的被动说教次数减少了，学生的主动探索能力增强了，真可谓一举多得。 三．对称思想 直觉不是模仿，而是在变异中求得发现，是一种创造性的思维活动。在自然界和自然科学中，普遍存在着优美和谐的对称现象。在物理学中，物理模型、物体的运动、场的分布、电路和光路等，往往具有对称的特点。不论是在同一问题的不同过程中，还是在两