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加強(qiáng)思維方法訓(xùn)練培養(yǎng)創(chuàng)新思維論文
一、發(fā)散思維和收斂思維
1、發(fā)散思維
所謂發(fā)散思維，是指對(duì)同一問題，不受常規(guī)束縛，從不同的方向、不同的角度進(jìn)行思考，從而尋找解決問題的正確答案的思維方法。發(fā)散思維具有三個(gè)基本特征：流暢性、變通性、獨(dú)創(chuàng)性。
流暢性是指在研究問題時(shí)，多方設(shè)想，思維發(fā)散，思路流暢敏捷，對(duì)同一問題尋求多方向、多角度、多途徑、多結(jié)果的解題辦法。在解答物理問題中，則常常表現(xiàn)出一題多解、一題多值(或多種結(jié)果)等情況。
例1：如圖1示，通電直導(dǎo)線與線框abcd在同一平面內(nèi)，如果要使線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流，可以采用哪些方法?
a
d
c
b
I
圖1
一般像這種題的問法，都是線框abcd向某一方向運(yùn)動(dòng)(比如向右)線框中有沒有感應(yīng)電流。這不利于發(fā)散思維的訓(xùn)練，改為上述問法以后，學(xué)生的思路馬上就發(fā)散開來了，積極去尋求可能的答案。學(xué)生說出的方法越多，說明他思維流暢，發(fā)散性越好。沒有想到很多方法的學(xué)生，也掌握了感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，同時(shí)，其思維也在這一過程中得到了有效的訓(xùn)練。
圖2
變通性是指思路的變換與貫通，解決問題不受思維定勢(shì)的消極影響，思路一旦受阻，及時(shí)轉(zhuǎn)向，尋求可行的、最優(yōu)的思路或方案。
例2：如圖2示，一條形磁鐵放在水平桌面上，它的正中央上方固定一通電導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面向外的電流，則磁鐵對(duì)桌面的壓力是減小了還是增大了?桌面受不受摩擦力作用?
分析：若以磁鐵為研究對(duì)象，因磁鐵N極的指向與通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁感線相切，故磁鐵對(duì)桌面在水平方向無相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，因而不受桌面摩擦力作用。但磁鐵對(duì)桌面的壓力情況難以判斷——思維受阻。
變通：改取通電導(dǎo)線為研究對(duì)象，由左手定則可判斷安培力F向下，故磁鐵受反作用力F’向上，因此，桌面受壓力變小。
這種變通，其實(shí)也就是逆向思維能力的一種體現(xiàn)。
獨(dú)創(chuàng)性是指思路新穎而獨(dú)特，對(duì)問題有獨(dú)到見解，能獨(dú)辟蹊徑，提出不同尋常的解決辦法。
例3：在如圖3所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)E=6V，內(nèi)阻r=2Ω，電燈L1的電阻R1=10Ω。問電燈L2的電阻R2為多大時(shí)，L2最亮?
圖3
L1
L2
等效
R2
R1
L2
R2
E r
E r’=r+ R1
分析與解：本題按常規(guī)解法，需由閉合電路歐姆定律求出電流I，再由P2=I2R得出P2的函數(shù)表達(dá)式，然后用代數(shù)法求極值。
作為一種特殊的解法，可以把R1看成電源內(nèi)阻的一部分，如圖3.4示。在此電路中，當(dāng)外電路電阻等于電源內(nèi)阻時(shí)輸出功率最大，故R2 = r’= r+R1=12Ω時(shí)，燈L2最亮。
2、收斂思維
收斂思維也叫集中思維、輻合思維或求同思維，是從不同表現(xiàn)形式中尋求共同的屬性，從問題的多種可能的解法、設(shè)想或方案中，做出正確的、最佳的選擇的一種方法。
例4：法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律：法拉第研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，設(shè)計(jì)了不同類型的實(shí)驗(yàn)，從不同方面、用不同的途徑來研究同一問題——磁場(chǎng)在什么條件下能產(chǎn)生電流，體現(xiàn)了思維的發(fā)散性。后來他又從不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中，排出次要因素，抓住共同的本質(zhì)——磁通量變化，最終總結(jié)出電磁感應(yīng)定律，這就是思維的收斂性。
二、逆向思維
沿著同一般的或現(xiàn)有的思維結(jié)論、思維對(duì)象、思維方式相反的思路去思考問題的思維方法叫逆向思維。由于正向、逆向、側(cè)思維體現(xiàn)了思維的多方向，因此逆向思維也屬于發(fā)散思維，是創(chuàng)新性思維的組成部分。
歷史上，物理學(xué)家們應(yīng)用逆向思維方法產(chǎn)生了許多重大的發(fā)現(xiàn)：奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，法拉第認(rèn)為，既然電能生磁，反過來磁也能生電，經(jīng)過10年的艱苦努力，終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律;愛迪生也是根據(jù)電話能把聲音轉(zhuǎn)變?yōu)檎駝?dòng)，則振動(dòng)也一定能轉(zhuǎn)變?yōu)槁曇舻脑O(shè)想發(fā)明了留聲機(jī);麥克斯韋建立的電磁場(chǎng)理論;原子核結(jié)構(gòu)的建立等等。軍事上的“欲擒故縱”、“聲東擊西”更是逆向思維的典型運(yùn)用。
在物理教學(xué)中巧妙地應(yīng)用逆向思維方法，可以使一些物理問題變得極為簡(jiǎn)捷，從而達(dá)到挖掘潛力、開拓思路和提高學(xué)生創(chuàng)新思維能力的目的。逆向思維按照思維方式的不同，在此我將其分為研究對(duì)象的逆向思維、因果關(guān)系的逆向思維、思維程序的逆向思維和光路可逆的逆向思維等。
a、研究對(duì)象的逆向思維
有時(shí)，我們對(duì)某一研究對(duì)象直接進(jìn)行分析時(shí)，會(huì)遇到很大的困難，如果我們反過來選取與研究對(duì)象相關(guān)聯(lián)的其它物體作為研究對(duì)象，思路將會(huì)豁然開朗。
例5：做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的列車出站時(shí)，車頭經(jīng)過站臺(tái)時(shí)的速度為 1m/s，車尾經(jīng)過站臺(tái)時(shí)的速度為7m/s，車身中部經(jīng)過站臺(tái)時(shí)的速度為多少?
分析：若選列車為研究對(duì)象，由于列車不是質(zhì)點(diǎn)，求解困難，若反過來將列車看作靜止不動(dòng)，站臺(tái)反方向以列車的加速度作勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則原題變?yōu)榍髣蜃兯僦本�運(yùn)動(dòng)位移中點(diǎn)的速度，利用相關(guān)公式很容易求出(解略)。
b、因果關(guān)系的逆向思維
即根據(jù)已知的結(jié)論反過來推斷原因。
× × ×
× × ×
× × ×
→
B
v
圖4
例6：如圖4示，三角形金屬構(gòu)成的均勻薄板，豎直置于方向與板面垂直的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)薄板做水平向右的勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，則( )
A.板內(nèi)電場(chǎng)上部強(qiáng)，下部弱
B.板內(nèi)電場(chǎng)上部弱，下部強(qiáng)
C.板內(nèi)產(chǎn)生一勻強(qiáng)電場(chǎng)
D.板內(nèi)處于靜電平衡，場(chǎng)強(qiáng)處處為零
分析：因金屬板做勻速直線運(yùn)動(dòng)，狀態(tài)穩(wěn)定后金屬板內(nèi)任意一點(diǎn)的自由電子受到的合力一定為零，則有eE = eBv，因B、v一定，故E為常量，應(yīng)選C。
c、思維程序的逆向思維
有些題的題設(shè)過程很復(fù)雜，條件繁多，若按照正常和思維程序直接由條件去分析結(jié)果，思路將很不清晰。若采用逆向思維程序：結(jié)果(欲求量)→中間量(先求量)→條件(已知量)，就可以在解題中始終保持清晰的思路，少走彎路。
d、光路可逆的逆向思維
在幾何光學(xué)中，光路具有可逆性，不論在反射還是折射現(xiàn)象中，入射光線與反射光線，入射光線與折射光線，物與像都具有互換性。利用光路的可逆性原理分析和解答光學(xué)問題往往可以使解題過程變得簡(jiǎn)捷明了。
三、聯(lián)想思維
所謂聯(lián)想思維，是指對(duì)事物由此及彼進(jìn)行創(chuàng)造性想像的思維過程。我們知道，任何概念、規(guī)律都是在相似的事物中概括、總結(jié)、抽象出來的，物理概念和規(guī)律的理解、應(yīng)用、探索、延伸都離不開聯(lián)想思維。等效法和類比法、模型法是運(yùn)用聯(lián)想思維的重要科學(xué)方法。
1、等效法
在一些物理問題中，一個(gè)過程的發(fā)展、一個(gè)狀態(tài)的確定，往往是由多個(gè)因素決定的，在這一決定中，若某些因素所起的作用和另一些因素所起的作用相同，則前一些因素與后一些因素是等效的，它們便可以互相代替。這種以等效為前提而使某些因素互相代替來研究問題的方法就是等效法。如：合力與分力、合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)、總電阻與分電阻、平均值、交流有效值等都是根據(jù)等效而引入的。
等效法的實(shí)質(zhì)是在效果相同的情況下，將較為復(fù)雜的實(shí)際問題變換為簡(jiǎn)單的熟悉問題，以便突出主要因素，抓住它的本質(zhì)，找出其中規(guī)律。因此應(yīng)用等效法時(shí)往往是用較簡(jiǎn)單的因素代替較復(fù)雜的因素，以使問題得到簡(jiǎn)化而便于求解。在解題中，一般我們可以從以下幾個(gè)方面去分析：
a、力場(chǎng)的等效
主要有兩種情況，一是在某一區(qū)域內(nèi)勻強(qiáng)電場(chǎng)和重力場(chǎng)同時(shí)存在時(shí)，可將靜電場(chǎng)和重力場(chǎng)疊加成等效的“重力場(chǎng)”;二是加速場(chǎng)可以等效為引力場(chǎng)(或重力場(chǎng))——愛因斯坦廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)，即當(dāng)物體以;加速度a運(yùn)動(dòng)時(shí)，可看成具有等效引力F=-ma，再將F和重力G疊加，可以得到等效的“重力場(chǎng)”。如：在豎直方向上以加速度a加速上升的電梯中，單擺的等效重力加速度g’= g + a。
b、電路結(jié)構(gòu)的等效
實(shí)際電路的連接并不都是一目了然，搞清電路各元件的連接方式是解決電路問題的第一步，也是關(guān)鍵的一步。因此，我們常常要對(duì)電路圖進(jìn)行等效變換，即畫等效電路圖。通過畫等效電路圖加深學(xué)生對(duì)電路各種連接方式的理解，使學(xué)生善于把復(fù)雜的問題化為簡(jiǎn)單的問題。
c、研究對(duì)象的等效
包括電源等效、負(fù)載等效、波形等效等多種情況。如：將切割磁感線的那部分的導(dǎo)體等效為電源;將通電螺線管等效為條形磁鐵;將環(huán)形電流等效為小磁針等。
d、模型的等效
即把我們已經(jīng)熟知的典型物理模型等效移植到同類物理問題中去。如：碰撞模型、人船模型、子彈射木塊模型、衛(wèi)星模型、彈簧振子模型等等。從根本上講，只有提高學(xué)生建構(gòu)物理模型的能力，學(xué)會(huì)透過現(xiàn)象看本質(zhì)，才能對(duì)物理模型進(jìn)行等效轉(zhuǎn)化。
2、類比法
所謂類比，就是根據(jù)兩事物在某些屬性上的相似而推斷出它們?cè)谄渌鼘傩陨弦部赡芟嗨频慕Y(jié)論。類比的本質(zhì)是猜測(cè)或推測(cè)，類比不能代替論證，但可以為新內(nèi)容的闡述和探索提供依托和支持，可以使橫向的問題建立普遍的聯(lián)系。實(shí)際上，有些等效法本身也是一種類比，只不過等效法更強(qiáng)調(diào)效果相同。應(yīng)用類比法時(shí)，不但要“求同”，也要注意“求異”。“求同”可以融會(huì)貫通、舉一反三，“求異”可以把握事物間的區(qū)別、挖掘更深層次的東西，還可以糾正錯(cuò)誤的類比。
類比法在物理學(xué)中，對(duì)引進(jìn)或鞏固物理概念、建立物理模型、培養(yǎng)創(chuàng)新性思維等方面具有重要作用。在課堂教學(xué)中，我們常常把電流和水流相類比;把光波和水波相類比;把原子的核式結(jié)構(gòu)和太陽系相類比;二極管和氣門芯相類比;把電場(chǎng)和重力場(chǎng)、電場(chǎng)力做功和重力做功相類比;把電勢(shì)和地勢(shì)相類比;把帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)和平拋運(yùn)動(dòng)相類比;把所有用比值定義的物理量相類比等等。
例6：關(guān)于電壓分配的類比。在串聯(lián)電路中，因U=IR，而電流強(qiáng)度I一定，故總電壓在各個(gè)電阻上和電壓按照與電阻大小成正比進(jìn)行分配：
，
A
B
→
m1
m2
圖5
F
類比：連接體問題。在如圖5示的連接體問題中(設(shè)水平面是光滑的)，對(duì)物塊A和物塊B及A、B整體均有F合=ma，而加速度a一定，則體系所受到的水平外力F按照與質(zhì)量成正比的方式分配給A和B，即
物塊A獲得的合外力
物塊B獲得的合外力
思維方法訓(xùn)練是有計(jì)劃有目的的為增強(qiáng)思維能力、提高思維品質(zhì)所進(jìn)行的訓(xùn)練教學(xué)活動(dòng)。當(dāng)然，創(chuàng)新思維的形成不可能是短時(shí)間內(nèi)就能做好的，但只要我們?cè)诮虒W(xué)中堅(jiān)持不懈，就一定能取得效果。
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