“逆向思维法”在物理教学中的妙用

摘要:“逆向思维法”可应用于判断、推理、论证,还可应用于解决难题。逆向思维在物理教学中具有广泛的应用,它能突破常规思维能的束缚,使学生的思维灵活变通,有效地解决疑难问题,提高教学效率;

关键词:逆向思维;物理教学;妙用

逆向思维是一种重要的科学思维方法,逆向思维法是相对于正向思维而言的。沿着物理过程的发展,从原因、条件出发,探求结论的思维方式,我们称之为正向思维。反过来,我们从事物的结果出发,或设计一个事物发展的逆过程,利用因果关系的内在本质联系,从而得出结论,则此思维方法称为逆向思维法。逆向思维法在具体物理问题分析的思维特点是:逆向,即根据问题所求的物理量开始切入,分析要求出它还需要知道其它哪些物理量?对新的未知量再次进行上述分析,层层递推,好似剥笋,直至全部都是已知量为止。即思维程序归纳为:求啥想啥,缺啥找啥。

逆向思维突破思维的定势,从相反的角度、不同的立场、不同的侧面去思考问题,当某一思路受阻时,能够迅速转移到另一思路上,从而使问题得到顺利地解决,达到事半功倍的效果;有时正向思维已是“山穷水尽”,逆向思维便出现“柳暗花明又一村”的奇迹,从而找到解决问题的方法。教学上应用逆向思维进行分析讲解,能提高学生思维的灵活多样性,克服单向思维定势造成的思维障碍和僵化,从而培养学生灵活分析问题和创造性地解决问题的能力。

一、逆向思维应用于判断

物理学中有许多概念、规律是互逆的。对于这些互逆概念、规律的学习,既可以由因索果,也可以由果溯因,采取正逆思维联结的办法,我们不仅可以对概念辨析得更清楚,理解得更透彻,而且能养成整体考虑问题的良好习惯。例如:力学中由物体的受力情况可以联系到运动状态的改变,也可以从物体运动状态的改变追溯到受力的情况。学过牛顿第二定律后,在对“物体所受的合外力为零时其速度是否为零”这一问题明晰的基础上,可进一步思考“物体的速度为零时,所受的合外力是否一定为零?这样,才能正确认识力与运动状态间的关系。又如:电场强度与电势是两个密切相关的概念,搞清了“电场强度为零的地方,电势是否一定为零”后,随即考虑“电势为零处,场强是否一定为零?学习物理概念、规律时,这样有目的地将思维过程转向另一个方向,将正向思维与反向思维结合,能更好地认识概念的内涵和外延,全面、深刻地理解物理规律,达到思路开阔、思维活跃。

二、逆向思维应用于推理

逆向思维推理在科学上获得成功的例子很多,奥斯特发现了电流能够产生磁场,提示了电与磁之间存在着相互联系;法拉第受到这一启发运用逆向思维推理:既然电流能够产生磁场,反过来磁场是否也能够产生电流?经过大量的实验和探索,终于发现利用磁场产生电流的方法,进一步提示了电和磁的联系,发明了发电机。麦克斯韦电磁场理论的基本观点——“变化的磁场产生电场,变化的电场也产生磁场”,也是逆向思维的典型示例。再如物质波的提出:1923年德布罗意受爱因斯坦光量子说的启发,提出他的大胆设想“既然光量子论把过去认为本质上是波的光粒子化,那么把问题倒过来考虑,过去认为是粒子的东西,是否也具有波动性呢”?1924年他进一步提出一个假设:波粒二象性不只是光子才有,一切微观粒子,包括电子、质子和中子都有波粒二象性。后来人们用实验观察到电子的衍射,从而证明了德布罗意观点的正确性,“波粒二象性”成了一条新的普遍法则。

在科学的预测中,应用逆向思维取得了成果,这些生动的事实使学生提高了学习物理的兴趣,拓宽了视野,拓展想象空间,增加求知欲,提高学习物理的兴趣。

三、逆向思维应用于论证

教学中对物理现象的解释和物理规律的得出,应用逆向思维进行论证,有时能够比正向思维更有效地解决问题。例如:正在熔化的冰拿到0℃的房间里,有的学生错认为冰能够继续熔化。教学中可以引导学生应用逆向思维进行论证:如果冰能继续熔化,冰就要从空气中吸收热量,那么室温一定要高于冰的温度0℃,这跟题设的条件相反,所以冰不能继续熔化。

这样用逆向推理论证,反驳有力,论据充分,逻辑严密,说服力强,学生容易理解接受。

四、逆向思维应用于解决难题

逆向思维改变了人们探索和认识事物的常规思维定势,因而比较容易引发超常规的思维效应;教学中对疑难题的解决,如果逆向思维方法使用得当,能够简易、快捷地解决问题的过程中会有新的发现。

如利用匀变速直线运动中匀减速运动与匀加速运动规律的共性,将匀减速运动视为反方向的匀加速运动加以处理,往往会使问题得到简化。

例:一物体以某一初速度在粗糙平面上做匀减速直线运动,最后停下来,若此物体在最初5秒和最后5秒经过的路程之比为11:5。则此物体一共运行了多少时间?

分析:若按常规思维方式即“从条件推演结论”的思维方式,应根据匀变速运动规律列式,这势必会碰到总时间t比前后两个5s之和10s是大还是小的问题:若t>10s将时间分为前5s和后5s与中间的时间t2,经复杂运算得t2=-2s,再得出t=8s的结论。如果采用逆向思维,将物体的运动按时间先后顺序颠倒过来看,即物体的运动看作是逆向的初速度为零的匀加速运动处理,将会简捷得多。

解:视为反向的初速度为零的加速直线运动。则最后5秒通过的路程:s2=(1/2a)52=12.5a

最初5秒通过的路程:

s=1/2at2-1/2a(t-5)2=1/2(10t-25)

有题中已知的条件:s1:s2=11:5 得(10t-25):25=11:25 解得运动时间t=8秒

综上所述,逆向思维在物理教学中具有广泛的应用,它能突破常规思维能的束缚,使学生的思维灵活变通,有效地解决疑难问题,提高教学效率;因此教学必须大力培养学生创造性思维,激发学生创造性地学习,开发学生的创造力,提高学生解决实际问题的能力。

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