物理教学中训练直觉思维的方法

1、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

2、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

3、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” 。例 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=1700H Z, 振动位相相同。已知空气中的声速v=340m/s,S1S2 的中垂P线 OQ 长度为 L= 400m，平行 S1S2 的线段 OP=16m.S1x由于两列声波干涉的结果，在 O 点的声振动是加强dQO还是减弱？在OP 线段上会出现几个振动减弱的位S2L置？图 1一般情况下，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

4、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1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= (2 K-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

5、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”。v0例 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

6、，与筒壁不断发生h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s图 2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

7、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2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，还是在两个截然不同性质的问题中，物理规律可以等效地迁移。在物理教学中，注意比较相似事物之间的内在差异，注意发现不同事物之间的内在联系，同时培养学生注意发现对称的特点，尤其是隐含的对称特点。这些都能促成直觉显现，突破常规，

8、开拓思路，使问题迅速而简捷地得到解决，有时甚至一眼就看出答案了。例3如图3所示，一条长为 l 的细线，上端固定，下端拴一个质量为m 的带电小球， 置于方向水平、 大E小为 E 的匀强电场中。 已知当细线离开竖直位置为TA角时，小球处于平衡状态。求小球带何种电荷，带电qEO量为多少。如果使细线的偏角由增大到，然后A 将小球由静止开始释放， 则角多大时， 才能使细线mg到达竖直位置时小球的速度刚好为零。图 3解答这道题目时， 学生开始时利用三力平衡的特点可以求出小球带正电，电量q=mg tg /E，但是如果想利用功能关系求解角时，学生会感到非常困难。在实际教学中，教师大可不必这般费时费力详细讲解，

9、而应该提示学生注意运动的特点，借助于已经具有的对称思想，促成直觉显现，一下看出了的大小。因为小球由 A 点静止释放后， 将以 O 点为平衡位置振动。 根据振动的对称性， 小球在速度为零的两振幅位置A 和 A/时，偏离平衡位置的角度相等，所以=2。教师通过启发引导，学生直觉显现，灵活而快捷解决问题，这样更有利于知识的迁移和智力的开发。四逆向思维直觉思维从表面上看来具有快速性、直接性和跳跃性，但实际上直觉思维正体现着由于“概括化” 、“简缩化”、“语言化”或“内化”的作用，是高度集中地“同化”和知识迁移的结果。直觉思维被爱因斯坦视为创造性思维的基础。逆向思维是进行科学研究的重要方法之一。如美国大发

10、明家爱迪生在试验电话时，从逆向思维的角度一下醒悟到，并发明了留声机。又如英国物理学家法拉第，在奥斯特发现电流的磁效应即“动电生磁”的启发下，从逆向思维的角度 想到“动磁”也应该“生电” ，终于发现了划时代意义的法拉第电磁感应定律。教师在教学中应更多地发掘逆向思维的素材，学生在分析和解答这样的问题时常常会陷入“山穷水尽疑无路”的正向思维，此时，教师应注意启发学生运用逆向的思维，促成学生直觉显现，走向“柳暗花明又一村”的境界。简捷的思路，快速而准确3的解决问题又能激发学生大脑的潜能，感受到学习的乐趣。例 4如图4 所示，碉堡的射击孔离地面高为H=20m ，一个战士在距离射击口为S=30m 的水平地

11、面投掷手榴弹。为了使手榴弹恰好水平地从射击孔Hv0 和仰角v0飞入，求应以多大的速度投掷。这道题目中手榴弹的运动情况尽管不是太复s杂，但斜上抛运动的运动规律的应用学生不太熟悉， 图 4 因此而感到棘手和困惑。这时，教师应启发学生，甚至于可以直接提问学生：在上述情况下，敌人把一个手榴弹从射击孔水平抛出，恰好落在战士的身边，求手榴弹落地时的速度大小和方向。学生通过相似比较，对感官和神经的刺激，必然促成直觉显现，马上会领悟到这是一个平抛运动的逆过程。学生就能很快地算出仰角=argtg2H/S=argtg4/3 ，初速度v0=2 gH /S=25m/s。五原型启示直觉是在相似情况下出现的大脑皮质的暂时

12、性神经联系。在物理教学中，有些物理问题初看上去似乎很难下手，但如果能抓住事物的本质，突出其主要因素，忽略次要因素，找出其物理过程的物理本质特征，把研究对象模型化，通过与贮存于大脑中已有的典型模型比较、联想和演变，必然促成直觉的显现，使问题得以顺利解决，并在直觉思维过程中发展智力，培养能力。例 5 如图 5 所示，四个不同形状，且质量均为M 的小车停在光滑水平面上，小车上质量为 m 的滑块， 由静止开始从一端滑至另一端。求在此过程中，小车和滑块对地的位移是多大。4ahLRb(a)(b)(c)(d)图 5这些题目学生看了以后，会觉得运动过程过于复杂，无从下手而丧失信心。教师若直接告诉学生这些运动在水平方向可用“人船模型”的原理求解，其教学效果末必理想。教师可以先引导学生以小车和滑块组成的系统为研究对象，注意分析水平方向的受力特点和运动特点，定性地建立物理模型，刺激学生的大脑神经，回顾大脑中已有的物理模型，必能促成直觉的显现。学生不难看出，它们都是形异而质同的“人船模型”的变形。根据原理公式轻松地求出小车与滑块对地的位移。总之，在物理教学中促成直觉思维的方法