逆向思維在中學(xué)物理教學(xué)中的運(yùn)用

摘要：逆向思維是一種思維的方式。它從相反的角度、不同的立場、不同的側(cè)面去思考問題。當(dāng)某一思路受阻時(shí)，能夠迅速轉(zhuǎn)移到另一思路，從而使問題得到順利的解決。在中學(xué)物理教學(xué)中，可以通過在概念、規(guī)律教學(xué)中滲透逆向思維、在解題教學(xué)中運(yùn)用逆向思維、在創(chuàng)造教育中訓(xùn)練逆向思維等多種途徑，充分發(fā)揮逆向思維在中學(xué)物理教學(xué)中的重要作用。

關(guān)鍵詞：逆向思維；中學(xué)物理教學(xué)；運(yùn)用；思維方式

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-6148(2008)2(S)-0020-4

逆向思維是一種與傳統(tǒng)的、邏輯的或群體的思維方向完全相反的思維方式。它善于從相反的角度、不同的立場、不同的側(cè)面去思考問題，當(dāng)某一思路受阻時(shí)，能夠迅速轉(zhuǎn)移到另一思路，從而使問題得到順利的解決。［1］在中學(xué)物理教學(xué)中靈活運(yùn)用逆向思維，對(duì)于促進(jìn)學(xué)生深刻理解物理知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生良好的思維品質(zhì)，提高學(xué)生的創(chuàng)造能力，都有著非常重要的作用。

1 在概念、規(guī)律教學(xué)中運(yùn)用逆向思維

1.1 列舉反例，糾正學(xué)生錯(cuò)誤的前概念

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)是一個(gè)自主建構(gòu)知識(shí)意義的過程。學(xué)生在學(xué)習(xí)任何知識(shí)之前，都有自己的前概念，教師的任務(wù)就是暴露并動(dòng)搖學(xué)生錯(cuò)誤的前概念，進(jìn)而糾正學(xué)生錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。列舉反例，能使學(xué)生的思維發(fā)生激烈的沖突，動(dòng)搖并糾正錯(cuò)誤的前概念。如在學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)和力時(shí)，針對(duì)大部分學(xué)生頭腦中固有的“力是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”這一錯(cuò)誤觀念，教師可以通過列舉反例“快速行駛的汽車在剎車之后，還要繼續(xù)行駛一段距離才會(huì)慢慢停下來”來說明物體在不受外力作用時(shí)（由于慣性）還要維持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而在受到外力作用（地面阻力）時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)要發(fā)生改變，從而糾正學(xué)生的錯(cuò)誤觀念。

1.2 反向思考，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)的運(yùn)用能力

中學(xué)物理教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生用相反的方式進(jìn)行思考，是培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)運(yùn)用能力的一種重要方式。如在學(xué)習(xí)了凸透鏡成像規(guī)律之后，可先讓學(xué)生判斷照相機(jī)、幻燈機(jī)的成像性質(zhì)，然后運(yùn)用逆向思維解釋它們的成像原理。通過這種方法，可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解釋生活現(xiàn)象、解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)還可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。

1.3 反證歸謬，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解

從思維方法的意義上來說，反證法就是一種特定的逆向思維方法。通常，反證的基本程式是這樣的：（1）反設(shè)-根據(jù)原命題提出與它對(duì)立的反命題。（2）歸謬-從假設(shè)的反命題出發(fā)，運(yùn)用已知條件、物理規(guī)律進(jìn)行分析推理，論證反命題不成立（不正確）。（3）結(jié)論-肯定原命題成立（或正確）。教學(xué)中對(duì)于有些難點(diǎn)問題，可以通過反證法來促進(jìn)學(xué)生的理解。如學(xué)生對(duì)冰水混合物溫度一定為0℃感到不易理解，若用反證法就能很好地解決這個(gè)問題：可先假設(shè)冰水混合物的溫度大于0℃（提出反命題），即它的溫度比冰的熔點(diǎn)高，此時(shí)冰應(yīng)早已全部熔化成水了，這跟題設(shè)條件矛盾（歸謬），可見上述反命題不正確；同理假設(shè)冰水混合物的溫度小于0℃，即比水的凝固點(diǎn)低，此時(shí)水應(yīng)早已全部凝固成冰了，同樣跟題設(shè)條件矛盾，該反命題也不正確。因此，冰水混合物的溫度一定為0℃。

1.4 在矛盾處設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生全面地看待問題

任何事物都是矛盾的統(tǒng)一體，運(yùn)用逆向思維、從矛盾的不同方面進(jìn)行思考，往往能認(rèn)識(shí)事物的更多方面。例如，學(xué)生一般都知道人體接觸帶電體就可能發(fā)生觸電事故。在學(xué)習(xí)測電筆的使用方法時(shí)，就可以這樣設(shè)問：為什么使用測電筆時(shí)，雖然使手接觸筆尾金屬體，但不觸電呢?在學(xué)習(xí)“熱傳遞”時(shí)，可補(bǔ)充設(shè)問：為什么保溫瓶不僅能用來裝開水，而且能用來裝冰棍?而在學(xué)習(xí)“機(jī)械功和機(jī)械能”時(shí)，既可介紹從“功和能”的角度研究力學(xué)現(xiàn)象，又可復(fù)習(xí)已學(xué)過的從“力”的角度來研究力學(xué)現(xiàn)象。在教學(xué)中，有針對(duì)性地對(duì)學(xué)生進(jìn)行這方面的訓(xùn)練，能讓他們很自然地接受辯證唯物主義觀點(diǎn)，學(xué)會(huì)全面地看待問題。

2 在解題教學(xué)中運(yùn)用逆向思維

2.1 逆向推理，訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維能力

物理問題的分析，有兩種基本的思考方法：一種是從已知量入手，順著物理過程的發(fā)展變化方向，運(yùn)用物理規(guī)律依次推理，直到把待求量跟已知量的關(guān)系全部找出為止，這種方法稱為綜合法；另一種以待求量為入口，逆著題中物理過程的發(fā)展變化方向，追根溯源，直到把所有的未知量都用已知量表示出來為止，這種方法稱為分析法。［2］分析法是一種邏輯性很強(qiáng)的逆向思維方法，教學(xué)中多鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用分析法來考慮問題，可以訓(xùn)練學(xué)生的邏輯推理和逆向思維能力。

2.2 時(shí)間反演，把復(fù)雜的問題簡單化

時(shí)間反演就是把時(shí)間的流向倒轉(zhuǎn)，它屬于對(duì)稱性操作過程。通過時(shí)間反演的這種逆向思維操作，常會(huì)使得對(duì)問題的處理變得較為簡單或容易找到解決問題的入口。

例1 有一個(gè)由斜面和豎直放置的半徑為2.5m的半圓環(huán)組成的光滑軌道，如圖1所示?，F(xiàn)要想在平地上拋出一個(gè)小球，使它在半圓環(huán)的最高點(diǎn)A處平滑而無碰撞地進(jìn)入環(huán)形軌道， 再沿斜面上升到10m的高度，應(yīng)在平地上何處、以何速度、多大拋射角拋出小球？（取g＝10m/s2）

解析 根據(jù)題意，可設(shè)想時(shí)間反演。若將小球由B點(diǎn)釋放沿斜面下滑，經(jīng)D點(diǎn)到A點(diǎn)作平拋運(yùn)動(dòng)，恰好落到C點(diǎn)，則由機(jī)械能守恒，設(shè)h＝10m，對(duì)于由B到A的過程：mgh＝mg2R＋mvA2/2。由B到C的過程中，mgh＝mvC2/2。小球由A點(diǎn)作平拋運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，則按平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律：sC D＝vAt和2R＝gt2/2。聯(lián)立求解以上方程即可得出：小球應(yīng)在平地上距D點(diǎn)10m處，以14.1m/s的初速度v0，與水平方向成45°角拋出。

2.3 運(yùn)用可逆性原理，破解物理學(xué)難題

可逆性原理，為求解物理學(xué)開辟了一條重要的途徑。用常規(guī)方法不易解決或無法解決的問題，應(yīng)首選這一原理進(jìn)行分析，往往能快速、準(zhǔn)確地找到答案。

例2 在圖2所示中，一束平行光通過一個(gè)盒子后成為較寬的平行光束，那么該盒子中的光學(xué)器件可能是( )

A.先一個(gè)凸透鏡，后一個(gè)凹透鏡。

B.先一個(gè)凹透鏡，后一個(gè)凸透鏡。

C.先后兩個(gè)凹透鏡。

D.先后兩個(gè)凸透鏡。

解析 根據(jù)光路可逆，不妨把盒子右邊的平行光束看作入射光線，把左邊的平行光束看作出射光線。由于左邊平行光束較窄，因此右邊的平行光束經(jīng)第一個(gè)光學(xué)元件后必成為會(huì)聚光束，會(huì)聚光束再經(jīng)過第二個(gè)光學(xué)元件后又成為平行光束。由此可推理：右邊的光學(xué)元件一定是凸透鏡，左邊的光學(xué)元件可能是凸透鏡，也可能是凹透鏡。答案為B和D。

2.4 養(yǎng)成反思的習(xí)慣，提高解題的正確率

中學(xué)生習(xí)慣于用正向思維（又稱“定勢思維”或“惰性思維”）進(jìn)行解題，這往往會(huì)造成解題的疏漏或錯(cuò)誤。若在解題后能常常引導(dǎo)學(xué)生反過來想一想，并使學(xué)生養(yǎng)成題后反思的習(xí)慣，不僅可以發(fā)現(xiàn)解題過程中的疏漏或錯(cuò)誤，提高解題的正確率，還可以克服思維的片面性，提高思維的靈活性。

例3 某人騎自行車以4m/s的速度勻速前進(jìn)，某時(shí)刻在他前面7m處以10m/s的速度同向行駛的汽車開始關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，而以2m/s2的加速度減速前進(jìn)。此人需要多長時(shí)間才能追上汽車？

分析 該題習(xí)慣的解法是：設(shè)騎車人追上汽車時(shí)，共同耗時(shí)ts。

由題意：s人=s車+7m；s人=4t；

s車=10t-1/2×2m/s2×t2。

聯(lián)立求解以上方程即可得出：

t=7s或-1s（舍去）。

該解答是否正確呢？若能引導(dǎo)學(xué)生反過來想一想“汽車能運(yùn)行7s嗎”，便會(huì)發(fā)現(xiàn)該解法是錯(cuò)誤的。實(shí)際上汽車在5s末便停止了。常規(guī)的解決追擊問題的方法成了此題錯(cuò)解產(chǎn)生的原因。正確的解法是：汽車停止只需t0=5s，汽車的位移s車=vt0=25m，騎車人的位移s人=s車+7m=32m，可解得追擊時(shí)間 t=8s。

3 在創(chuàng)造教育中運(yùn)用逆向思維

3.1 反向設(shè)問，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神

反向設(shè)問是逆向思維最基本的形式之一。自然科學(xué)的發(fā)展中，許多重大的發(fā)明都是在此基礎(chǔ)之上產(chǎn)生的。因此，中學(xué)物理教學(xué)中應(yīng)多運(yùn)用反向設(shè)問，借以培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神和創(chuàng)新意識(shí)。例如，在學(xué)習(xí)“電磁感應(yīng)”之前，可先讓學(xué)生回顧奧斯特實(shí)驗(yàn)，并設(shè)問：既然電能夠產(chǎn)生磁，那么，反過來磁是否能產(chǎn)生電呢?在學(xué)習(xí)發(fā)電機(jī)之前，可先復(fù)習(xí)一下電動(dòng)機(jī)的實(shí)質(zhì)：電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后再設(shè)問：能否制造出一種把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)器呢? 

3.2 改變角度，在探索難題中訓(xùn)練思維能力

許多難題，用常規(guī)方法常一時(shí)難以得解。此時(shí)如果運(yùn)用逆向思維，從不同的角度去思考問題，往往會(huì)收到意想不到的效果，使問題得到順利的解決。

例4 如圖3所示，甲、乙兩個(gè)形狀不同、底面積相同的臺(tái)形容器，分別裝入質(zhì)量相同、密度不同的液體，其密度分別為ρ1、ρ2(ρ1＜ρ2)，深度h1＞h2，請比較兩個(gè)容器底受到液體壓強(qiáng)的大小。

分析 如果正向思維用公式p=ρgh常規(guī)方法解答，由于密度ρ1＜ρ2，深度h1＞h2，兩容器底受液體壓強(qiáng)p1與p2的大小不能確定。采用逆向思維：分別將臺(tái)形容器甲、乙逆推視為圓柱形容器丙、丁的上開口面積變化而形成；由于丙、丁這兩個(gè)底面積相同的圓柱形容器裝入質(zhì)量相同密度不同的液體，底部受到的壓強(qiáng)是相等的(根據(jù)p=F/S=G／S=mg／S)，以此作為中間量進(jìn)行比較；把圖甲臺(tái)形容器看成是圓柱形容器丙的上開口面積變大，液體深度變小，容器底受到液體的壓強(qiáng)變?。欢鴪D乙臺(tái)形容器看成是圓柱形容器丁的上開口面積變小，液體深度變大，容器底受到液體的壓強(qiáng)變大；從而判定出甲容器底受到液體壓強(qiáng)小于乙容器底受到的液體的壓強(qiáng)。

3.3 變換思維方式，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力

物質(zhì)與所具有的性質(zhì)有著對(duì)應(yīng)的關(guān)系，所以，我們可以由物質(zhì)推知物質(zhì)的性質(zhì)，同樣，我們也可以從某種性質(zhì)去識(shí)別某種物質(zhì)。例如每一種物質(zhì)都有一定的密度，人們常常根據(jù)密度的大小去鑒別物質(zhì)，那么，反過來可以這么認(rèn)為：如果發(fā)現(xiàn)了某種從未發(fā)現(xiàn)過的物質(zhì)密度，可能就是發(fā)現(xiàn)了新的物質(zhì)。像氬氣就是通過這種方式發(fā)現(xiàn)的。中學(xué)物理教學(xué)中，應(yīng)多借助于這種生動(dòng)的例子，教育、引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)和實(shí)際生活中常常變換思維方式來考慮問題，久而久之，可以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

［1］謝學(xué)芳.毛國永.《初中物理教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生逆向思維的訓(xùn)練》.《物理教師》.2005年第3期 

［2］閻金鐸.《物理教學(xué)論》.廣西教育出版社.1996年12月.P368-369

(欄目編輯黃懋恩)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。