在物理教學(xué)中讓學(xué)生的思維“天馬行空”

　　摘要：發(fā)散性思維對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起著十分重要的作用。本文就高中物理教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維例舉了從空間、時(shí)間和人文三個(gè)方面的案例。
　　關(guān)鍵詞：物理教學(xué)；發(fā)散思維；空間；時(shí)間
　　中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148(2011)2(S)-0035-3
　　
　　所謂“天馬行空”，原意是指駿馬無(wú)拘無(wú)束地極速奔馳，像是騰空飛行一樣。用來(lái)比喻詩(shī)文等氣勢(shì)豪放，不拘一格，也指思維異?；钴S，思想極度發(fā)散。
　　高中學(xué)生思維活躍，好奇心較強(qiáng)。高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)調(diào)：高中物理課程在內(nèi)容上要加強(qiáng)與學(xué)生生活、現(xiàn)代社會(huì)及科技發(fā)展的聯(lián)系，反映當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要成果和新的科學(xué)思想，關(guān)注物理學(xué)的技術(shù)應(yīng)用所帶來(lái)的社會(huì)問(wèn)題。另外，也要求在日常教學(xué)活動(dòng)中，從學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活出發(fā)，教學(xué)內(nèi)容要符合學(xué)生認(rèn)知邏輯的發(fā)展規(guī)律，這樣能更好地促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的積極構(gòu)建。這樣能使物理教學(xué)立足現(xiàn)實(shí)生活，反映現(xiàn)實(shí)生活，服務(wù)于現(xiàn)實(shí)生活。
　　因此，注重理性、抽象思維的培養(yǎng)，注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)，成為當(dāng)今物理教學(xué)的重要目標(biāo)和任務(wù)。讓高中學(xué)生的思維繼續(xù)插上騰飛的翅膀，來(lái)幾次閃光的“天馬行空”，為他們將來(lái)成為具有創(chuàng)新性思維的創(chuàng)新型人才打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。下面舉幾個(gè)案例加以說(shuō)明。
　　
　　案例1：空間思維中的“天馬行空”
　　
　　若將地球表面看作一個(gè)巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地球半徑。地面上有一輛汽車沿著赤道行駛（如圖1）。圖 1根據(jù)分析可知，汽車速度越大，地面對(duì)它的支持力就越小。會(huì)不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度時(shí)，地面對(duì)車的支持力為零？這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力是多大？他這時(shí)可能有什么感覺(jué)？［1］
　　學(xué)生在拱形橋的問(wèn)題中已經(jīng)知道，半徑越小時(shí)車對(duì)橋的壓力與重力之差越大，地球的半徑很大，這種效應(yīng)可能不明顯；學(xué)生還知道，速度越大兩力之差就越大，所以會(huì)在地球上產(chǎn)生明顯的效應(yīng)（比如說(shuō)車輪剛好脫離地球表面，要多快呢？利用圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)學(xué)生很快計(jì)算出v=gR≈7.9km/s。顯而易見(jiàn)，這么大的速度，在現(xiàn)實(shí)生活中汽車是不可能達(dá)到的。那么是不是真的就沒(méi)有現(xiàn)實(shí)意義呢？
　　例如，教師以逐漸增加的速度水平拋出幾個(gè)粉筆頭，讓學(xué)生畫出地球的球形狀，并把教師剛才拋粉筆頭的情形分別畫在同一張圖上（如圖2），學(xué)生可能會(huì)覺(jué)得畫出來(lái)的圖太夸張了。但在這張看似夸張的圖像上，立即有學(xué)生想到要是拋粉筆頭的速度再大一點(diǎn)，再大一點(diǎn)……。天吶！粉筆頭可能會(huì)：往前仍，但會(huì)打在老師的后腦勺上！而且要是老師拋完粉筆頭后往旁邊站一下，在不考慮空氣阻力的情況下，粉筆頭將永遠(yuǎn)不會(huì)落回地面，成了地球的一顆衛(wèi)星！在學(xué)生的一片驚訝聲中教師將牛頓的衛(wèi)星草圖（如圖3）呈現(xiàn)出來(lái)，讓每一個(gè)學(xué)生在這種富有想象力的思維中贊嘆，并體會(huì)這種“成功”的喜悅。
　　
　　案例2：時(shí)間思維中的“天馬行空”
　　
　　假設(shè)A、B兩點(diǎn)相距340m，兩地“同時(shí)”引爆炮仗，設(shè)聲音在空氣中傳播的速度為340m/s，則聲音傳到對(duì)方的時(shí)間分別為多少？若兩個(gè)盲人在A、B兩鳴放炮仗，他們認(rèn)為誰(shuí)先放炮仗？（假設(shè)這兩個(gè)盲人無(wú)物理知識(shí)，且炮仗的聲音在傳播的過(guò)程中不減?。?br/>　　一般的學(xué)生會(huì)認(rèn)為聲音傳到對(duì)方的時(shí)間間隔為1s。兩個(gè)盲人均會(huì)認(rèn)為是自己的炮仗先引爆，原因是兩個(gè)盲人均沒(méi)有扣減他們的測(cè)量時(shí)間，而且他們各自所選擇的參考系也不同。
　　現(xiàn)在將問(wèn)題作進(jìn)一步延伸。如圖4所示，假設(shè)在高速（速度非常大）運(yùn)行的列車上，由車廂底部發(fā)出的閃光，則對(duì)在車上的人和站在地面上的來(lái)說(shuō)，他們是否認(rèn)為光到達(dá)車廂底部的時(shí)間是相同的？
　　由上述知，一般的學(xué)生會(huì)認(rèn)為剛才兩個(gè)盲人各自認(rèn)為自己的炮仗先引爆，另一個(gè)原因是這里有兩個(gè)事件（即：放了兩個(gè)炮仗）。而現(xiàn)在盡管有兩個(gè)參照系，但這里只有一個(gè)事件，因此不論是在車上的人，還是在地面上的人應(yīng)該認(rèn)為光到達(dá)車廂底部的時(shí)間都是相同的，這點(diǎn)不用質(zhì)疑。果真如此嗎？
　　教師引導(dǎo)學(xué)生在黑板上畫出了站在地面上的人所“看到”的光傳播的路徑圖（如圖5）。
　　對(duì)于車上的人來(lái)說(shuō)，閃光是在豎直方向反射的，而車廂外的人認(rèn)為被接收的反射光是沿斜線傳播的。有學(xué)生開(kāi)始感覺(jué)好象“不太對(duì)勁”，并開(kāi)始計(jì)算……。
　　對(duì)于車廂里的人有：
　　Δτ=2hc；（式中c為光速）
　　對(duì)站在地面上的人有：在Rt△AMC中
　　h2+(vΔt2)2=(cΔt2)2（式中v為車速）
　　得：Δt=4h2c2-v2，
　　由上幾式不難得出：
　　Δt=Δτ1-(vc)2。
　　顯而易見(jiàn)，Δt＞Δτ。
　　綜上可見(jiàn)，同一個(gè)事件竟然在不同參照系里的人看，它同時(shí)發(fā)生，但沒(méi)有同時(shí)結(jié)束。此時(shí)學(xué)生會(huì)開(kāi)始七嘴八舌地討論，他們的思維開(kāi)始了“天馬行空”。經(jīng)過(guò)一翻熱烈討論和激烈的思想斗爭(zhēng)之后，他們得到以下結(jié)論：由于光的速度（相對(duì)不同的參照系）是不變的，只要車的速度達(dá)到接近光速的水平，車上的一切物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程，甚至生命過(guò)程都變慢了，也就是神話里所說(shuō)的：天上一天，地上十年。
　　點(diǎn)評(píng)：現(xiàn)在的社會(huì)是一個(gè)極其注重創(chuàng)新能力或者說(shuō)創(chuàng)造能力的社會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生出類拔萃的創(chuàng)新能力需要學(xué)生豐富的創(chuàng)新思維。而這種創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，單靠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S是很難得到的，它還必須依靠學(xué)生“天馬行空”式的想象能力。
　　
　　案例3：人文思維中的“天馬行空”
　　
　　“1938年12月，德國(guó)物理學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轟擊鈾核的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)了生成物中原子序數(shù)為56的鋇?！保?］一個(gè)月以后終于證實(shí)，鈾核在俘獲一個(gè)中子后發(fā)生了一個(gè)重核裂變，變成兩個(gè)中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過(guò)程——核裂變。這一發(fā)現(xiàn)為核能的利用開(kāi)辟了道路。
　　同學(xué)認(rèn)真閱讀上面這段話后，會(huì)得到這樣的信息：發(fā)現(xiàn)時(shí)間是1938年12月，地點(diǎn)是德國(guó)，事件是首次發(fā)現(xiàn)核裂變。然后，每一個(gè)學(xué)生馬上結(jié)合自己的歷史知識(shí)，開(kāi)始思考，思維又天馬行空起來(lái)……。
　　同時(shí)，學(xué)生可能會(huì)有如下的猜想：懸！要是德國(guó)納粹首先將原子彈制造出來(lái)（完全有這可能！），那二次大戰(zhàn)的結(jié)局極有可能軸心國(guó)成為最后的戰(zhàn)勝國(guó)，我們國(guó)家到現(xiàn)在為止還有可能被日本占領(lǐng)著，我們學(xué)生可能……，不敢想了！而且，要是原子彈技術(shù)被某些“別有用心”的人（如恐怖分子等）掌握，那現(xiàn)在的世界就變得極不穩(wěn)定，每個(gè)人都生活在恐怖之中。這時(shí)學(xué)生們的共同心聲：掌握高科技（如克隆技術(shù)，基因組技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)……）的人必須具有一顆用科學(xué)技術(shù)為人類造福之心，用以保證我們科學(xué)技術(shù)的成果造福于人類，而不至于成為禍害。否則我們可能是克隆的“我們”，也可能是虛擬的“我們”……。
　　點(diǎn)評(píng)：中學(xué)物理教育應(yīng)當(dāng)摒棄“重知識(shí)，輕人文”的教育觀點(diǎn)和認(rèn)為人文教育是人文科學(xué)的任務(wù)的想法。同時(shí)物理教師應(yīng)提高自身的科學(xué)修養(yǎng)，使物理教育不但指向“物”，而且指向人，讓物理教育真正成為“立人”的教育！
　　現(xiàn)今的高中物理教學(xué)需非常重視培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力。通過(guò)上面的討論也表明：在培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維的教學(xué)中，需要學(xué)生的想象能力和抽象能力同步發(fā)展。高中學(xué)生的思維正好處在幻想世界和現(xiàn)實(shí)世界的臨界點(diǎn)上，教師應(yīng)該在發(fā)展學(xué)生抽象思維能力的同時(shí)，繼續(xù)讓學(xué)生保持具有幻想力的頭腦。正如心理學(xué)家維果茨基所說(shuō)：在從幻想到現(xiàn)實(shí)感的過(guò)渡階段，幻想在發(fā)展過(guò)程中發(fā)生本質(zhì)的新變化是青少年的想象力與概念思維建立起了親密的聯(lián)系。想象力被理性化，被融入進(jìn)理性思維活動(dòng)系統(tǒng)中，在青少年的人格新結(jié)構(gòu)中開(kāi)始發(fā)揮全新的功能。［3］這樣才能培養(yǎng)學(xué)生理性化、概念化了的高級(jí)想象能力，即高度的創(chuàng)新思維能力。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　?。?］普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)《物理（必修1）》.人民教育出版社，2004，56
　?。?］普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)《物理(選修3-5)》.人民教育