“換位”思考，培養(yǎng)思維的靈活性

摘要：通過改換研究對象;改換過程或者位置;改換角度;改換方位進(jìn)行分析，以培養(yǎng)思維的靈活性，為培養(yǎng)思維的發(fā)散性和創(chuàng)新思維打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：研究對象 ? 過程 ? 角度 ? 思維的靈活性

思維的靈活性、深刻性、嚴(yán)謹(jǐn)性、發(fā)散性、批判性等，是衡量思維品質(zhì)的基本要素，而思維的靈活性是基礎(chǔ)，也是培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的起點(diǎn)。下面就物理教學(xué)中，通過“換位”思考習(xí)慣的養(yǎng)成，逐步提升學(xué)生思維的靈活性是一種高效的途徑。

物理學(xué)習(xí)中的“換位”思考并非生活中的設(shè)身處地去體會對方的感受，而是指研討問題的過程中遇到看似無法解決的難點(diǎn)時，通過改換研究對象;改換過程;改換方向;改換角度去突破，尋找解決問題的方法。

一、改換研究對象

頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳，常是人最直觀的反應(yīng)，所以學(xué)生總是習(xí)慣于以要求解問題的主體為研究對象，如要求解A物體的加速度便以A物體為研究對象，求解B物體的受力，便以B物體為研究對象，而忽視了“左顧右盼”，“旁敲側(cè)擊”。

例1、如圖所示，一條形磁鐵放在水平桌面上，在其左上方固定一根與磁鐵垂直的長直導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線通以如圖所示方向電流時（ ? ? ? ?）

A. 磁鐵對桌面的壓力增大且受到向左的摩擦力作用

B. 磁鐵對桌面的壓力減小且受到向右的摩擦力作用

C. 若將導(dǎo)線移至磁鐵中點(diǎn)的正上方，電流反向，磁鐵對桌面的壓力會減小

D. 若將導(dǎo)線移至磁鐵中點(diǎn)的正上方，磁鐵不受摩擦力

解析：幾乎所有學(xué)生首選的研究對象都是磁鐵，但在直線電流產(chǎn)生的磁場中，根本無法確定二者之間是引力還是斥力，更別說磁鐵所受磁場力的具體方向了。如果能迅速轉(zhuǎn)換研究對象并結(jié)合牛頓第三定律進(jìn)行討論，只需作出直線電流處的一條磁總線，并將磁感應(yīng)強(qiáng)度分解到豎直和水平兩個方向B1和B2，然后運(yùn)用左手定則確定兩個分量分別引起的安培力的方向。因B2使得導(dǎo)線受到向下的安培力，因B2使得導(dǎo)線受到向右的安培力，故磁鐵對水平桌面壓力變小，有向左運(yùn)動的趨勢而受到向右的靜摩擦力。

答案：B，D

在求解電路分析方面的問題時，更容易陷入緊盯在題設(shè)的某一用電器，而忽視了其余電路的存在，甚至常常迷失了研究對象，盲目的思考著 ? ? ? ? ? ?、P=I2R等公式。

例2、M為一內(nèi)部安裝有調(diào)速裝置的電動機(jī)，安裝在如圖所示的電路中，如果電路安全方面有保障，求電動機(jī)系統(tǒng)能獲得的最大輸入功率。

解析：若執(zhí)著于研究電動機(jī)系統(tǒng)，因不知其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，根本無法確定功率分配和電流、電壓。迅速切換，將R歸入電源組成一個等效電源E=E，r=r+R，當(dāng)?shù)刃щ娫吹妮敵鲭妷?/p>

時，電動機(jī)獲得最大功率 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。

還有整體與隔離的轉(zhuǎn)換，動量和動量問題中系統(tǒng)的重組等同屬一樣的思維模式。

二、轉(zhuǎn)換位置或過程

在研究物體的運(yùn)動或者從能量的角度分析問題時，極易表現(xiàn)出的思維習(xí)慣就是始終關(guān)注一個物理過程或者一個位置，未能從其他過程或位置去獲取一些補(bǔ)充信息。

例3、如圖所示，物體從光滑斜面上的A點(diǎn)由靜止開始下滑，經(jīng)過B點(diǎn)后進(jìn)入水平面設(shè)經(jīng)過B點(diǎn)前后速度大小不變，最后停在C點(diǎn)，每隔0.2s通過速度傳感器測量物體的瞬時速度，下表給出了部分測量數(shù)據(jù)重力加速度g=10m/s，求：

物體在斜面上下滑的時間;

解析：首先，通過表格提供的數(shù)據(jù)求出加速階段的加速度

減速過程的加速度a2=-2m/s2，加速過程已無法提供有用的信息，但加速過程的末速度大小與減速過程的初速度大小相等，切換至減速過程。

1.4s后繼續(xù)運(yùn)動的時間

整個運(yùn)動過程歷時，

所以在斜面上運(yùn)動的時間t=0.5s

很多問題的解決需要綜合幾個過程進(jìn)行研究，并抓住過渡點(diǎn)或者轉(zhuǎn)折時刻的物理關(guān)聯(lián)。

例4、質(zhì)量為4m的半圓槽左邊靠墻停放在水平地面上，其半徑為R，過兩槽口A、B的切線均為豎直線;現(xiàn)有一質(zhì)量為m的小球（可當(dāng)做質(zhì)點(diǎn)）在A點(diǎn)正上方h=R高處由靜止落下，不計(jì)空氣阻力和一切摩擦，重力的速度為g，求小球在處飛出槽口后到達(dá)的最高點(diǎn)與B點(diǎn)的距離。

解析：基于受力、運(yùn)動和能量三個方面的考量，可將全程分為小球由靜止下落至槽底、從槽底到B點(diǎn)，從B點(diǎn)飛離槽后在空中飛行三個物理過程。

下落至槽底的過程中，小球?qū)Σ鄣膲毫τ兴较蜃蟮姆至?，因墻的阻擋，固槽仍靜止，只有重力對小球做功。

根據(jù)動能定理 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （v1為小球在槽底的瞬時速度）

從槽底到B點(diǎn)的過程中，小球和槽組成的系統(tǒng)

水平方向動量守恒

在B點(diǎn)時（轉(zhuǎn)折點(diǎn)的物理特征），二者之間相對運(yùn)動方向?yàn)樨Q直方向、水平方向共速為Vx系統(tǒng)的機(jī)械能守恒

其中vy為小球到達(dá)B點(diǎn)時的豎直分速度

聯(lián)解得出

小球飛離槽后，做斜上拋運(yùn)動，槽向右勻速運(yùn)動，由于二者水平速度相同，小球一直位于B點(diǎn)正上方，

三、轉(zhuǎn)換“角度”

經(jīng)典物理學(xué)研究問題，通?？梢詮牧εc運(yùn)動、功與能量的關(guān)系、動量與沖量的關(guān)系這三個角度去分析求解，其中討論某一時刻或者某一位置的相關(guān)問題運(yùn)用力與運(yùn)動的關(guān)系求解，從空間的角度討論過程常運(yùn)用功能關(guān)系求解，而從時間的角度討論過程則多運(yùn)用動量與沖量的關(guān)系求解。這些經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)固然能為學(xué)習(xí)帶來許多便利，為求解物理問題提供方向性的指導(dǎo)，但切忌形成思維定勢。

例5、一個質(zhì)量為m、直徑為d、電阻為R的金屬圓環(huán)，在范圍足夠大的磁場中豎直向下落，磁場的分布情況如圖所示。已知磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直方向分量By的大小只隨高度y變化，其隨高度y變化關(guān)系為 By=B0（1+ky）（此處k為比例常數(shù)，且k>0），其中沿圓環(huán)軸線的磁場方向始終豎直向上。金屬圓環(huán)在下落過程中的環(huán)面始終保持水平，速度越來越大，最終穩(wěn)定為某一數(shù)值，稱為收尾速度。求：圓環(huán)收尾速度的大小。

解析：收尾速度應(yīng)是圓環(huán)直線運(yùn)動的最大速度，故F合=0

既磁場對感應(yīng)電流的安培力應(yīng)恰與圓環(huán)的重力平衡，但安培力根本無法表達(dá)出來。

切換角度重新認(rèn)真審題發(fā)現(xiàn)，給定了磁場的豎直分量隨豎直高度變化的函數(shù)規(guī)律，從功與能量的關(guān)系重新嘗試。

達(dá)到收尾速度后，因動能不再增加，圓環(huán)減小的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的能量然后轉(zhuǎn)換為焦耳熱 IE=mgv

四、改換方位

如果對例5改換方位做進(jìn)一步的剖析，又會有新的發(fā)現(xiàn)，環(huán)中電流穩(wěn)定后能勻速下落且環(huán)面保持水平，說明磁場在水平方向的分布為輻式，方向垂直軸，且圓環(huán)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的水平分量BX可求出

通過學(xué)習(xí)訓(xùn)練與反思?xì)w納，可逐步提升思維的靈活性，當(dāng)“山窮水復(fù)疑無路”時，迅速轉(zhuǎn)換對象、過程、角度、方位去分析思考，自會有“柳暗花明又一村”的驚喜。

參考文獻(xiàn)：

[1]任志鴻.十年高考：分類解析與應(yīng)試策略[M].南方出版社，2012.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：78-80.

（作者簡介：饒開宏，本科，中學(xué)高級教師，單位：武漢外國語學(xué)校，研究方向：物理學(xué)科教學(xué)。）