趙海燕

如何通過物理教學達到培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、學好物理的科學方法,從而對學生進行創(chuàng)新教育,不僅是物理教師普遍關注的問題,也是當今社會的重大課題。新課改后各種版本的新教材都在這一環(huán)節(jié)上進行了大膽的嘗試并做了不懈的努力,人教版必修一中就以整整一節(jié)的篇幅介紹《伽利略對自由落體運動的研究》,旗幟鮮明地倡導對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),作為物理教師,在課堂教學過程中應充分利用這一契機,把握教材,以科學家的科學研究為例,從中尋找創(chuàng)新思維方法,并以此為依據(jù),歸納出物理教學的基本方法。這應該是研究創(chuàng)新教育的途徑之一。

一、借鑒前人科學研究,找尋創(chuàng)新思維方法

伽利略的斜面實驗被稱為十大最美實驗之一,不只是它揭示了一條物理規(guī)律,更重要的是它提供了探索物理規(guī)律的正確思想方法和科學研究方法。因為物理學家探索物理領域的過程與學生學習物理的過程,在本質(zhì)上同屬于人對自然界的認識過程。所以從物理學家的科學研究中去尋找培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的創(chuàng)新思維方法,也是一條有效的途徑,以筆者的粗淺理解在伽利略對自由落體運動的科學研究中蘊藏著三種創(chuàng)新思維方法:

(一)逆向思維方法

所謂逆向思維方法,就是逆著原來的物理過程去分析思考和解決物理問題的一種創(chuàng)造性思維方法。說通俗一點,就是倒過來想。逆向思維方法的特點是依據(jù)結(jié)論找已知條件,或由結(jié)果找原因,也可看成將某一物理過程的初態(tài)和末態(tài)互換后使問題更簡單,計算更方便。伽利略就是用逆向思維方法否定了亞里士多德關于“重物比輕物落得快”的錯誤觀點,從而建立了自由落體定律,他的思維過程是:假定“重物落得快而輕物落得慢”的觀點是正確的,若取兩個物塊ml和m2,使ml>m2,把ml和m2用細繩連接在一起后自由釋放,那么連接體的速度v必然介于ml和m2單獨下落到同一高度時的速度vl和v2之間,即v2v1(因為m1+m2>m1),這樣就從同一命題下得出不能自圓其說的矛盾,因此,伽利略就可以肯定亞里士多德的觀點是錯誤的。

這是一種反證法,反證法本身就是一種典型的逆向思維方法,它在物理教學中有著廣泛的應用,利用反證法可以證明:P-V圖中任意兩條等溫線不相交;電場中任意兩條電場線不相交;勻強電場中電場線是間距相等的一組平行線,電場線與等勢面處處垂直等等,用正向思維方法解決問題如果非常困難的話,我們就可以試用逆向思維方法,化繁為簡、化難為易,甚至把無法解答的問題變得非常簡捷,如光學中的光路可逆問題,電學中的“黑盒”題,都是逆向思維方法的典型例證。

任何物理規(guī)律都有一定的因果關系,只有結(jié)果而沒有原因的事情是不存在的,只要某一物理現(xiàn)象或過程的可逆性存在,運用逆向思維方法就可能取得創(chuàng)造性的成果.如德布羅意受愛因斯坦光電效應啟發(fā),大膽進行逆向思維,提出了著名的德布羅意物質(zhì)波概念。逆向思維方法在創(chuàng)新教育中是不可少的。

(二)直覺思維方法

美國教育家布魯納指出“直覺思維、預感的訓練,是正式的學術(shù)科學和日常生活中創(chuàng)造性思維的很易被忽視而又最重要的特征”直覺是一種富有意義的思維方式,但不同的人,直覺思維存在著很大的差異。其特點是整體的、跳躍的、猜測的,不經(jīng)過詳盡的邏輯推理,不經(jīng)過分析的演繹步驟:伽利略就是運用直覺思維方法,通過觀測,認識到物體在自由下落過程中的主要特征——越來越快,然后借助猜測提出假設——自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動,并提出加速度的概念:a=v/t,運用數(shù)學推理得到s=at2/2。伽利略是用直覺頓悟的思考方法,對自由落體運動規(guī)律作出了重要發(fā)現(xiàn)。一些著名的物理學家都曾肯定和強調(diào)過直覺的作用。愛因斯坦指出“我相信靈感和直覺”、玻爾強調(diào)“實驗物理的全部偉大發(fā)現(xiàn)都是來源于一些人的直覺”。在物理教學中,要實施創(chuàng)新教育,培養(yǎng)學生直覺思維能力就不可忽視。要善于運用直覺頓悟思考方法,必須要有豐富的有關專業(yè)知識和經(jīng)驗。具有與所思考問題有關的知識和經(jīng)驗乃是直覺頓悟的依據(jù)和基礎,這就是說,在物理教學中,我們首先要加強基礎知識的教學,完善知識結(jié)構(gòu),力求整體的掌握和本質(zhì)的理解。還要充分利用新教材所要求必做的探究實驗,引導學生對物理現(xiàn)象和過程所預期的結(jié)論進行“科學猜想”,用直覺頓悟的思考方法在經(jīng)驗的基礎上得出新的結(jié)論,長期堅持這樣做,就可教會學生直覺思維方法,培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維能力。

(三)形象思維方法

用直覺頓悟的思考方法所得到的結(jié)論是否正確,還必須設計實驗進行檢驗和論證。伽利略運用直覺頓悟的創(chuàng)新思維方法得出s=at2/2的結(jié)論后,又用形象思維方法設計理想斜面實驗進行檢驗,多次實驗的結(jié)果表明:小球在斜面上的運動是勻加速運動(即s∝t2)。然后又合理外推,當斜面的傾角θ→90°。時,小球仍然做勻加速運動,從而證明了自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動這一結(jié)論是正確的。至此,自由落體運動規(guī)律才可以表述為h=gt2/2。伽利略用同樣的思維方法提出了“動者恒動、靜者恒靜”的物理規(guī)律,為牛頓第一定律的建立提供了可靠的依據(jù)。

所謂形象思維,就是用形象作為思維的元素和手段來分析思考問題的一種創(chuàng)造性思維方法,形象思維和抽象思維都以感性認識作為基礎,形象思維雖然具有形象性,具有感性直觀的外殼,實質(zhì)上卻是反映著事物本身的屬于理性認識階段的思維活動。物理學中的理想實驗、理想模型都是形象思維的產(chǎn)物,電場線、磁感線甚至光線都是這種形象思維的杰作。作為幸運的物理教師,應充分結(jié)合物理教學的具體內(nèi)容,努力培養(yǎng)學生形象思維能力,對學生的成才具有十分重要的作用。

二、依據(jù)創(chuàng)新思維方法,歸納教學基本方法

一談起教學方法,總?cè)菀资谷税褌鹘y(tǒng)教學上寫的講解、討論、談話、提問、作業(yè)及現(xiàn)代化教學手段運用之類搬出來,誤以為這就是物理教學的基本方法。其實它們只不過是一些教學活動的表現(xiàn)形式,單純靠這些表現(xiàn)形式無法完成物理教學的目的和任務,無法培養(yǎng)創(chuàng)新能力,無法教會學生怎樣去學習。盲目引進和機械照搬教育課本中的各種教學活動的表現(xiàn)形式不是研究創(chuàng)新教育的有效途徑。從物理學家的科學研究中去探索創(chuàng)新教育、歸納總結(jié)物理教學方法不失為一條有效途徑。我們分析伽利略研究自由落體運動規(guī)律的全過程,不難看出,伽利略研究問題的基本方法就是抽象思維、數(shù)學推導和科學實驗相結(jié)合的方法,這一方法就是我們從事物理教學的基本方法,只有這一方法才能完成物理教學的目的和任務,教會學生怎樣去學習,培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力,從而達到“教是為了不教”,“教好是為了學好”的目的。愛因斯坦對伽利略的研究方法給予極高的評價:“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應用的科學方法是人類思想史上最偉大的成就之一,而且標志著物理學的真正開端”?？v觀物理學發(fā)展史,任何物理規(guī)律的建立都離不開伽利略的這一研究方法,物理教師要引導學生掌握這些物理規(guī)律,并同時培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力,那就必須用伽利略的研究方法。所以說,抽象思維、數(shù)學推導和科學實驗相結(jié)合的方法才是物理教學的基本方法,教會學生科學思維方法比教會學生物理知識更為重要。

自由落體運動只不過是高中物理課本中的一節(jié)課,而從伽利略研究自由落體運動的過程中所總結(jié)出來的科學方法,卻對培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力,提高物理教學效果有著十分重要的意義和作用,這種作用有時會影響學生一生的幸福。

作者單位:山東省青島第九中學