试论物理实验教学与学生发散思维方法的训练

邵晋英

科学方法作为知识的内核与脉络，虽然支配着知识的获取和应用，但却不是由知识内容来直接表达的，而是往往隐藏在知识的背后，既不易掌握，又容易为师生所忽略[1]。因此，如果单纯关注知识的教学，学生从中学到的科学方法将只能是零星的，不连贯的。因此，在物理教学中，教师有必要明确教给学生一些基本的思维方法，促使学生形成良好的思维品质。本文依托物理实验教学，结合具体事例，初步探讨了在教学中培养和训练学生发散思维方法的有关途径。

一、发散思维的概念和特征

发散思维作为创造性思维的核心成分，其在教学中的地位举足轻重。所谓发散思维，又称为求异思维，是指在思维过程中能够根据已有的信息，打破常规，从不同方向、不同角度寻求变异，探索多种解决方案或解决问题的新途径的思维方式。发散思维的主要特征表现为流畅性、变通性和独特性。

二、发散思维方法的训练

发散思维的方法有很多，如多向思维、逆向思维、侧向思维等。下面着重讨论如何就上述三种方法对学生展开训练。

1.多向思维

所谓多向思维就是指针对同一条件，从不同的方向和角度去思考、寻求解决问题的各种方法和途径。为了培养与训练学生的多向思维能力，我们可以从两个方面进行考虑。

首先，要在物理问题的问法与提法上下工夫。一个物理问题的结构对于学生的物理思维和解答程序具有引导作用，换句话说，就是提问的方式，决定着思考的方式和回答的内容[2]。对同一问题，采用不同方式提问，效果截然不同。例如，关于如何使用天平测量物体的质量，可以这样提问：用天平怎样测量物体的质量？这种思路狭窄的提问方式，意味着只能有一个标准答案。而如果这样提问：你能想出多少种测量物体质量的方法？这种思路发散的提问方式，决定了答案的开放性和多样性，以及对学生思维引导的有效性和促进作用。

其次，要在问题本身的设计上广开思路。比如可以设计一些一题多解、一题多问、条件多余需选择或条件不足需假设的问题，甚至可以通过答案不清待确定的开放性、不完善的习题，来培养学生多角度、多侧面、用不同方法思考和解决问题的习惯，以便于沟通知识之间的内在联系。

【案例】围绕初中物理概念“压强”的教与学，利用身边随处可见的实验资源，能设计出哪些演示实验或学生分组实验？

根据控制变量法的原则，应围绕控制物体“受力面积和压力”两个变量来考察“压力的作用效果”，从而进行实验材料的选择。根据本课题要求，我们把实验设计重点确定为寻找生活中具有“同一物体各端面积不同”结构特点的物品或器具上。为此，首先把实验材料分为文具、服饰(包括鞋)、日常用品、常见工具、人体结构(或肤觉的利用)和其他类别，然后启发学生通过发散思维，尽可能多地列举身边方便获取的每一类可供利用的资源。

本课题中，基本符合要求的实验材料有：(1)文具类：一头削尖的铅笔、中性笔或笔芯、文具盒、笔筒、长方形橡皮、墨水瓶、书籍等；(2)服饰类(包括鞋)：冰鞋、旱冰鞋、高跟鞋与平底鞋等；(3)日常用品：板凳、桌子、椅子、肥皂、图钉、勺子、杯子、筷子、两端粗细不均的各类瓶子等；(4)常见工具：钉子、刀具、螺丝刀、锥子、斧头、铲子等；(5)人体结构(或肤觉的利用)：脚与膝盖、指肚与指甲、手指与手掌、站立与趴下等；(6)其他类：砖块、硬纸盒等，或者利用木材、泡沫板等材料自制一些具有“同一物体各端面积不同”结构特点的物品。同时，为了突出压力作用效果，便于学生观察和体验，加深学生对“压强”概念的理解，还需要选择以下实验材料对实验效果进行放大：细沙、海绵、泡沫板、橡皮泥等。最后，要求学生自选上述材料设计多种实验方案并进行探究学习。

2.逆向思维

思维方向有“顺向”和“逆向”之分。顺向思维指的是按人们一般的思维习惯从正面、表面或明显的、易于接受的方向进行思维。逆向思维则相反，它是从事物的反面，从一般思维习惯的反方向来思考和分析问题。在物理实验教学中，培养和训练学生逆向思维的方法通常有：

(1)利用典型实验，训练和培养学生的逆向思维习惯

科学史上运用逆向思维进行发明创造的例子不胜枚举。例如电磁感应定律的提出，就是法拉第依靠逆向思维，借助奥斯特的电流磁效应实验得到启示：既然电能够生磁，磁能否生电？历经10年探索，设计了各种实验，他终于发现了电磁感应现象，揭示了电磁的本质。从物质到反物质，从粒子到反粒子等许多近现代物理成果的发明或发现也都巧妙地运用了逆向思维的方法。这些经典案例告诉我们，如果教师能充分挖掘教材中这些成功的实验对学生进行启发引导、强化和训练，不仅有助于开发和训练学生的逆向思维能力，形成良好的思维品质，同时也可培养学生形成辩证唯物主义世界观。

(2)执果索因，教给学生逆向思维的方法

教学实践中发现，大多数学生喜欢从正面思考问题，即由原因推导出结果。但对某些较为复杂的物理问题，顺向思维的解决方法往往比较烦琐。这时，如果我们能倒过来想想，即巧妙运用逆向思维，往往会化难为易，化繁为简。为此，教师在教学过程中应当有意识地增强逆向思维的训练力度来挖掘学生的思考潜能。比如进行变式教学：改变已知与未知的关系，或把问题倒过来，构成执果索因的逆向性命题。在物理学中，需要逆向思考的问题很多。其中，光学与电学中的“黑箱”问题，需要利用反证法证明的问题等，都是可以采用逆向思维来解决的典型问题。

【案例】“楞次定律”的导入设计

教师首先出示一只黑箱，该黑箱有两个洞口。假设一只老鼠想进黑箱偷食物，若用纸板挡住观察视线，学生就不知道老鼠是从哪个洞口进去的。但是教师却说：“如果是同学们操作我来猜，我能知道。”面对学生质疑的目光，教师随即选了两位学生帮助做实验，自己背对实验装置。结果大出学生预料：无论他们选择让老鼠从哪个洞口进入黑箱，教师均能准确无误地猜到。这激起学生极大的兴趣和求知欲望。这时，教师趁势引出本节课的教学内容—如何判断感应电流的方向，并启发学生当顺向思维遇到障碍难以解决问题时，不妨把问题倒过来想一想，即根据实验结果来猜测黑箱中实验装置的结构，往往会柳暗花明。这类需要倒过来思考的问题不仅是对所学知识的极好考查，同时也增强了问题的挑战性和实效性，使思维方向得以充分扩展。

中学物理实验按照实验目的可分为验证性实验和探索性实验两大类。验证性实验为正向思维，其思维程序通常是按部就班地进行：提出问题—进行猜想—设计实验—运用实验进行检验(证实或否定)—评估结果，如对牛顿第二定律的实验验证；探索性实验则为逆向思维，其思维程序是：实验—观察—数据分析—总结规律，如对匀变速直线运动的研究。这两种实验的思维方向刚好是相反的。两种实验类型相比较，探索性实验因为更符合人们对未知世界研究的一般习惯和程序，有广阔的思维空间，因而成为培养学生创新思维与实践能力的有效途径之一。为此，教师可以将一些验证性实验改成探索性实验，从而强化学生的探索精神和逆向思维能力的培养。

3.侧向思维

侧向思维，是指思维的方向既不是顺向，也不是逆向，而是从旁延伸。这是从其他领域获得启示而产生新设想的一种思维方法。其常用的方式有联想和类比[3]。物理学的发展历程中利用侧向思维获得巨大成功的例子也比比皆是：有线电报的发明者莫尔斯从驿站换马联想到信号运输，从而产生了设立放大站的设想，实现了信息的远距离传输；瓦特看到水蒸气顶开水壶盖想到发明蒸汽机；卢瑟福通过原子与太阳系的类比，提出原子结构的“行星模型”假说；等等。这些都是侧向思维应用的典范。

要想使学生养成侧向思维的习惯，就要经常进行以下训练：

(1)勤于思考，善于联想

联想是利用两个事物之间在本质或形象上的某些相似之处，从已知的事物推导出未知的事物，获得新知识的一种方法。如由整体联想到部分，由条件猜测可能出现的结果，由力联想到重力、弹力、摩擦力等。只要平时在思考问题时，有意识地训练学生由一种事物尽可能多地联想到其他事物，就可有效地训练他们的联想能力。

(2)触类旁通，学会类比

类比是根据两个(或两类)对象之间在某些方面的相同或相似之处，从而推出它们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维方法。在单元教学结束后，教师可以经常有意识地引导学生进行类比，如静电场与重力场，电场与磁场，磁场线与电场线，电势能与重力势能的区别与联系。这样的类比训练不仅有助于沟通新旧知识的联系，同时也可以有效地帮助学生活化物理知识，发展智力，提高思维能力。

三、结束语

发散思维的精髓就是敢于打破常规，多方法、多角度、多层次地提出问题、分析问题和解决问题。在解决问题，特别是解决实际问题的过程中，学生的发散思维能力将得到进一步训练和发展。在这里，问题的选择和设计非常重要，不仅要注意多样性，同时要善于运用“一”和“多”的转化。这类题目绝对不是靠简单的死记硬背书本知识和套用物理公式就能解决的，而是需要从发散的角度，运用创造性思维来解决。这样的教育和训练正变得越来越重要。

[1] 王棣生.中学物理创新教法[M].北京:学苑出版社.2001.

[2] 乔际平,刘田珉.物理创造思维能力的培养[M].北京:首都师范大学出版社,2001.

[3] 王加微,原灿.创造学与创造力开发[M].杭州:浙江大学出版社,1986.