通过习题教学培养学生直感思维能力的探讨

(江苏省赣榆县教育局教研室，江苏 赣榆 222100)

直感为形象思维能力，属于显意识，与潜意识的灵感不同，它是知觉形成的基础之一.物理直感思维是以物理表象为思维材料，通过事物的形象特征认识事物的物理内容、本质，并作出判断的科学思维.在中学物理教学中，培养学生的直感思维能力，有利于对物理知识的理解和对物理思想方法的感悟，有利于应用物理知识解决实际问题能力的提高.在培养学生思维能力方面，习题教学是培养学生直感思维能力的途径之一.

1 培养形象识别直感思维能力

用某物理表象的特征与具体物理形象进行比较，通过形象分析，判断该具体物理形象是否与某物理表象同质的思维形式称为形象识别直感.物理学中的形象识别主要表现为将实际物理对象、物理状态、物理过程、物理现象的形象归入某类物理表象，使主体能迅速将问题定向，认清解决问题的方向或途径.

(1)过程识别

图1

例如图1所示，AB是半径为1m的光滑圆弧，弧长为4cm，A点与水平面相切.现将一小球从B点由静止释放，设小球下滑到圆弧底端A所需时间为t，为使小球下滑时间增加为2t，则下列方法中可采用的是( )

A．将小球的质量增加为原来的2倍

B．将圆弧的半径增加为原来的4倍

C．将圆弧的弧长增加为原来的2倍

D．将小球从圆弧的中点由静止释放

图2

分析：将圆弧AB想像为圆弧CAB的一半，如图2所示，那么，小球沿圆弧BAC作往复运动，即振动.又由于圆弧AB的半径1m远大于圆弧AB的长度4cm，因此，这一图景可以认为是小球的运动与单摆摆球运动一样作简谐运动.这样就将这个事件的物理过程纳入单摆振动的物理表象.

(2)状态识别

图3

例如图3所示，在场强为E、竖直向上的匀强电场中，有一半径为r的光滑绝缘圆环，圆环面与电场方向平行.在环上套一质量为m、带电量为+q的小球.在圆环的最低点A处，当小球以多大速度运动时，小球对圆环没有压力？

图4

分析：小球在通过圆环最低点A处时对圆环没有压力，只受到竖直向下的重力和竖直向上的电场力，且作圆周运动.这与一个球在竖直轨道内作圆周运动，小球在轨道最高点处于临界状态类似(如图4所示).这样，就将这个事件的物理状态纳入到圆周运动的临界状态的物理表象.

2 培养形象类比直感思维能力

根据两个(或两类)不同对象的部分属性(包括成分、性质、结构、功能等)相似，而推出这两个(或两类)对象的其他属性也可能相似的思维形式称为类比.形象类比直感的基本环节是形象的联想和比较，首先针对类比对象的形象进行联想和比较，其次是对所研究的对象在成分、性质、结构、功能等方面，进行联想和比较，以便从已知事物的判断过渡到对未知事物的直感.

(1)因果相似类比

因果相似类比是以A对象中各因素之间的因果关系为桥梁而进行的类比，从而探索与之相似的B对象的原因或结果.

例在平缓的海滩上，可以看到不论海中的水波向什么方向传播，当到达岸边时总是大约沿垂直与海岸的方向传播过来，试解释原因.

图5

分析：水波是波，应该具有波的一系列性质.我们知道光波与水波虽然本质不同，但由于它们都是波，所以都具有反射、折射、干涉和衍射等性质.如图5所示，对于光波来说，当一束光从光疏媒质进入光密媒质时，光线将向法线方向偏折，同时传播速度减小.

图6

解答：将水波与光波类比可知，当水波进入海岸附近海滩时，由于阻力等作用水波传播速度减小，使水波发生折射现象，使水波传播方向逐渐趋向垂直于海岸(如图6所示).

(2)结构相似类比

两个相似的事物往往会暴露出它们相似的结构，抓住两个不同事物的结构进行类比，往往可以直接得出结论.

图7

例如图7所示，平板小车上固定着一只杯子，杯内有一定质量的水.当小车以加速度a向前加速运动时，杯内水面稳定后与水平方向有一定的夹角α，求α的大小.

图8

分析：解答本题的关键在于将这个对象和问题转化为熟知的对象和问题.在力学中，有如图8所示的问题，有几个质量相同的物体排列在一起，放在倾角为α光滑斜面体上，问斜面体以多大的加速度向前运动，可以使小物体相对于斜面保持静止不滑下？在图8中，分析物体的受力，可以看出，要使每个物体相对斜面静止不动，它们的受力情况相似，根据F=ma，有mgtanα=ma，a=gtanα.

(3)过程相似类比

如果两个事件的动态过程相似，那么，研究一事件的动态过程可以认识另一时间的动态变化情况，这种类比称为过程相似类比.

图9

例如图9所示，在磁感应强度为B的竖直匀强磁场中，有一水平放置的两平行的足够长的直导轨ab和cd.导轨上放有质量为M的光滑静止导体棒MN，在其左边导轨上有一质量为m光滑导体棒PQ，以速度v沿导轨向MN运动，若PQ与MN一直没有相碰.求PQ与MN最终运动速度.

图10

分析：这是一个较为复杂的变化过程，先避开事物局部非相似表象，从整体上作模糊相似处理.当PQ以水平速度向右运动时，使得MN也向右运动，这是一个动态过程.这跟子弹打木块的模型(如图10所示)中的相互作用过程很相似，即把棒PQ当作子弹，把棒MN当作木块，安培力看成子弹与木块间的相互作用力，这样就可以用子弹打木块后二者的动态变化图景来认识PQ与MN的相互作用过程，从而确定本题的解题方法.

解答：根据动量守恒定律有：mv+0=(m+M)v′

3 培养形象等效直感思维能力

从两个物理现象的效果相同出发，将其中一个物理图景转换为另一个物理图景来处理，从而直接得出结果，这种判断称为形象等效直感.

图11

例导线电阻为R，做成一个闭合圆环，半径为r.圆环放在磁感应强度为B的匀强磁场中，一直导线AB以速度v运动，如图11所示，直导线AB电阻不计.求当直导线AB运动到圆心O处的瞬间，直导线中的电流为多大？

图12

分析：当直导线以速度v向右运动时，直导线两端会出现感应电动势，由于整个回路是闭合的，故圆环中有感应电流产生，当直导线运动到圆心处的瞬时，其物理表象等效于图12所示的电路.在此类问题中，若作出这样的等效变换，问题就迎刃而解.

参考文献：

[1]陶伯华.形象思维特征规律探析[J].思维科学,1987,(1).

[2]田世昆，胡卫平.物理思维论[M].南宁：广西教育出版社,1996,(12).

[3]彭孝勇.通过方法教育培养学生思维能力的探讨[J].物理教学探讨,2013,(1).

[4]刘世军.通过习题教学培养学生思维的深刻性[J].物理教学探讨,2009,(6).