谈谈物理教学中学生逆向思维能力的培养

吴东兴

摘 要：学校教育给学生的最具生命力的教育成果一定是教会学生发现问题、分析问题的科学思维方法，培养学生解决问题的能力。培养学生的思维能力是教育教学的核心，在物理教学中，根据逆向思维的特征，高效地组织物理教学，精选例题，培养学生的逆向思维能力。

关键词：物理教学；逆向思维；能力培养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）3-0004-3

1 问题的提出

物理知识是在应用一定的物理方法的前提下产生的，学习和掌握物理知识也必须遵循一定的方法。只有掌握了科学方法，才能提高学生的思维能力，才能使学生在以后的学习和工作中少走弯路[1]。学校教育给学生的最具生命力的教育成果一定是教会学生发现问题、分析问题的科学思维方法，培养学生解决问题的能力。下面在元学习理论的指导下，就物理教学中学生的逆向思维能力的培养作一些探讨。

2 逆向思维及其特征

逆向思维是一种创造性的求异思维，属于发散性思维。心理学认为，每一个思维过程都有一个与之相反的思维过程，在这个互逆过程中存在着正逆向思维的联结。所谓逆向思维，就是指和正向思维方向相反而又相互联系的思维过程。就是在实践过程中有意识地去做与习惯的思维方法完全相反的试探，把原来一直如此的事倒过来思考，也就是通常所说的“反过来想一想”“倒着想”。逆向思维是一种开拓创造性的科学思维方法，是一种建设性的思维手段。

3 逆向思维的重要性

逆向思维，实质是冲破原来的框架，把那些“天经地义”“原来如此”的事物颠倒过来思考，是为了达到认识事物的相反方面，揭示不同的现象，获取不同的效果，从中发现新的原理、新的方法、新的工艺、新的结构的目的，从而创造出新的事物。

这在科学研究和现实生活中有着不可低估的作用，许多难题都是从反面突破的，许多发明也是通过颠倒已有事物或从已有事物的反面实现其创造目标的。英国物理学家法拉第从“电生磁”的现象中受到启示，运用逆向思维后提出：磁能否产生电？经过努力他终于发现了“磁生电”的方法。麦克斯韦电磁场理论的基本观点——“变化的磁场产生电场，变化的电场也产生磁场”，也是逆向思维的典型例子。爱迪生将“声音引起振动”颠倒思考为“振动还原为声音”，于是产生了留声机的设想。赫柏布斯把吹尘器的原理反过来，设计出了新的除尘装置，结果发明了吸尘器。

4 逆向思维能力的培养

对于学生逆向思维能力的培养，物理教学中除了向学生介绍相关的物理学史，我们还应加强逆向思维的训练，培养学生运用逆向思维的能力。下面通过案例加以说明。

4.1 运用反证归谬培养逆向思维

反证归谬是逆向思维的一种方法，基本思路是：先反设，即假设问题结论的反面正确；然后归谬，即从这个假设出发，利用已知条件进行严密的逻辑推理，推导出谬误的结论；最后得出结论，指出反设错误，由此确定原来的结论是正确的。它是通过否定反面来肯定正面的。

例1 如图1所示，物体A、B叠放在粗糙的水平桌面上，水平外力F作用在B上，使A、B一起沿水平桌面向右做匀速直线运动。问A、B之间是否存在摩擦力？若有，方向怎样？

解析 假设A、B之间存在摩擦力。以A为研究对象进行受力分析，竖直方向上受力平衡，水平方向上有摩擦力，则A所受外力不为零，那么，A就有加速度，这与A做匀速直线运动矛盾，所以，假设不成立。因此，A、B之间不存在摩擦力。

又如，在新课教学中为了证明任意两条电场线都不会相交，我们可以先假设电场中存在两条相交的电场线，这样的话在它们的交点处的场强就有两个方向，这明显与“电场中某一点的场强方向是唯一的”相矛盾。这样就证明了任意两条电场线都不会相交。

4.2 运用时空反演培养逆向思维

物理学中，有一种时间反演不变特性。时间反演，指把时间的流向倒转，即当时间向“过去”发展时，研究对象的物理过程也可以反向进行。遇到这类问题时可以采用逆向思维，化繁为简。

例2 一颗子弹以600 m/s的速度打穿并排放置的、完全相同的三块木板后，速度恰好减为零，如图2所示。求子弹在三块木板中运动的时间之比。

物理学中，有一种空间反演不变特性。空间反演指把各空间坐标轴的方向同时反转，则物体在原坐标系与反演后的坐标系中的运动规律具有对称不变的规律。遇到这类问题时采用逆向思维，能产生“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”的效果。

例3 如图3所示，ABCD是位于竖直平面内的光滑轨道，水平部分BC较长，其左右两端分别与半径为R的四分之一圆弧AB和半径为r的半圆弧CD相切。在水平轨道上的P点斜向上抛出一小球，使小球恰好沿水平方向进入半圆弧的最高点D，然后沿轨道运动，恰好能上升到四分之一圆弧轨道的最高点A。求：

1）小球在P点抛出时的速度大小和方向；

2）抛出点P与C的水平距离。

解析 本题解答时很容易从小球运动过程P→D→C→B→A正向思考。但是，其中涉及P→D的斜抛运动，求解过程会比较复杂。若用空间反演逆向思维，设想把小球从A静止释放，经B、C到D，然后从D→P做平抛运动，这样一来就简单很多。

4.3 运用执果索因培养逆向思维

一定的原因产生一定的结果，任何结果都是由一定的原因引起，因果常是一一对应的。由原因推导出结果的思维过程为顺向思维。那么，由结果去寻找原因的思维过程就是逆向思维的一种，即执果索因。这种逆向思维也是先假定要证明的结论成立，由此出发，利用一定的物理概念、规律，推导出符合题设中的物理模型的条件。以此判断所证结论是否正确或者获得相关信息。

例4 在匀强磁场中放一个电阻不计的平行金属导轨，导轨跟大线圈M相接，如图4所示。导轨上放一根导线ab，磁场方向垂直于导轨所在平面。欲使M所包围的小闭合线圈N中产生顺时针方向的感应电流，则导线可能怎样运动（ ）

A.匀速向右运动 B.加速向右运动

C.减速向右运动 D.加速向左运动

解析 此题紧扣电磁感应现象中的因果关系，采用逆向思维由果探因。欲使N中产生顺时针方向的感应电流，由右手螺旋定则知，感应电流在N中的磁场方向垂直纸面向里。由楞次定律可知，有两种情况：一是M中有顺时针方向的逐渐减小的电流，其在N中的磁场方向亦向里，且磁通量在减小；二是M中有逆时针方向的逐渐增大的电流，其在N中的磁场方向为向外，且磁通量在增大。两种情况分别对应着ab减速向右运动和ab加速向左运动，故C、D选项正确。

4.4 运用等效替代培养逆向思维

物理学的研究内容是极其复杂的，但其内部仍然存在着多种角度下的等同性。物理学中有许多概念、规律是互逆的。在认识复杂事物的本质规律时，可以从这种等同性出发，将其转化为等效的、简单的、易于研究的情境。

比如，力学中由物体的受力情况可以联系到物体运动状态的改变，也可以从物体的运动状态的改变追溯找到物体的受力情况。比如，对于动能定理，从正向理解是“若外力对物体所做的总功不为零，物体的动能一定发生变化”，也可等效地从反向理解为“如果物体的动能变化，一定有外力对物体做功”。高中物理中类似的还有功能原理等。

例5 一根质量均匀、不可伸长的绳索，重为G，A、B两端固定在天花板上，如图5所示。在最低点C施加一个竖直向下的力将绳拉至D点，在此过程中，绳索AB的重心位置（ ）

A.逐渐升高 B.逐渐降低

C.先降低后升高 D.始终不变

解析 首先，认真审题，在C点施加竖直向下的力将绳拉至D点，则外力对绳做正功。无法直接判断重心的位置变化，由功能原理知，在C点施加的竖直向下的力做了多少功，就有多少能量转化为绳的机械能。又因为绳的动能不增加，所以，绳的重力势能增加了，即绳的重心位置升高了，所以，本题的正确答案为选项A。

培养学生的思维能力是教育教学的核心，是解决物理难教、难学问题的一个突破口。作为思维的一种形式，逆向思维蕴育着创新、创造思维。在物理教学中，结合教材内容，有意识地从逆向思维的重要性、特征、方式、方法等方面来引领，加强逆向思维能力的训练，方可以提高学生的思维水平，提升学生的学习能力。

参考文献：

[1]陈克利.探讨物理学习中的思维障碍——关注高中生的思维能力培养[J].物理教学探讨，2012，（12）：17.

[2]王双华.通过试题归类例析高中物理科学思维方法[J].物理教师，2013，（3）：30.

[3]谢祥金.《电磁感应》单元测试题[J].物理教学探讨，2008，（8）：52.

[4]阎金铎，主编.田世昆，胡卫平，著.物理思维论[M].南宁：广西教育出版社，1999.

[5]那瑛，郭建辉.基于元学习理论的大学英语教学策略构建[J].语言教育，2014，（1）：9.

（栏目编辑 赵保钢）