发散性思维在大学物理实验教学中的应用研究

吴秀梅 李向江 马士华

[摘 要] 将发散性思维的教学模式应用到大学物理实验的实践教学中，通过一个学期的教学实践，观测学生思维能力及解决问题能力的变化情况。实践结果表明：发散性思维的教学方式，不但有利于培养学生的思维能力、创新能力、分析问题和解决问题的能力，而且有利于增强学生的学习兴趣。这对培养学生的思维能力具有一定的参考价值。

[关键词] 发散性思维;大学物理实验;创新能力

[基金项目] 2021年度中央高校教学改革专项基金“大学物理实验”（5207022103A）

[作者简介] 吴秀梅（1980—），女，河南信阳人，博士，东南大学物理学院副教授，主要从事低维材料研究;李向江（1977—），男，浙江宁波人，博士，宁波财经学院数字技术与工程学院讲师，主要從事宽禁带半导体导电薄膜材料研究;马士华（1972—），女，黑龙江友谊人，博士，东南大学物理学院讲师，主要从事生物分子的太赫兹频谱研究。

[中图分类号] O411 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）15-0109-04 [收稿日期] 2021-10-22

引言

随着社会对人才能力要求的日益提高，高校作为培养人才的重要基地，越来越重视大学生创新能力和解决实际问题能力的培养[1-9]，这种能力究其实质就是思维能力。思维能力是可以通过实践训练来提升的。用发散思维的模式去思考分析问题是提升思维能力的有效途径之一。发散思维是一种多视角思维，是对同一事物或现象从不同的角度加以思考，获得新的认知或解决问题的思维方法。它避免了思维定式，不仅有利于问题的解决，而且有利于加深对事物的全面理解。同时，每转换一个新的视角都有可能引发一个新发现或新发明的产生。因此，在高等教育教学中，培养学生的发散思维模式，对推动人才创新能力的培养有着重要的意义。

大学物理实验是大学理工类专业的基础必修课，也是大学生进行科学实验训练的实践性基础课程。该课程不同于常规理论课的地方在于：学生需要在课堂上亲自动手操作实验仪器、测试实验数据，并对数据进行分析讨论。无论是在实验仪器的操作过程中，还是在实验数据的分析上，都有可能遇到各种实验问题。用不同的方法和从不同视角去分析解决这些问题，为培养学生的发散思维能力提供了有利的训练机会。当前存在的普遍问题是，无论是教师还是学生，在实验课上对发散转换能力的培养，还未引起足够的关注。对教师而言，大学物理实验课更多的关注点在于对实验原理、操作内容等讲解上。对学生而言，大多按部就班地按照教师的讲解去完成实验，对实验过程中遇到的问题很少进行认真深入的思考，他们的关注点大多在于拿到这门课的学分。这种应试思维模式既难以激发学生的学习兴趣，又难以提高学生分析和解决问题的能力。因此，寻找新的教学模式，增强学生的学习兴趣，提高学生的分析解决问题的能力，是促进教学改革的重要内容之一。本文将发散思维的教学模式应用于大学物理实验教学中，研究了发散思维模式的教学方法对学生的学习兴趣及分析解决问题能力的影响。

一、发散思维的培养方法与思路

针对大学物理实验，通过转变实验方法和转换分析问题的角度，引导学生去分析解决在实验中遇到的问题，以培养学生的发散思维能力。

通过转变实验方法培养学生的发散思维能力，以《材料弹性模量的测量》实验[10]为例来说明。该实验中需要解决的一个问题是：在长度接近2米的金属丝正下方加10N的力F时，测量出金属丝在长度方向的微小伸长量△L。在传统实验的长度测量上，通常应用刻度尺直接进行测量。但是△L值在理论值上只有几个毫米，相对于2米长的金属丝来说，这个长度方向的微小伸长量△L，人眼既难以观察到，也不易用现有的实验刻度尺直接测量。本实验巧妙地通过转换思维模式，改变实验方法[10]：即将不易观测的微小物理量，根据光杠杆镜尺组的放大原理，通过测量其他容易观测的物理量，运用公式运算，进而实现微小伸长量△L的值（间接测量）的计算。这个实验中问题的解决得益于实验方法的转换，即将直接难以测量的微小物理量△L，通过实验方法的设计，转换到测量其他易测物理量，进而通过计算实现间接测量出△L，使问题得以解决。在实践实验过程中，当学生遇到无法解决的实验问题时，教师要鼓励他们考虑转换实验方法去解决问题。在一次次的实践过程中，学生分析解决问题的能力会日益提高，其思维能力在实践训练中也不断得到提升。

从转换分析问题的角度培养学生发散思维能力，其方法是根据实际实验情况，引导学生多角度地去分析产生实验问题的可能原因，避免思维定式或单一思维模式分析问题。这里继续拿《材料弹性模量的测量》实验[10]为例。这个实验中，有个内容是用螺旋测器测量金属丝的直径，在金属丝长度方向的不同位置测6次。比如有同学的测量结果如表1。

在对金属丝直径的6次测量中，其直径值在0.610附近，但上述中的第4个数据是0.588，与0.610相差较大，属于“异常数据”。这里就可以引导学生从多个角度分析这个数据异常的原因，比如从人为因素、仪器因素等不同角度分析。从人为因素角度分析，又可以考虑是人的读数有误还是人的测量方法有误。从仪器角度分析，又可以从实验仪自身原因及测量仪两个角度去考虑。从实验仪角度考虑，比如该实验中的金属丝，如果在外力作用下呈现非比例伸长，那么金属丝在长度方向的不同位置，其粗细可能会不一致，就会出现表1中的数据4的情况，这种情况出现时，实验中常常需要更换金属丝。这种分析思维，不仅有利于问题的解决，还有利于进一步研究金属丝在受力作用下的弹性形变。从测量仪器角度去分析实验数据的异常，又可以从测量仪器出厂的精度，以及测量仪器因长时间放置产生变形等因素分析。这种从不同角度分析问题，再加以分析总结的模式，不仅有利于对问题的全面性分析认识，而且有利于发散思维能力的训练。

在实验实践过程中，当学生开始主动尝试从不同角度分析问题时，教师要给以及时的鼓励。其好处是学生在接下来的实验中，会不断地尝试从不同角度去思考问题。当学生经过多角度去分析问题，从而使得问题得到完整分析或解决时，教师适时引导学生对解决问题的思维模式进行总结，从中学习经验，并在此后的学习中去应用验证，继而再总结，如此循环。在这个过程中，学生的思维能力会得到明显提高，多角度分析解决问题的能力会明显增强，学生的自豪感和学习兴趣会油然而生。上述培养学生发散思维的思路流程如图1所示。

二、實验研究对象

研究对象为同年入校的114名大学一年级学生，均来自同一所大学，授课选用教材均为《大学物理实验》[10]，实验中所需要使用的实验仪器及实验环境等客观条件均相同。

研究对象分为对照班和实验班。对照班为常规教学班级，总人数为58人。对应对照班，教师采用传统的授课方法，即通过讲解物理实验的背景、原理、实验仪器、实验要求，学生按照要求去完成实验或者验证实验规律、实验原理，得出相对应的实验结论。实验班为培养学生发散思维的班级。实验班采用发散思维的教学模式，引导学生转换实验方法或者从不同角度去分析解决问题，总人数为56人。在实验的过程中，一方面，教师会提出和本实验相关的问题，引导学生转换思维去分析问题;另一方面，针对学生遇到的具体问题，鼓励学生突破思维定式，尝试新的实验方法或多角度去思考问题。

三、研究实施要点和结果

发散思维的教学模式中，其要点强调以学生为中心。无论是教师提出的实验问题，还是学生在实验中遇到的具体问题，始终都是以学生为核心，以引导学生用不同方法或从不同角度去分析问题，进而解决问题。在此过程中，不断培养学生的思维能力及分析解决问题的能力。这种发散思维的教学模式，同时蕴含着对学生探究精神和钻研意识的培养。

考核方法是：在实验教学内容和实验条件都相同的情况下，进行接近一个学期的实验课学习后，教师根据实验内容，设置相同的实验问题，以试卷的形式，对实验班和对照班的全体同学进行考查。根据学生对问题的思维角度、解决问题的方法，以及课后对问题交流讨论的积极主动性，来判断发散思维的教学模式对学生学习效果的影响。

表2是对照班和实验班的同学不同思维模式分析解决问题人数占比。其中STP指单一思维模式分析解决问题（single thinking pattern to analyze and solve problems），或者说，只用一种实验方法或者某个固定的角度去思考问题。DTP指发散思维方式分析解决问题（divergent thinking pattern to analyze and solve problems），即能用不同的实验方法或者可以从多角度去分析解决问题。

从表2可见，对照班的56名同学中，有43名同学解答问题的思路相对单一，而且其思维偏向于惯性思维，接近总人数的77%。有13人提出不同的实验方法或者多角度去分析问题，给出不同的思考，占总人数的23%。实验班58名同学中，有35人从不同角度去分析思考问题，解决问题的方法也更多样化，约占总人数的60%。从数据对比上看，实验班的同学更容易打破单一思维模式，提出更新颖的思考思路，对问题有更多层面的分析，解决问题的方法也更加多样化。

表3是对照班和实验班的同学积极主动讨论交流问题人数及占比的对照。其中ADP代表积极主动讨论交流问题（actively discuss problems）。从表3可见，对照班的同学在完成实验后，只有大约14%的同学会主动交流讨论问题，大部分同学对待实验课的心态像是完成了一项学习任务;实验结束，相应的任务也就结束了。实验班有接近52%的学生在实验结束后会主动交流讨论问题，比如交流分析问题的思路、思维模式转换的路径、实验方法的应用，以及个人收获等。相比于对照班，实验班的同学更关注个人成长，通过实验学到了什么，积累到什么知识，他们表现出更大的学习积极性。

结语

第一，发散思维的教学模式有利于培养学生分析问题和解决问题的能力。从统计结果来看，在问题的思考模式上，实验班相比于对照班有更多的学生会多角度分析问题，而这种多角度分析问题的思维方式，提高了他们分析问题的深度和解决问题的能力。这种能力有利于学生在大学物理实验课上学习新知识，也有利于学生对其他课程的深入学习与理解，为以后的学习研究打下了良好的思维基础。

第二，发散思维的教学模式有利于激发学生学习的积极主动性。在实验实践的过程中，学生通过多角度思考问题，采用不同的实验方法解决问题，不仅有利于培养思维能力，而且有利于促进新思路的形成、创新能力的激发。这种活跃性的思维模式，又积极地影响着学生探索能力和积极主动性的培养。

参考文献

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[10]钱锋，潘人培.大学物理实验[M].北京：高等教育出版社，2018：77-81.

Research on the Application of Divergent Thinking in College Physics Experiment Teaching

WU Xiu-mei1， LI Xiang-jiang2， MA Shi-hua1

（1. School of Physics， Southeast University， Nanjing， Jiangsu 211189， China;2. College of Digital Technology and Engineering， Ningbo University of Finance and Economics， Ningbo， Zhejiang 315000， China）

Abstract： The teaching mode of divergent thinking is applied on the practical teaching in College Physics experiment. After a semester of teaching practice， which aims to observe the change of students’ thinking ability and problem-solving ability， the results show that the teaching method of divergent thinking not only helps to cultivating students’ ability of thinking， innovation， problem analysis and problem solving， but also promoting to enhance students’ interest in learning. This study has certain reference value for cultivating students’ thinking ability.

Key words： divergent thinking; College Physics experiment; innovative ability