在習題教學中培養學生創造性思維品質

在中學物理教學中實施創新教育，培養學生的創新精神和提高創新能力，是教育改革的核心，也是新課標的要求。物理習題教學是中學物理教學的重要環節之一，習題教學是培養學生創新能力的一個有效途徑，通過習題教學不但有助于加深對物理知識的理解與深化，提高學生解題技巧及分析問題和解決問題的能力，同時也能夠培養學生創新思維的深刻性、發散性、靈活性、批判性、獨創性、 全面性、敏捷性等思維品質。下面筆者從教學實踐中的體會談談習題教學中思維品質的培養。

1 通過“一題多變或一題多問”的訓練，培養學生思維的深刻性

思維的深刻性是一切思維品質的基礎，它表現在能透過表面現象和外部聯系，揭露事物本質進而深入的思考問題。通過一題多變或一題多問的訓練，加以錘煉，鞏固發散，培養學生思維的深刻性。

例1A、B兩個完全相同帶電小球電荷量分別為+Q、+9 Q，在真空中相距為L，求它們之間的庫侖力?

解答此題后，根據所涉及的重點知識可以進行如下變換和引申：

變式1若將兩球接觸后仍放回原處，它們間的庫侖力為多少?

變式2 用一個與A、B完全相同的不帶電小球C先與A接觸，后與B接觸，再移走C，A、B間的庫侖力為多少?

變式3 若L→∞或L→0它們之間的庫侖力又分別為多少?

變式4 若將A球固定，將B球由靜止釋放，則B球受到的庫侖力、加速度、速度將如何變化?

變式5若引入第三個小球C，要使三個小球都平衡，則小球C應放在何處?Qc=?電性如何變化?

變式6 若A、B電荷分別為+Q和-9 Q，再引入第三個小球C，要使三個小球都平衡，則小球C應放在何處?Qc=?電性如何?

這種通過對題目的引申擴展或條件變換，使之變為更多、更有新意的問題，豐富了題目的內涵，擴大了知識的覆蓋面，同時深化了所學的知識，達到了懂一題、曉一片的效果。不僅防止和減少了學生思維上的表面性和絕對性的毛病，而且更重要的是培養了學生思維的深刻性。

2 通過“一題多解”的訓練，培養了學生思維的發散性

思維的發散性是指能從眾多的知識領域和多方面的知識出發來解決問題，是思維開闊而全面的品質。由于思維定勢產生的負面效應，學生解題時，往往墨守成規，只能從某種思路上解題，教師針對這種情況，在解完一道題后應考慮能否根據該題的基本特征或因素進行多角度觀察、聯想，啟發學生找到更多思維通路，獲得最佳解題途徑，從而培養學生思維的發散性。

例2 一列總質量為M的列車，沿平直軌道勻速前進，其末節車廂質量為m，中途脫鉤，司機發現時機車已行駛到距脫鉤處L的地方，于是立即關閉油門，撤去牽引力，設阻力與質量成正比，機車的牽引力恒定，求列車兩部分都靜止時，機車比末節車廂多行駛的距離?

解1 運用牛頓第二定律結合運動學公式，這種解答雖然思路清晰，但運算復雜。可靈活改變思路，尋求較佳解題途徑。

解2 運用動能定理求解

對機車：FL—f1s1=0一(M—m)v20/2①

其中F=kM，f1=k(M-m)

對車廂：-f2s2=0-mv02/2②

其中f2=km

聯立①、②即得解

解3 對機車：kML=k(M-m)/△s

解4用速度圖象求解(略)

這種通過多種解法，多種思維過程的求解，能突破慣性思維的束縛，加深知識的縱橫聯系，擴展了學生思維的空間，融多個知識點于一題，搞活了知識，不僅有效地提高學生分析問題和解決問題的能力，更提升了學生應變能力，增強了學生思維的發散性。

3 通過“轉化型習題”的訓練，培養學生思維的靈活性

思維的靈活性是指能夠根據客觀條件的發展與變化，及時地改進先前的思維過程，尋找解決問題的新途徑，是創造性思維的典型特點。解題時，當學生思路受阻或遭遇繁難時，轉向與題設情景對立、相關制約的一面，就可以迅速找到正確的解題途徑，從而培養學生思維的靈活性。

例3 如圖1所示，一半徑為R的絕緣球殼上均勻帶有電量+Q，另一電量為+q的點電荷，放在球心O點上，點電荷受力為零，在球殼上挖去半徑為r(rR)的一個小圓孔，則此時置于球心的點電荷q所受力的大小為= 方向(已知靜電力常量為K)

解析 球殼上剩余電荷對點電荷+q的作用力顯然不滿足庫侖定律的適用條件，用微元法處理，雖可行但很復雜。考慮到小圓孔電荷對點電荷+q的庫侖力與球殼剩余電荷對點電荷的作用力平衡，又因rR，小圓孔的電荷可視為點電荷，且Q1＝r2Q/4R2，所以庫侖定律仍可以間接使用，F1＝KqQ1/R2，即F1＝KQqr2/4R4，方向指向圓孔。

由以上例題看，有些習題用“常規”去思考，往往會出現“山窮水復疑無路”的困境，但若調整思維方向，把問題巧妙轉化后，就有“柳暗花明又一村”之感，通過此類題型的訓練，可以使學生的思維處于那種“追求轉向另一角度思考問題”的動態之中，通過這類習題的訓練，增強了學生思維的靈活性。

4 通過“錯解題目”的訓練，培養了學生思維的批判性

思維的批判性是指在思維活動中獨立思考，精確檢查思維過程及時發現矛盾，捕捉反饋信息，自覺修正錯誤的品質。解完一道題后，應想一想，查一查解答中易出錯的地方或曾出錯的地方，分析出錯的原因，總結應注意的問題，從而培養學生的批判性思維。

例4 質量為M的一座大炮在無摩擦的水平面上，炮筒與水平面成θ角，炮筒內裝有一質量為m的炮彈，當炮彈相對炮口以V0的速度離開炮口時，大炮的后退速度是多少?

由學生上黑板求解，常見有下列解法：

錯解1 不仔細分析動量守恒條件，出現下列運算：

大炮與炮彈動量守恒m(V0-U)-MU＝0

得U＝mV0/(M+m)

分析原因 系統動量守恒的條件，可以整體守恒，也可以某一個方向上動量守恒。

錯解2 mV0-MU＝0

解得U＝mV0/M

分析原因 動量守恒定律中，所有速度應相對于同一參照系。

正確分析 炮彈和大炮在水平方向動量守恒，即m(V0cosθ-U)-MU＝0 解得U＝mV0cosθ/(M+m)。

通過以上習題教學，加深了對動量守恒的理解，深化了所學的知識。在習題教學中有意識布置一些特例，由學生求解，引導學生通過辨析，提出爭議，找一找出錯的地方分析出錯原因，總結應注意的問題，這樣不僅防止思維的表面性，還養成了嚴謹的科學態度，提高了辨析解題錯誤的能力，還增強了學生思維的批判性。

5 通過“特殊思維方法習題”的訓練，培養學生思維的獨創性

分析與比較、歸納與總結、從已知到未知、由簡單到復雜的逐個層次的思維過程，一般稱為常規思維。為了在這一方面有所突破或在中學階段不易解決的問題，我們采用一些含有特殊思維方法的物理習題，(例如逆向思維、等效思維、極端思維、聯想思維等)通過引導學生另辟蹊徑，別出心栽出奇招，逐步培養學生思維的獨創性。

例5 如圖所示2，物體A和B質量均為m，且分別與跨過定滑輪的輕繩連接，(不計繩與滑輪，滑輪與軸之間的摩擦)用水平變力F拉物體B沿水平方向向右做勻速直線運動的過程中，則

A.物體A也做勻速直線運動

B.繩子拉力始終大于物體A所受的重力

C.繩子對A物體的拉力逐漸增大

D.繩子對A物體的拉力逐漸減小

解析 對物體B的運動進行分解如圖VA＝VBcosα易得A錯，B正確，但對C、D選項采用常規解法很難判斷，不易求解。若采用極端思維方法，即物體B勻速向右運動到無限遠時，α限趨向零時，VA也無限接近VB做勻速直線運動，繩子對A的拉力接近重力，所以選項D正確。

由以上例題可知，有些物理習題若采用常規方法求解，會感到題目過于復雜很難求解。但若能突破思維定勢，采用獨特的方法求解，則能化難為易，化繁為簡，同時也鍛煉了學生思維的獨創性。

6 通過“開放型題”的訓練，培養學生思維的全面性

開放型題分為：條件開放題、情景開放題、策略開放題、結論開放題和綜合開放題等五類。由于題型開放，有些題目沒有“完備的條件和固定的答案”，給讀者以想象的空間。如條件開放題是指題中給出的條件有可能產生各種解題結果，必須具體問題具體分析，審時度勢，以敏銳的洞察力透過現象看本質，把問題可能出現的各種可能結果考慮到，并求出來。這樣可以培養學生思維的全面性。

例6(條件開放題) 如圖3，豎直光滑桿上套有一端分別用銷釘M、N固定于桿上的小球，當小球處于靜止狀態，設拔取銷釘M的瞬間，小球的加速度大小為12m/s2，若不拔出M而拔出N瞬間小球的加速度可能為( )(g＝10m/s2)

A.22m/s2，方向豎直向上

B.22m/s2，方向豎直向下

C.2m/s2，方向豎直向上

D.2m/s2，方向豎直向下

解析 本題為條件開放型試題，即加速度方向不明確，必須討論兩種情況

(1)在拔出M的瞬間，當加速度方向豎直向上，則原來下面彈簧必處于壓縮狀態，即彈力F2方向向上，則有 F2-mg＝ma

當拔出N時，F合＝F2＝ma1

解得a1＝22m/s2，方向豎直向下

(2)在拔出M的瞬間，當加速度方向豎直向下，則原來下面彈簧必處于拉伸狀態，上面彈簧也拉伸狀態，則有：F21+mg＝ma

當拔出N時，F合＝F21＝ma 2

解得a2＝2m/s2，方向豎直向上

例7(結論開放題)如圖4，已知盒子里面有一個由電源和幾個阻值相同的電阻組成的電路，盒外有四個接線柱，用電壓表分別測量各接線柱間的電壓得出：U12＝5V，U34＝3V，U13＝2V，U24＝0V，則“黑盒”里的電路該怎樣?

解析(略)

通過這類開放題型的訓練，能使學生產生對現有知識的不滿足，對已有結論不輕信，富有好奇，富于幻想。這樣能促使學生提出一些新奇的問題，大膽質疑，能夠對已有的結論提出不同見解，對問題提出改進，這不僅培養了學生嚴謹的科學態度，多角度思考問題，也培養了學生思維的發散性和全面性。

綜上所述，物理教學中，如何能更有效的培養學生的思維能力，是廣大物理教師和教育科學研究工作者的一個新課題和新任務，也對深化物理教學改革，實施新課程，推進素質教育，全面提高學生的科學素養，培養創造性人才具有重要意義。在習題教學中注重培養學生的創造性思維品質，既需要遵循物理學科特點，又需要遵循學生認知發展的規律。這既是一個較大的理論問題，又是我們每個物理教師所面臨的最重要的實踐問題。

(欄目編輯 趙保鋼)

“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文”