通過習題教學培養學生直感思維能力的探討

(江蘇省贛榆縣教育局教研室，江蘇 贛榆 222100)

直感為形象思維能力，屬于顯意識，與潛意識的靈感不同，它是知覺形成的基礎之一.物理直感思維是以物理表象為思維材料，通過事物的形象特征認識事物的物理內容、本質，并作出判斷的科學思維.在中學物理教學中，培養學生的直感思維能力，有利于對物理知識的理解和對物理思想方法的感悟，有利于應用物理知識解決實際問題能力的提高.在培養學生思維能力方面，習題教學是培養學生直感思維能力的途徑之一.

1 培養形象識別直感思維能力

用某物理表象的特征與具體物理形象進行比較，通過形象分析，判斷該具體物理形象是否與某物理表象同質的思維形式稱為形象識別直感.物理學中的形象識別主要表現為將實際物理對象、物理狀態、物理過程、物理現象的形象歸入某類物理表象，使主體能迅速將問題定向，認清解決問題的方向或途徑.

(1)過程識別

圖1

例如圖1所示，AB是半徑為1m的光滑圓弧，弧長為4cm，A點與水平面相切.現將一小球從B點由靜止釋放，設小球下滑到圓弧底端A所需時間為t，為使小球下滑時間增加為2t，則下列方法中可采用的是( )

A．將小球的質量增加為原來的2倍

B．將圓弧的半徑增加為原來的4倍

C．將圓弧的弧長增加為原來的2倍

D．將小球從圓弧的中點由靜止釋放

圖2

分析：將圓弧AB想像為圓弧CAB的一半，如圖2所示，那么，小球沿圓弧BAC作往復運動，即振動.又由于圓弧AB的半徑1m遠大于圓弧AB的長度4cm，因此，這一圖景可以認為是小球的運動與單擺擺球運動一樣作簡諧運動.這樣就將這個事件的物理過程納入單擺振動的物理表象.

(2)狀態識別

圖3

例如圖3所示，在場強為E、豎直向上的勻強電場中，有一半徑為r的光滑絕緣圓環，圓環面與電場方向平行.在環上套一質量為m、帶電量為+q的小球.在圓環的最低點A處，當小球以多大速度運動時，小球對圓環沒有壓力？

圖4

分析：小球在通過圓環最低點A處時對圓環沒有壓力，只受到豎直向下的重力和豎直向上的電場力，且作圓周運動.這與一個球在豎直軌道內作圓周運動，小球在軌道最高點處于臨界狀態類似(如圖4所示).這樣，就將這個事件的物理狀態納入到圓周運動的臨界狀態的物理表象.

2 培養形象類比直感思維能力

根據兩個(或兩類)不同對象的部分屬性(包括成分、性質、結構、功能等)相似，而推出這兩個(或兩類)對象的其他屬性也可能相似的思維形式稱為類比.形象類比直感的基本環節是形象的聯想和比較，首先針對類比對象的形象進行聯想和比較，其次是對所研究的對象在成分、性質、結構、功能等方面，進行聯想和比較，以便從已知事物的判斷過渡到對未知事物的直感.

(1)因果相似類比

因果相似類比是以A對象中各因素之間的因果關系為橋梁而進行的類比，從而探索與之相似的B對象的原因或結果.

例在平緩的海灘上，可以看到不論海中的水波向什么方向傳播，當到達岸邊時總是大約沿垂直與海岸的方向傳播過來，試解釋原因.

圖5

分析：水波是波，應該具有波的一系列性質.我們知道光波與水波雖然本質不同，但由于它們都是波，所以都具有反射、折射、干涉和衍射等性質.如圖5所示，對于光波來說，當一束光從光疏媒質進入光密媒質時，光線將向法線方向偏折，同時傳播速度減小.

圖6

解答：將水波與光波類比可知，當水波進入海岸附近海灘時，由于阻力等作用水波傳播速度減小，使水波發生折射現象，使水波傳播方向逐漸趨向垂直于海岸(如圖6所示).

(2)結構相似類比

兩個相似的事物往往會暴露出它們相似的結構，抓住兩個不同事物的結構進行類比，往往可以直接得出結論.

圖7

例如圖7所示，平板小車上固定著一只杯子，杯內有一定質量的水.當小車以加速度a向前加速運動時，杯內水面穩定后與水平方向有一定的夾角α，求α的大小.

圖8

分析：解答本題的關鍵在于將這個對象和問題轉化為熟知的對象和問題.在力學中，有如圖8所示的問題，有幾個質量相同的物體排列在一起，放在傾角為α光滑斜面體上，問斜面體以多大的加速度向前運動，可以使小物體相對于斜面保持靜止不滑下？在圖8中，分析物體的受力，可以看出，要使每個物體相對斜面靜止不動，它們的受力情況相似，根據F=ma，有mgtanα=ma，a=gtanα.

(3)過程相似類比

如果兩個事件的動態過程相似，那么，研究一事件的動態過程可以認識另一時間的動態變化情況，這種類比稱為過程相似類比.

圖9

例如圖9所示，在磁感應強度為B的豎直勻強磁場中，有一水平放置的兩平行的足夠長的直導軌ab和cd.導軌上放有質量為M的光滑靜止導體棒MN，在其左邊導軌上有一質量為m光滑導體棒PQ，以速度v沿導軌向MN運動，若PQ與MN一直沒有相碰.求PQ與MN最終運動速度.

圖10

分析：這是一個較為復雜的變化過程，先避開事物局部非相似表象，從整體上作模糊相似處理.當PQ以水平速度向右運動時，使得MN也向右運動，這是一個動態過程.這跟子彈打木塊的模型(如圖10所示)中的相互作用過程很相似，即把棒PQ當作子彈，把棒MN當作木塊，安培力看成子彈與木塊間的相互作用力，這樣就可以用子彈打木塊后二者的動態變化圖景來認識PQ與MN的相互作用過程，從而確定本題的解題方法.

解答：根據動量守恒定律有：mv+0=(m+M)v′

3 培養形象等效直感思維能力

從兩個物理現象的效果相同出發，將其中一個物理圖景轉換為另一個物理圖景來處理，從而直接得出結果，這種判斷稱為形象等效直感.

圖11

例導線電阻為R，做成一個閉合圓環，半徑為r.圓環放在磁感應強度為B的勻強磁場中，一直導線AB以速度v運動，如圖11所示，直導線AB電阻不計.求當直導線AB運動到圓心O處的瞬間，直導線中的電流為多大？

圖12

分析：當直導線以速度v向右運動時，直導線兩端會出現感應電動勢，由于整個回路是閉合的，故圓環中有感應電流產生，當直導線運動到圓心處的瞬時，其物理表象等效于圖12所示的電路.在此類問題中，若作出這樣的等效變換，問題就迎刃而解.

參考文獻：

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