高中物理教學(xué)中學(xué)生逆向思維的培養(yǎng)

隨著科技的飛速發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，社會(huì)各界對(duì)創(chuàng)新型人才的需求日益增長。逆向思維是創(chuàng)新思維的重要組成部分，能幫助學(xué)生打破傳統(tǒng)的思維定式，以新穎獨(dú)特的方式分析問題和解決問題，從而培養(yǎng)出具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的創(chuàng)新型人才。因此，在高中物理教學(xué)中采用科學(xué)合理的手段培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維能力，是滿足現(xiàn)代化創(chuàng)新型社會(huì)需求的必要舉措。本文以“摩擦力”為例，探究了高中生逆向思維的培養(yǎng)理論依據(jù)和原則，提出了構(gòu)建物理情境、設(shè)計(jì)探究任務(wù)、開展物理實(shí)驗(yàn)、布置物理作業(yè)等培養(yǎng)學(xué)生逆向思維的策略。本文旨在通過逆向思維的培養(yǎng)，提高高中物理教學(xué)活動(dòng)的效率及質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)及發(fā)展。

一、高中物理教學(xué)中學(xué)生逆向思維的培養(yǎng)理論依據(jù)

（一）建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為學(xué)習(xí)是一個(gè)主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)的過程。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不能只是被動(dòng)地學(xué)習(xí)知識(shí)和接受知識(shí)，而是要通過已經(jīng)形成的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與外部環(huán)境的相互作用主動(dòng)積極地建構(gòu)知識(shí)。逆向思維是常見的一種思維方式，是學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重要組成部分。在進(jìn)行高中物理教學(xué)活動(dòng)時(shí)，教師應(yīng)有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用逆向思維分析問題和解決問題，讓學(xué)生站在不同的角度和層面審視問題，逐漸加深對(duì)物理知識(shí)的理解和掌握。

（二）認(rèn)知發(fā)展的理論

在高中物理教學(xué)中，認(rèn)知發(fā)展理論是學(xué)生逆向思維培養(yǎng)的理論依據(jù)之一。一般情況下，學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展會(huì)經(jīng)歷感知運(yùn)動(dòng)、前運(yùn)算、具體運(yùn)算和形式運(yùn)算四個(gè)階段。逆向思維通常在具體運(yùn)算階段開始萌芽，在形式運(yùn)算階段得到進(jìn)一步發(fā)展。高中生正處于形式運(yùn)算階段，已經(jīng)通過前面的學(xué)習(xí)具備了一定的抽象思維能力。所以，教師需要在進(jìn)行物理教學(xué)時(shí)培養(yǎng)和提升學(xué)生的逆向思維。

（三）思維心理學(xué)理論

思維心理學(xué)理論主張思維分為兩種，即正向思維和逆向思維。其中的正向思維是指按照事物原有的發(fā)展順序和發(fā)展方向進(jìn)行思考的思維方式，逆向思維則是指從事物的反面、對(duì)立面或者是相反的方向進(jìn)行思考的思維方式。逆向思維的特點(diǎn)包括創(chuàng)新性、批判性和敏捷性等，能在一定程度上培養(yǎng)和提升學(xué)生的物理思維能力，促進(jìn)學(xué)生的成長。

二、高中物理教學(xué)中學(xué)生逆向思維的培養(yǎng)原則

（一）循序漸進(jìn)原則

逆向思維的培養(yǎng)并不是一朝一夕之事，教師需要有一定的耐心和信心，循序漸進(jìn)地進(jìn)行引導(dǎo)和指導(dǎo)。在高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生逆向思維時(shí)，教師就需要遵循循序漸進(jìn)的原則。教師應(yīng)以學(xué)生的認(rèn)知水平和物理基礎(chǔ)為依據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用逆向思維思考和探究問題，即讓學(xué)生從最簡單的逆向思維問題開始，逐漸增加難度，直至學(xué)生能獨(dú)立解決復(fù)雜的逆向思維問題，以幫助學(xué)生建立起逆向思維框架，并逐步提高逆向思維能力。

（二）啟發(fā)性原則

在素質(zhì)教育背景下，學(xué)生成為課堂教學(xué)的主體，教師轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂教學(xué)的組織者和引導(dǎo)者。思維能力的培養(yǎng)依托于問題的分析和研究，教師應(yīng)從教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際情況出發(fā)，提出啟發(fā)性的問題，借此引導(dǎo)學(xué)生站在不同的角度和層面逆向分析問題和思考問題。并且，教師還需要給予學(xué)生一定的鼓勵(lì)和表揚(yáng)，讓學(xué)生能在課堂教學(xué)中大膽地提出自己的見解和遇到的問題，并與意見相左的學(xué)生進(jìn)行有效的討論和辯論。這既能激發(fā)學(xué)生的逆向思維興趣，又能使學(xué)生養(yǎng)成運(yùn)用逆向思維解決問題的習(xí)慣。

（三）主體性原則

為了在高中物理課堂教學(xué)中有效培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維，教師需要嚴(yán)格遵循主體性原則。在具體實(shí)施教學(xué)活動(dòng)時(shí)，教師需要充分尊重學(xué)生的個(gè)體差異和思維方式，讓學(xué)生能主動(dòng)積極地探索問題、獨(dú)立自主地思考問題和快速有效地解決問題。借助小組合作和實(shí)驗(yàn)探究等多樣化的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生可以主動(dòng)積極地參與逆向思維的培養(yǎng)，從而加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解和掌握，同時(shí)掌握逆向思維的運(yùn)用方法。

（四）系統(tǒng)性原則

在高中物理課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生逆向思維時(shí)，系統(tǒng)性原則要求教師注重知識(shí)的系統(tǒng)性和連貫性。即采用科學(xué)合理的手段將逆向思維的培養(yǎng)貫穿整個(gè)高中物理教學(xué)，不管是基本概念和原理的教學(xué)，還是物理定律和公式的教授，教師都應(yīng)發(fā)揮引導(dǎo)作用，讓學(xué)生從逆向的角度進(jìn)行思考和理解；注重不同的知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系和銜接，幫助學(xué)生形成完整的逆向思維知識(shí)體系。

三、高中物理教學(xué)中學(xué)生逆向思維的培養(yǎng)策略

（一）構(gòu)建物理情境

在培養(yǎng)逆向思維的高中物理教學(xué)中模擬或再現(xiàn)物理現(xiàn)象的真實(shí)場(chǎng)景，可以引導(dǎo)學(xué)生從多個(gè)角度和層面逆向地審視物理問題和理解物理問題。這種方式的有效應(yīng)用可以激發(fā)學(xué)生的好奇心和探索欲望，使其主動(dòng)積極地思考問題、分析問題以及解決問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維能力。為了提高高中物理課堂教學(xué)的效率和質(zhì)量，充分培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維，教師需要充分注重情境的生動(dòng)性、真實(shí)性和啟發(fā)性。

以魯科版必修第一冊(cè)中的第三章《相互作用》中的第三節(jié)“摩擦力”為例，教師可以在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)創(chuàng)設(shè)科學(xué)合理的物理情境。“在一個(gè)光滑的水平面上，放置著一個(gè)質(zhì)量為m的木塊。現(xiàn)在，我們用一個(gè)水平方向的力F去推動(dòng)這個(gè)木塊，使其開始運(yùn)動(dòng)。然而，在運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，我們發(fā)現(xiàn)木塊突然停止了運(yùn)動(dòng)。”在創(chuàng)設(shè)好物理情境后，教師可以提出：“木塊為什么會(huì)停止運(yùn)動(dòng)？是不是因?yàn)槭艿搅四撤N阻力的作用？”之后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用逆向思維分析木塊停止運(yùn)動(dòng)的原因。學(xué)生在經(jīng)過一段時(shí)間的思考后，做出回答：“木塊受到了水平面給它的摩擦力f的作用，這個(gè)摩擦力與推動(dòng)它的力F方向相反，阻礙了木塊的運(yùn)動(dòng)。”這樣可以初步培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維能力。教師接著可以提出：“如果水平面不是光滑的，而是粗糙的，那么摩擦力f會(huì)如何變化？木塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)又會(huì)如何改變？”學(xué)生需要運(yùn)用逆向思維繼續(xù)進(jìn)行思考和探究，理解摩擦力的影響，從而培養(yǎng)自身的逆向思維能力。通過在高中物理課堂教學(xué)中進(jìn)行物理情境的構(gòu)建，教師可以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用逆向思維進(jìn)行思考和探究。這樣學(xué)生能更深入地理解和掌握摩擦力的概念和性質(zhì)，培養(yǎng)自身的逆向思維能力和問題解決能力。

（二）設(shè)計(jì)探究任務(wù)

探究任務(wù)可以起到引導(dǎo)和指導(dǎo)的作用，能讓學(xué)生深入思考和探究知識(shí)，培養(yǎng)及提升自身的逆向思維能力。作為學(xué)生成長路上的引路人和課堂教學(xué)活動(dòng)的組織者，教師應(yīng)設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性和啟發(fā)性的探究任務(wù)，并確保這些探究任務(wù)具有科學(xué)性、合理性以及可操作性，能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和好奇心。這樣才能使學(xué)生站在不同的角度，運(yùn)用逆向思維審視物理問題和理解物理問題，從而加深對(duì)知識(shí)的認(rèn)知和提高問題解決能力、創(chuàng)新能力。

以魯科版必修第一冊(cè)中的第三章《相互作用》中的第三節(jié)“摩擦力”為例，教師可以圍繞課堂教學(xué)的內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際情況設(shè)計(jì)科學(xué)合理的探究任務(wù)，來培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維。測(cè)量不同材料表面的摩擦力：選取不同材料（如木板、玻璃、塑料、橡膠等）作為水平面，將一個(gè)木塊放置在這些水平面上并用彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)木塊，在拉動(dòng)木塊時(shí)需要記錄木塊開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的拉力（即最大靜摩擦力）。然后讓木塊在水平面上勻速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)記錄此時(shí)的拉力（即滑動(dòng)摩擦力）。在完成任務(wù)的過程中，學(xué)生需要運(yùn)用逆向思維思考問題：“為什么不同材料表面的摩擦力不同？如果我們要減小或增大摩擦力，應(yīng)該選擇什么樣的材料或采取什么措施？”

探究摩擦力與物體質(zhì)量的關(guān)系：在相同的水平面上面放置不同質(zhì)量的木塊，運(yùn)用彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)這些木塊并記錄它們開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的拉力（即最大靜摩擦力）和勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的拉力（即滑動(dòng)摩擦力）。教師可以在學(xué)生進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的探究時(shí)提出：“摩擦力與物體的質(zhì)量有什么關(guān)系？如果我們要在相同的水平面上移動(dòng)一個(gè)更重的物體，需要更大的力嗎？為什么？”基于此，教師可以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用逆向思維進(jìn)行思考以及探究。通過在高中物理課堂教學(xué)中設(shè)計(jì)科學(xué)合理的探究任務(wù)，教師可以讓學(xué)生參與主動(dòng)思考、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集數(shù)據(jù)和分析結(jié)果等環(huán)節(jié)，并嘗試從逆向的角度解釋物理現(xiàn)象和預(yù)測(cè)物理現(xiàn)象，提高學(xué)生的物理素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維能力、創(chuàng)新思維能力和實(shí)踐能力。

（三）開展物理實(shí)驗(yàn)

開展物理實(shí)驗(yàn)是高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生逆向思維的有效策略之一。物理實(shí)驗(yàn)可以為學(xué)生提供一個(gè)直觀具體的物理環(huán)境和物理氛圍，使學(xué)生能在觀察、操作和測(cè)量的過程中深入理解物理現(xiàn)象和物理規(guī)律。在物理實(shí)驗(yàn)中，教師可以讓學(xué)生逆向思考物理過程，探究物理現(xiàn)象背后的原因和機(jī)制。在高中物理課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維時(shí)，教師需要有意識(shí)地開展物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)的過程中進(jìn)行有效的逆向思考和探究，逐步培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維能力。

以魯科版必修第一冊(cè)中的第三章《相互作用》中的第三節(jié)“摩擦力”為例，教師可以通過“探究靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力的關(guān)系及影響因素”的物理實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維能力。在開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，教師需要準(zhǔn)備“木塊”“彈簧測(cè)力計(jì)”“水平桌面”“不同材料的表面（如木板、玻璃、塑料等）”“砝碼”等實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)生靈活運(yùn)用相關(guān)知識(shí)進(jìn)行探究和探索，從而培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維能力。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，學(xué)生需要先測(cè)量滑動(dòng)摩擦力，即將木塊放在水平桌面上，運(yùn)用彈簧測(cè)力計(jì)沿著水平方向緩慢地拉動(dòng)木塊，直到木塊開始運(yùn)動(dòng)，然后采用科學(xué)合理的方式記錄木塊開始運(yùn)動(dòng)前彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，即為靜摩擦力的大小，最后通過多次的重復(fù)實(shí)驗(yàn)取平均值以提高準(zhǔn)確性。隨后，學(xué)生需要測(cè)量滑動(dòng)摩擦力，在相同的水平桌面上用彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)已經(jīng)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的木塊，使其保持勻速直線運(yùn)動(dòng)；記錄此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，即為滑動(dòng)摩擦力的大小；同樣重復(fù)實(shí)驗(yàn)多次，取平均值。在此基礎(chǔ)上，教師可以讓學(xué)生改變木塊與桌面之間的接觸材料，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程，觀察并記錄靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的變化；在木塊上增加或減少砝碼，改變木塊的質(zhì)量，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程，觀察并記錄摩擦力的變化，以此深入探究本實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中的影響因素。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，教師可以提出：“為什么不同材料表面的摩擦力不同？質(zhì)量的變化是如何影響摩擦力的？”學(xué)生需要進(jìn)行逆向思考，逆向推理出靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的影響因素以及它們與物理規(guī)律之間的關(guān)系。在高中物理教學(xué)中開展科學(xué)合理的物理實(shí)驗(yàn)，既能讓學(xué)生深入理解相關(guān)知識(shí)，又能培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維。

（四）布置物理作業(yè)

精心設(shè)計(jì)的物理作業(yè)有利于培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維。教師應(yīng)通過多樣性且具有挑戰(zhàn)性的題目，引導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用逆向思維方法去分析和解決物理問題。

以魯科版必修第一冊(cè)中的第三章《相互作用》中的第三節(jié)“摩擦力”為例，教師可以布置逆向分析題和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的物理作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維。例如，設(shè)置逆向分析題：“一個(gè)物體在水平桌面上靜止不動(dòng)，現(xiàn)在給物體施加一個(gè)水平向右的拉力，物體開始運(yùn)動(dòng)。請(qǐng)逆向分析物體從靜止到運(yùn)動(dòng)的過程中，摩擦力是如何變化的，并解釋原因。”學(xué)生需要從物體開始運(yùn)動(dòng)的結(jié)果出發(fā)，逆向推理出摩擦力在物體運(yùn)動(dòng)過程中的變化情況以及這種變化是如何影響物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的。設(shè)置實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題：“設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來探究不同材料表面間的靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)方案需要逆向驗(yàn)證摩擦力與接觸材料之間的關(guān)系，并給出預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。”學(xué)生需要設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，通過逆向思維來確定實(shí)驗(yàn)步驟和測(cè)量方法，以驗(yàn)證不同材料表面間的摩擦力關(guān)系，在預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行逆向分析的過程中得出摩擦力與接觸材料之間的規(guī)律。在高中物理教學(xué)中布置物理作業(yè)，可以讓學(xué)生靈活運(yùn)用逆向思維的方法分析和解決與摩擦力相關(guān)的物理問題，充分培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維能力。

四、結(jié)語

逆向思維和傳統(tǒng)的思維方式存在很大的差異，它們之間的不同之處在于思維的發(fā)散性和創(chuàng)新性。以往進(jìn)行物理知識(shí)的學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生往往會(huì)對(duì)物理模型形成固定的思維模式，限制了學(xué)生思維的發(fā)展和解決問題的思路，而逆向思維旨在打破這種模式，激發(fā)學(xué)生的思維活躍度和發(fā)散性，提高學(xué)生深入探究能力和深度思考能力。綜上所述，學(xué)生逆向思維的培養(yǎng)是一項(xiàng)具有重要意義的工作。通過不斷的探索和實(shí)踐，教師能培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維，讓學(xué)生在逆向思維的引領(lǐng)下領(lǐng)略物理學(xué)的魅力。