创新性思维在物理习题中的培养

许言,庞礼军

摘 要：提高学生对于物理创新性思维的关键在于培养学生创新的思维品质。通过介绍几种凸显物理创新思维的解题方法：极限法、微元法、等效法，结合对应例题，浅谈如何在物理习题的练习中培养学生的创新性思维。

关键词：创新性思维；物理；习题

1. 培养创新性思维的意义

创新性思维是指以独特且新颖的方法去设法解决问题的思维方式，本质上是一种高级复杂的思维方式。就创新本身而言，是人类进步的阶梯，培养学生创新能力是新时代党对学校教育的要求，是个人发展和时代发展的关键。学校作为培养人才的主阵地，必须顺应时代发展，与时俱进，采用多种方式培养学生的创新思维，提高学生的创新能力，为社会输送创新型人才[1]。物理是研究物质运动规律和物理基础的一门学科，物理学是培养学生创新性思维的良好载体。中学物理教学基于中学生的身心特点，渗透科学思维，进行物理教学，是培养和训练学生创新性思维的最佳途径之一，结合物理学科的特点，其内容广泛、抽象，学生在学习过程中，仅靠死记硬背是远远不够的。创新性思维主要是帮助学生选择更高效的方法解决相应的问题，强化学生对实际问题与物理规律的理解，有效提高学生解决物理问题的能力。

2. 创新性思维在物理题目中的体现

2.1 极限法

极限法是把某个物理条件或者物理量引向极端，即是选择极大值、极小值或极左值、极右值进行分析，即从一特定区域推导到极限值继而进一步判断。

在物理习题教学过程中运用极限法思想引导学生分析某些物理过程时，如果题目中所涉及到的物理量是单调变化的话，恰当应用极限法能有效提高解题效率，拓宽学生思维深度，使思考问题的推理计算量大大减少。

例1：已知一船只在水上进行航行，在其对水速度一定的情况下来回于上下游两船坊之间，当水的流速较大时，船只往返一次的时间计作t1，当水的流速较小时，船只往返一次的时间计作t2。试比较t1与t2的大小。

A. t1=t2                          B. t1＞t2

C. t1＜t2                         D. 条件不足，无法判断

题目中船只在往返一次船坊的过程中存在逆流而上与顺流而下两种情况（假设水流方向下），往返于上下游的时间按照常规思路因需考虑河流流速问题而变得复杂，但是如果教师可以引导学生假设船只速度与水流速度相等，即可摒弃河流流速对于题目的影响，从而进一步推理得出逆流而上时船只相对于地面的速度为零，即船只将不会出发，永远停留在原地，将船只往返一次的时间引向无穷大，巧妙解决往返时间的具体计算，定性的分析来往时间的长短，继而得出，水的流速越小，船只往返所用时间也就越短，亦可判断两者所用时间的长短。

极限法本质是一种以极限推理解决问题的科学思维方式，将复杂的物理情境或物理条件在极限值的条件下进行分析，简化问题。教师在习题讲解过程中引导学生从极限法角度进行剖析可有效加深学生对于题目思路的把握，使学生在面对题目时可逐渐摆脱传统思维模式，减少复杂过程分析的思维定势，促使学生在脑海中形成最为快捷直接的解决突进，发挥创新意识进而形成创新品质。

2.2 微元法

“微元法”作为牛顿力学的数学基础是物理学发展过程中最重要的逻辑思维方法之一，也是分析解决物理问题的常用方法[2]。微元法本质是数学积分思维的一种具象化体现的思维方式，把研究对象分解为众多微小的元单位，并且每个元单位遵循一致的规律和性质，针对其中一个元单位进行分析，使用物理技巧处理进而扩展到整个过程的思维方式。

有一个大小为50N的恒力F作用在半径为R=2.5m的圆形转盘上，恒力F作用于转盘边缘但方向始终保持与作用点的切线方向一致，这个力F围绕圆盘转动一周所做的总功是（）。

A. 250πJ             B. 250 J            C. 100 J                 D. 100πJ

此问题中力F的运动方向恒定,且方向每时每刻都有改变,属变力作功问题,不过因为F的部分力方向始终保持与作用点的速度方向一致,因而可运用微元法的理论加以研究,将圆周路径分割为无数多段加以研究,找一个曲线弧的Δsi值足够小,即在Δsi→0点,可以理解为在一小段弧长内力的方向与位移的方向重合，即可用W=F·S求解。故所求的总功为 W＝F·Δs1＋FΔs2＋…＝F·2πr．选项A符合题意.故答案为A.

教师在题目讲解中渗透微元法思想，可以有效提高学生对于题目的理解。掌握微元法,可以使学生在面对复杂抽象问题时，不拘泥于去寻找规律和方法，可转变思维从部分与整体的角度进行分析，但又可以加强对已知规律的思考，加强学生对于物理模型、规律的巩固，对培养学生创新性思维大有裨益。

2.3 等效法

等效法本质是一种普遍的科学原理，是在保证某一作用效果的前提下，将复杂的物理问题、物理过程用等效且易于研究的物理问题来代替处理的方法，它是分析、解决物理问题的有效途径。因此在物理解题过程中应用等效法，可以有效简化物理问题使学生对物理过程熟悉，活化学生思维，从而减少计算过程，提高学生解题效率，促进学生创新性思维发展。

空间中有一水平向右的匀强电场，半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内，AB是其竖直方向的直径。一质量为m、电荷量为+q的小球套在圆环上，并静止在P点，且OP与竖直方向的夹角θ=37°。不计空气阻力．已知重力加速度为g，sin37°=0.6，cos37°=0.8。若要使小球从P点出发能做完整的圆周运动，求小球初速度应满足的条件。

根据题意，小球套在无摩擦的圆环上并静止于P点，可知小球受到水平向右的电场力和竖直向下的重力，如图3所示小球在P点受到电场力和重力的作用如果进行分解求解计算量过大，这时可把小球受到的力视作为一个等效的力，即小球在一个“重力加速度为1.25g”的重力场中运动，从而把问题化简为只受一个重力的圆周问题进行解决。题目中要使小球能做完整的圆周运动，则小球必须能通过图中的Q点。即在小球从P运动到Q的过程中，根据动能定理有：，从而完成解答。

图1小球在匀强电场中                 图2小球受力分析

物理中的等效法思维具有很强的隐秘性，在教学渗透过程中教师要具体分析等效过程中的思路转换，使学生对等效法有更清晰的认识，细致掌握不同物理情境下等效法的思路和变化，总之,让学生掌握等效的思想,能加深学生对物理概念和规律的认识，强化思维训练,提高发散思维能力。

3. 总结

以上介绍的3种特殊的解题方法只是众多创新思维方法中的一小部分。是在物理课堂教学过程中,教师首先要有进行创新思维方法教学的意识,结合教学进度优选经典例题，并搭配各式各样的发散性问题，从不同角度，各个层面引导学生掌握创新性思维在物理探究过程中的应用，运用不同方法和技巧，研究解决各类物理问题，逐渐培养学生的创新思维。只有让他们真正理解并掌握这些方法,并形成自觉的创新思维意识,才能指导他们正确地进行有效的思维活动,从而促进知识、能力的全面发展。

参考文献

[1]刘桂敏.谈化学教学过程中学生的创新能力培养[J].教学管理与教育研究,2018(04):94-95.

[2]李昊文.例谈微元法在教学中的渗透[J].中学物理教学参考,2013,42(03):33-34.