高中物理教學(xué)中學(xué)生逆向思維的培養(yǎng)策略研究

摘

要：隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)與科技創(chuàng)新已成為學(xué)校非常重要的一項(xiàng)教育目標(biāo)。教師教學(xué)的目的不僅是將理論知識(shí)和解題技能傳授給學(xué)生，還要使其能靈活運(yùn)用物理語(yǔ)言、圖像解決實(shí)際問(wèn)題，并能通過(guò)物理學(xué)習(xí)具備科學(xué)思維和自主學(xué)習(xí)能力。逆向思維和傳統(tǒng)的思維方式有所不同，其是一種特殊的發(fā)散和創(chuàng)新思維。因高中物理知識(shí)具有連貫性，模型具有相似性，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)難免會(huì)產(chǎn)生定向思維，而這對(duì)其深入學(xué)習(xí)和思考能力發(fā)展非常不利。若能在物理教學(xué)中融入逆向思維培養(yǎng)，則能發(fā)展學(xué)生思維深度和寬度，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。關(guān)鍵詞：高中物理；逆向思維；思維習(xí)慣物理作為高中課程體系中一門(mén)既重要又特殊的學(xué)科，抽象性和復(fù)雜性是主要特征。學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)往往感到較為困難，影響到整體學(xué)習(xí)效果，而思維能力是他們的一項(xiàng)核心能力，通過(guò)思維能力的培養(yǎng)能有效轉(zhuǎn)變這一不利局面。高中物理教師在日常教學(xué)中需將思維能力的培養(yǎng)放在重要位置，以新課程標(biāo)準(zhǔn)的具體要求為基本導(dǎo)向，全面培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，不僅可以提高他們的學(xué)習(xí)效率與解題能力，還有助于學(xué)生核心素養(yǎng)的形成。一、高中物理課堂教學(xué)概述在新課程標(biāo)準(zhǔn)推廣落實(shí)之后，高中物理的教學(xué)形式與內(nèi)容已經(jīng)做出了適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力與學(xué)習(xí)特點(diǎn)的創(chuàng)新性改動(dòng)。結(jié)合高中物理的學(xué)科特征來(lái)分析，高中物理是一門(mén)具有一定學(xué)習(xí)門(mén)檻的、抽象概念性知識(shí)較多的、有一定學(xué)習(xí)難度的復(fù)合型科目?，F(xiàn)階段的物理課堂教學(xué)中，增加了實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容的占比。首先，在教材設(shè)計(jì)方面，幾乎每一個(gè)單元內(nèi)容中都有著“說(shuō)一說(shuō)，做一做”的環(huán)節(jié)，其目的在于以教師示范性實(shí)驗(yàn)的講解模式，活躍高中物理課堂氛圍，增強(qiáng)課堂物理教學(xué)的趣味性，降低學(xué)生的理解難度。其次，在教師認(rèn)知方面，越來(lái)越多的教師意識(shí)到物理實(shí)驗(yàn)的重要性和示范性教學(xué)對(duì)學(xué)生的啟發(fā)作用，在教學(xué)過(guò)程中有意識(shí)地為學(xué)生留出了相對(duì)較多的物理思考時(shí)間，鼓勵(lì)其自行深入理解物理知識(shí)的應(yīng)用及變化形式。最后，在教學(xué)模式方面，由于教育信息化潮流的影響，高中物理課堂教學(xué)中，增加了多媒體教學(xué)的應(yīng)用頻次，部分物理教師也會(huì)使用多媒體模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)代替實(shí)際的物理實(shí)驗(yàn)示范操作，一方面提升了物理實(shí)驗(yàn)的過(guò)程清晰度，允許學(xué)生反復(fù)觀看，有助于加深學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程的了解，另一方面，降低了教師的備課難度，提升了物理教學(xué)效果。二、高中物理教學(xué)中學(xué)生逆向思維培養(yǎng)現(xiàn)狀逆向思維是指從已知結(jié)果或問(wèn)題出發(fā)，倒推回推導(dǎo)過(guò)程或解決方案的一種思維模式。它與傳統(tǒng)的前向思維（即從已知條件出發(fā)推導(dǎo)到未知結(jié)果）截然不同。逆向思維不僅要求學(xué)生具備邏輯推理和問(wèn)題解決的能力，更需要他們?cè)诿鎸?duì)困難和復(fù)雜的問(wèn)題時(shí)能夠獨(dú)立思考、不受限制地尋找解決方案。在逆向思維中，學(xué)生需要將目標(biāo)結(jié)果或問(wèn)題作為起點(diǎn)，通過(guò)反向推理和透徹的分析，逐步揭示與之相關(guān)的信息和條件，并最終達(dá)到解決問(wèn)題的方法或過(guò)程?，F(xiàn)階段很多高中物理教師在對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，會(huì)將成績(jī)作為主要標(biāo)準(zhǔn)，而以分?jǐn)?shù)評(píng)判學(xué)生優(yōu)劣的模式之下，也催生了固定的物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程以及解題思路模式。雖然創(chuàng)新教育的提出也有一段時(shí)間，但多數(shù)教師在實(shí)際教學(xué)中并不重視創(chuàng)新教育。一些教師能意識(shí)到對(duì)學(xué)生逆向思維培養(yǎng)的重要性，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在較多問(wèn)題。因?qū)W生受到傳統(tǒng)思維觀念影響較深，在通過(guò)逆向思維學(xué)習(xí)時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生不適感，甚至很有可能會(huì)陷入思維迷宮。目前多數(shù)高中物理教師在實(shí)際教學(xué)中會(huì)將重心放在知識(shí)傳授、技能培養(yǎng)上，并未針對(duì)學(xué)生逆向思維發(fā)展開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)，也較少組織學(xué)生利用所學(xué)物理知識(shí)進(jìn)行深入思考探究。雖然一些教師也會(huì)在典型物理習(xí)題或物理概念中有針對(duì)性地鍛煉學(xué)生逆向思維，但多數(shù)學(xué)生的逆向思維依然缺乏全面性。三、高中物理教學(xué)中學(xué)生逆向思維的培養(yǎng)策略（一）設(shè)計(jì)適應(yīng)性問(wèn)題設(shè)計(jì)適應(yīng)性問(wèn)題是培養(yǎng)學(xué)生逆向思維的重要策略之一。通過(guò)設(shè)計(jì)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生從已知的結(jié)果或條件出發(fā)，倒推回推導(dǎo)過(guò)程或解決方案，培養(yǎng)他們的逆向思維能力。例如在高中物理電磁感應(yīng)教學(xué)中，提出以下適應(yīng)性問(wèn)題，旨在引導(dǎo)學(xué)生從已知結(jié)果或條件出發(fā)，倒推回推導(dǎo)過(guò)程或解決方案：第一，基于法拉第電磁感應(yīng)定律。給定一個(gè)導(dǎo)線在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的情況，學(xué)生需要根據(jù)已知的磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)線的速度，倒推回感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向等參數(shù)。例如，一個(gè)導(dǎo)線以2m/s的速度穿過(guò)磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的磁場(chǎng)，計(jì)算導(dǎo)線兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是多少？第二，基于楞次定律。給定一個(gè)閉合電路中磁場(chǎng)的變化情況，學(xué)生需要根據(jù)已知的磁場(chǎng)變化率和導(dǎo)線回路中的電阻值，倒推回感應(yīng)電流的大小和方向等參數(shù)。例如，一個(gè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度以每秒1T的速率減小，閉合電路中的電阻為3Ω，求感應(yīng)電流的大小和方向。第三，基于長(zhǎng)度與速度的關(guān)系。給定一條導(dǎo)線以一定速度與一個(gè)垂直的磁場(chǎng)相交，學(xué)生需要根據(jù)已知的導(dǎo)線長(zhǎng)度和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，倒推回導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)。例如，一根長(zhǎng)度為2m的導(dǎo)線與磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T的磁場(chǎng)垂直相交，在導(dǎo)線兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為1V，求導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)速度是多少？第四，基于自感現(xiàn)象。給定一個(gè)自感線圈在外加電流突變的情況，學(xué)生需要根據(jù)已知的線圈匝數(shù)和電流變化率，倒推回自感電動(dòng)勢(shì)的大小和方向等參數(shù)。例如，一個(gè)線圈包含200匝，電流從5A增加到10A，求線圈兩端產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)大小和方向。在實(shí)施適應(yīng)性問(wèn)題的過(guò)程中，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生思考多種解決方案，進(jìn)行合作討論和自主探索，并提供必要的指導(dǎo)和反饋。這樣的教學(xué)方法將有效激發(fā)學(xué)生的逆向思維能力，培養(yǎng)其問(wèn)題解決能力、創(chuàng)造力和分析思維。通過(guò)逆向思維的訓(xùn)練，學(xué)生將更好地理解物理原理和應(yīng)用，提高他們的學(xué)習(xí)效果和學(xué)科素養(yǎng)。（二）聯(lián)系現(xiàn)實(shí)生活案例高中物理教師可以在日常教學(xué)中將課堂所講內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)生活進(jìn)行對(duì)照關(guān)聯(lián)，越是學(xué)生熟悉的場(chǎng)景案例，越可以讓學(xué)生有興趣進(jìn)行本質(zhì)剖析與內(nèi)容挖掘。例如，在“向心力”單元內(nèi)容教學(xué)中，現(xiàn)實(shí)生活中許多人會(huì)乘坐旋轉(zhuǎn)游樂(lè)設(shè)施，例如旋轉(zhuǎn)木馬、摩天輪等。這些活動(dòng)都涉及“向心力”的概念。通過(guò)觀察這些活動(dòng)，學(xué)生可以思考以下逆向思維問(wèn)題：已知人坐在旋轉(zhuǎn)游樂(lè)設(shè)施上時(shí)會(huì)感到受力向內(nèi)靠攏，以維持平衡。學(xué)生可以倒推，思考是什么力導(dǎo)致了人體向內(nèi)靠攏？答案是“向心力”。然后再想一想，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，向心力的大小和方向如何變化？學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)，隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加，人體受到的向心力也增大；而隨著距離旋轉(zhuǎn)中心的增加，向心力也增大。通過(guò)讓學(xué)生觀察和思考現(xiàn)實(shí)生活案例，提出逆向思維問(wèn)題，教師可以激發(fā)學(xué)生運(yùn)用已知結(jié)果或條件，倒推回推導(dǎo)過(guò)程或解決方案的能力。這樣的訓(xùn)練可以培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、問(wèn)題解決和創(chuàng)新能力，并將物理知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。（三）重視實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，培育逆向思維高中階段和義務(wù)教育階段相比，很多學(xué)生的思維模式相對(duì)較為獨(dú)立，適合培育逆向思維，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的形式強(qiáng)調(diào)物理知識(shí)的推導(dǎo)過(guò)程，學(xué)生掌握知識(shí)的來(lái)龍去脈，可以在潛移默化中形成逆向思維。具體教學(xué)時(shí)，教師要在思想上重視實(shí)驗(yàn)課程，為學(xué)生組織探索性實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的合理思考，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手開(kāi)拓能力，這也是當(dāng)前新課程改革的重要指向。為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)學(xué)生的逆向思維，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)步驟時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)自主探究，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的向往和渴求。例如，學(xué)習(xí)自由落體運(yùn)動(dòng)相關(guān)內(nèi)容時(shí)，教師可以結(jié)合伽利略落體實(shí)驗(yàn)結(jié)果的常規(guī)實(shí)驗(yàn)步驟，引導(dǎo)學(xué)生從結(jié)論反推實(shí)驗(yàn)過(guò)程。整體實(shí)驗(yàn)的步驟應(yīng)由學(xué)生自主設(shè)計(jì)或小組結(jié)合設(shè)計(jì)，這一方式能讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)原理，找到正確的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，同時(shí)使學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和管理。日常物理教學(xué)時(shí)，學(xué)生要根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理反向推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)自己的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證教師的結(jié)論是否正確。例如，教師可以向?qū)W生提出一個(gè)偽命題“質(zhì)量較輕的球下墜速度更快”，接下來(lái)由學(xué)生進(jìn)行自由物理探究實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明兩個(gè)球會(huì)在同一時(shí)間落下，因此該結(jié)論證實(shí)了命題的真?zhèn)巍Ｍㄟ^(guò)逆向思維的實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)，學(xué)生對(duì)該項(xiàng)知識(shí)點(diǎn)印象深刻，進(jìn)一步開(kāi)拓了思維模式，助力其探究事物能力的進(jìn)一步提高。（四）基于逆向解析，深化習(xí)題研究教學(xué)活動(dòng)層出不窮，但基本目的皆圍繞學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握并應(yīng)用知識(shí)。結(jié)合當(dāng)前教學(xué)情況分析，在學(xué)生掌握知識(shí)后，教師一般于課堂教學(xué)中采取教學(xué)測(cè)驗(yàn)、隨堂測(cè)試等方式，觀察學(xué)生是否切實(shí)掌握知識(shí)并能夠應(yīng)用，并根據(jù)學(xué)生的掌握情況展開(kāi)下一階段的教學(xué)活動(dòng)。此類內(nèi)容往往以學(xué)生的實(shí)際情況為基礎(chǔ)，如發(fā)現(xiàn)學(xué)生未掌握知識(shí)，教師便會(huì)繼續(xù)根據(jù)學(xué)生并未掌握的部分再次講授，以此實(shí)現(xiàn)查缺補(bǔ)漏的目的。但需要注意的是，部分學(xué)生在知識(shí)的掌握方面存在一定的問(wèn)題，即其對(duì)概念的學(xué)習(xí)已經(jīng)達(dá)到了“滾瓜爛熟”的水平，但不知為何，在解題過(guò)程中明顯存在無(wú)法靈活運(yùn)用的異常情況，或是解答后答案與正確方向存在差異。物理學(xué)相對(duì)嚴(yán)謹(jǐn)，解題答案相對(duì)唯一，很少存在多種答案或是答案完全不同的情況，之所以出現(xiàn)這種狀況，主要原因在于學(xué)生沒(méi)有掌握解題方法，而此時(shí)若是教師仍舊按照“學(xué)生沒(méi)有掌握知識(shí)”的方式，再次進(jìn)行概念講解或是相關(guān)內(nèi)容的講授，明顯影響教學(xué)效率并浪費(fèi)教學(xué)時(shí)間。因此，還需基于逆向思維實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的分析，以此提高教學(xué)活動(dòng)的效率。（五）培養(yǎng)學(xué)生逆向思維習(xí)慣一般學(xué)生都習(xí)慣順著教師的思路聽(tīng)課，順著問(wèn)題去思考，習(xí)慣性地是順向思維。但是在科學(xué)研究中，逆向思維非常重要。有時(shí)順向思維很難解決的問(wèn)題，使用逆向思維會(huì)瞬間茅塞頓開(kāi)，問(wèn)題迎刃而解。所以對(duì)科學(xué)研究而言，逆向思維習(xí)慣是一個(gè)非常有力的武器。要培養(yǎng)物理人才，就要重視教學(xué)中對(duì)學(xué)生逆向思維習(xí)慣的培養(yǎng)。例如，教學(xué)“測(cè)量重力大小的方法”時(shí)，可以教學(xué)兩種方法，第一種方法：公式法，由牛頓第二定律F=ma，可知F→G，a→g，這樣公式就變成G=mg。所以先測(cè)量物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度g，再用天平測(cè)量物體的質(zhì)量值m，就可以求重力。第二種方法：平衡法。把待測(cè)物體直接掛在測(cè)力計(jì)上，當(dāng)兩者達(dá)到靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，測(cè)力計(jì)對(duì)物體的拉力就等于待測(cè)物體的重力，因此測(cè)力計(jì)的讀數(shù)就是物體重力的大小。為培養(yǎng)學(xué)生逆向思維，教師可以進(jìn)行例題分析：若把一鐵球掛在測(cè)力計(jì)上，當(dāng)兩者靜止時(shí)，下面判斷正確的是（）。A.鐵球?qū)y(cè)力計(jì)的拉力就是鐵球的重力B.鐵球?qū)y(cè)力計(jì)的拉力小于鐵球的所受重力C.測(cè)力計(jì)是鐵球重力的施力物體D.鐵球的重力大小就等于測(cè)力計(jì)對(duì)鐵球的拉力大小解析：先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)做一個(gè)受力分析，對(duì)鐵球而言，既是受力物體，又是施力物體；對(duì)重力而言，鐵球是受力物體；而對(duì)測(cè)力計(jì)的拉力而言，鐵球又是施力物體，A項(xiàng)錯(cuò)。由于系統(tǒng)處于靜止平衡狀態(tài)，鐵球?qū)y(cè)力計(jì)的拉力是等于鐵球所受重力，B項(xiàng)不正確。小球的重力的施力物體是地球，C項(xiàng)錯(cuò)，D項(xiàng)正確。分析：測(cè)量重力大小的方法，按照順向思維，一般首先會(huì)想到計(jì)算重力的公式，采用公式法進(jìn)行計(jì)算。而教學(xué)中可以充分啟發(fā)學(xué)生開(kāi)動(dòng)腦筋，運(yùn)用逆向思維方法解決問(wèn)題。如果想要得到重力大小，不是順向思維按照公式進(jìn)行計(jì)算，而是思考能否有辦法從