吴理 陆骅
摘 要：文章结合物理核心素养理念，探讨在教学实践中采用多种思路创设情境的方式方法，结合课堂内、外的教学情境研究如何引导学生发散思维，并在此基础上为培养学生的创新能力发展的教学研究提供有益的见解和实施策略。
关键词：创设情境;发善思维;创新能力
当前，以关注学生核心素养为核心的新课程改革正深入展开，而物理学科核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质，是学生科学素养的关键成分;它包括物理观念、科学思维、实验探究和科学态度与责任。关注核心素养的培养就必然会进一步注重创新精神的培养，创新来源于问题，质疑是创新学习的重要环节，只有当学习者能质疑、会质疑，才有创新的可能，因此，质疑是创新的基础。物理课堂教学就是一个不断地引出问题、分析问题和解决问题的过程，同时也是学生思维展示的过程。孔子曾说过：“学而不思则罔。”明确告诉我们只读书而不思考，就等于没有读书。这句至理名言深刻地揭示了思维与学习的辩证关系。运用发散思维就是让学生进行“思维与灵魂的对话”，它不仅能够挖掘学生深层的智慧，而且也是培养学生创造能力的有效途径。实践中使我们深深体会到“纸上得来终觉浅，心中悟出方知深”的道理。培养和造就无数有灵气、会学习、有创新能力的人才，是教育改革的目标，那么引导学生学会科学的思维方法，不断地挖掘自身的创造潜能，提高学生的学习质量、科学文化素质和创新能力，也是我们当前首要任务和重大课题。
本课题是在我校推行“生态型学校课堂建设的研究与实践”的模式下进行物理课堂教学的探索与实践，是符合新课程上海新课程改革关于课堂教学改革的思想。实践是在课堂和谐的氛围下进行的，坚持以教师为主导、学生为主体，引导学生进行“发散思维”，强化课堂上学生思考问题的多向性、变通性、流畅性和独特性，即思考问题注重多思路、多方案，解决问题注重多途径、多方式，探索事物及其发展深层的信息，激发学生的创造潜能，创造出解决问题思路和方法。
一、 发散思维利于学生物理学科核心素养的培养
美国心理学家吉尔福特说：“人的创造力主要依靠发散思维。”发散思维的基础是思考，但它是高于思考问题的一种思维方式，是对给出的材料、信息从不同角度，向不同方向，用不同方法或途径探索新知识或寻求问题的多个答案的一种思维方式，是创造性思维的主要形式，也是高考物理要求的八种能力的一个集合。回顾物理学中重要规律的发现，如牛顿运动定律、电磁感应、相对论等，哪一个不是科学家发散思维的结果。如果说科学家具有发散思维能力的话，那么我们来看科学家出的题目：一位科学家涂了一条黑线条，让他的儿子不能擦掉，不能遮盖来把线条变细。他的儿子经过一番思考后，就在原来线条的旁边画出了一根同样的粗线条。这位科学家感到由衷的高兴。
发散思维就是求异思维，在求异中进行思维的扩散、思维的开放，也就是从一点出发沿着多方向达到思维目标，它是从一个知识点出发通过横向思维、逆向思维等建立与多个知识点的联系的方法。发散思维是不受已有知识的束缚，不受已有经验的影响，从各个不同的乃至不合乎常规思路去思考问题，采用探索、转化、变换迁移以及变形、组合、分解等手法增强学生思维的灵活性、拓展性，甚至可以让学生异想天开。这样不仅可以激发学生学习积极性，发挥学生的潜能，还能够达到培养学生的创造性思维，提高学生的物理学科核心素养。
二、 物理学科发散思维的类型
教学中本人从以下几个方面注重了学生发散思维的培养，虽然不够全面，但仍在探索中。
1. 题型发散是指将典型问题通过转换情景而变换成另一个类似的题目的一种思维。
例1 如图所示，甲、乙是AB边长的相等的一系列光滑斜面，现有一个质量为m的小物体分别从不同的斜面顶端由静止开始滑下，试讨论物体下滑时间与斜面倾角的关系。
（把握住不变的边长，处理方法相似。）
2. 解法发散是一题多解、一题多问、一题多答或指多题一解来进行变通训练的一种思维。
例2 质量为m的物体，静止在粗糙的水平面上，在水平力F的作用下通过了位移s后撤去
F，物体继续向前滑行2s后停下来，求物体与水平面间的动摩擦因数。（先由学生讨论，教师点拨。三种解法，牛頓第二定律、动能定理和图像法。）
再如下图所示，三个完全相同的金属小球的质量均为m，已知三个小球都处于静止，且C球带有正电荷，求下图（1）、（2）、（3）中，绳OA对球的拉力、竖直挡板对小球的作用力及C球受到的电场力。（三题一解）
3. 过程发散是指由条件至目标或对物理过程进行的一种逆向思维。
例3 再如一个小球从固定斜面的底端，以某初速度沿着斜面向上运动3s到达最高点，求小球在第1 s、第2s、第3s内通过的距离之比。（匀减速直线运动的逆向可以看作初速度为零的匀加速直线运动的过程，则根据学过的知识可得到S1∶S2∶S3=5∶3∶1。）
4. 迁移发散是指利用函数式及图像在数学学科中与物理学中的不同含义来进行对比的一种思维形式，同时把物理中的公式、定理、定律和方法巧妙地迁移到数学或其他学科中去，达到化难为易的一种思维。
例4 甲、乙两辆汽车相距为S，沿着笔直的公路向同一方向运动，乙在甲的前面，且作初速度为零加速度为a的匀加速直线运动，甲以速度v作匀速直线运动，则甲、乙两辆汽车能相遇两次的条件是什么？（由运动规律可得，S=Vt―12at2，在数学中，t若有两个实数解，则需要根的判别式Δ>0，对于物理问题，若要相遇两次，也需要Δ>0，这样物理问题就在和数学问题的对比中解决了。）
5. 分解发散是指将一个复杂的命题分解成几个较为简单的命题，并逐一加以解决，然后再综合到一起进行解题的一种思维。例如：
例5 太阳光自表面到达地球的时间为500s，试估算太阳的质量。（可以分解为光的直线传播、万有引力充当向心力匀速圆周运动;隐含条件可以分解为光速C和地球绕太阳运动的公转周期T。）
6. 条件发散是指变换解题的条件进行类似方法解题的一种思维。
例6 如图所示，将边长为L、总电阻为R的正方形线框，从宽度为d（d 要求：（1）用两种方法做;（2）请你改变一下题目中的条件，变为一道新题目。 （可根据法拉第电磁感应定律E=BLV，结合欧姆定律I=ER及安培力F=BIL求解;还可以由功能关系W=I2RtJI及I=ER、P=Wt进行求解。） 7. 阶梯发散是指解题能力或方法由浅入深的一种思维。 例7 如图所示，桌面水平，A、B两物体的质量相等。先使两物体静止，细绳张紧，此时B离地面的高度h=0.5m，然后使A、B兩物体发生运动，整个运动过程中，A物体始终在桌面上，且向前通过了1.5m的距离而停止，求A与桌面间的动摩擦因数。 （B运动到达地面为一个物理过程，整体法表示，B停止后，A继续向前作匀减速直线运动，摩擦力产生加速度;也可以用全过程动能定理求解） 8. 创造发散是指打破常规，克服思维的定势，不按照常规思维、方法进行解题的一种新的思维。 例8 一个乒乓球从某高度处，竖直下落到水平桌面上，之后不断地被弹起、落下直到停在桌面上，试分析在整个过程中乒乓球的能量损失有哪些形式？（克服空气阻力做功、与桌面接触，另一个最重要的是发出声音而损失了能量。） 9. 纵横发散是指通过一个知识点的发散思维，建立与其他更多的知识点之间的联系。 例9 现在有三个电阻R1、R2、R3，它们的阻值不同，利用它们可以获得多少种不同的阻值。 （纵是电阻的个数，横是电阻的组合方式。） 10. 模型发散是指利用中学物理中常见的物理模型进行解题的一种思维方法。 例10 某地强风的风速为V，设空气的密度为ρ，如果把通过横截面积为S的风的动能全部转化为电能，则利用上述物理量表示电功率P的表达式怎样？ （应用柱体模型，设风向从A到B，那么在t时间内，即Vt长度内的风都会到达B截面，则有Pt=12mV2=12（ρVtS）V2=12ρtSV3，所以P=12ρSV3）。 三、 发散思维的方法 在中学各学科的课堂教学中，每一位教师也都在进行发散思维的训练，只是在各种类型的发散思维上发散点以及发散面设计的还不够，或者体现的不够充分。整个过程的实施首先是教师在新授课、习题以及生活中的物理知识上，能够根据条件、结论和方法设计出发散点，唤醒学生在不同层面上进行质疑、联想、对比和假设，然后对学生进行有针对性的训练。 1. 联想的方法 联想是由一个事物出发想到另外一些事物的思维方法。通过联想可以使事物的新与旧，事物的内与外等有机地联系到一起，才会产生创造性的设想，找到解决问题的途径和方法。 例11 给你一个线圈，要使线圈产生持续的电流，有哪些方法？（联想到产生稳恒电流的条件，联想到磁场，还可以联想到线圈转动以及磁场变化等。） 2. 对比的方法 对比是利用已有的经验和方法，对新事物进行对比思维的一种方法，找到与其相似的解题途径。 例12 如图所示，是电磁流量计的装置，它是用非磁性材料做成的圆管道，外加一匀强磁场，当管道中导电液流过此区域时，测出管壁a、b两点间的电动势为E，已知管道的直径为d，磁感应强度为B，求管道中液体的流量Q。 （图一在和图二的对比中可以找到解题的突破点，即图一中等效为直径切割磁感线） 3. 质疑的方法 质疑法是对新的事物敢于提出新的问题，并在解决新的问题的基础上否定旧的经验和方法，创立新的事物，建立新的方法和经验。 例13 地磁场与生命现象有着密切的关系，地磁场的存在是一道天然的屏障，使一些宇宙射线不能到达地面，这是为什么？（可以提出的问题是，为什么磁场与生命现象有关？地磁场为什么是一道屏障？宇宙有哪些射线？又为什么不能到达地面？因为有地磁场、生物磁场，宇宙射线是电磁波或者带有某种电性的粒子，它们都会受到磁场的作用而偏离方向，从而不能到达地面，保护了生命。） 4. 分合的方法 分合法是把一个新的事物按照不同层面、不同的效果进行全方位的思维，可以是用不同的方法或者是多种途径结合到一起来达到同一目的。 例14 如图所示，两根长直的水平金属光滑导轨的电阻不计，左端接一个阻值为R电阻，金属棒的电阻为r，在水平恒力F的作用下向右运动了距离L，求R上产生的热量？ （不同层面上的知识有，恒力F做功W=FL，把相应的机械能转化为电能，电能以热量的形式按比例分布在R、r上，分配比例按串联规律成正比例分配，这些知识结合到一起才可以解决问题。） 四、 精心设计教学培养学生的发散思维 在教学活动中，要紧紧抓住发散思维的基本特征，采取各种手段，培养学生的发散思维能力。 1. 精心设计发散问题的点和面。在物理概念、规律教学中，通过创设情景进一步启发、引导、点拨，揭示物理现象、物理过程和物理事实的本质，让学生掌握其精髓，多层次，多角度扩展知识，理解知识与运用知识，更全面、深刻地掌握物理概念和规律。 例15 在学习牛顿第二定律时，应从以下八个方面来设计发散思维的层面，启发学生思考和组织学生开展学习活动：力和运动有着怎样的联系，举例来说明;定律的内容揭示了力和运动怎样的因果关系;数学公式如何表述形式;加速度与外合力的方向关系;时间对运动有何影响;F=kma中为什么k=1;计算中对各个物理量的单位有什么要求;如果力的方向和运动方向不在一条直线上怎么办。通过对以上问题思考和分析，然后通过比较、鉴别、去伪存真，透过现象来认识事物发展的本质规律。 2. 强化物理思想和物理方法的以及物理规律的内在联系的教学，使学生学习到的知识成为一个有机的整体。 例16 研究了力和运动的关系之后，建立了牛顿第二定律，这本身就是代表了一种物理思想。在应用它实际处理问题中，依据加速度的特例来研究分为匀速直线运动、匀加速直线运动、平抛运动、匀速圆周运动（天体的运动）、机械振动，还可以外延到在电荷在电场中的运动，导体在磁场中的运动等等;处理方法上有力和运动（牛顿第二定律）的方法、能量的观点，为了简化问题还伴随理想化模型、等效替代、理想实验。学生只有把学习到的知识变成一个整体，思维才能在知识的海洋里驰骋，也才会有创新能力。 3. 精心设计一些培养学生发散思维的习题，对学生进行发散思维的训练，有利于学生灵活掌握各知识点，从而达到知识迁移的目的。 例17 一题多解。用多个物理规律去处理同一物理问题，这样，脑海里储存的大量信息会充分调动起来，在探求问题的解法方案中，广泛开展各种信息间的交流，各抒己见，让各种思想和念头有充分闪现的机会，使思维极大地得到发散。 4. 重視实验的教学。每一个物理规律的诞生，每一项技术的应用都离不开实验，物理实验强调的是通过实验培养学生的科学素养，现如今的实验包括学生实验（其实笔者个人不同意这样的说法）、演示实验和探究性实验。在实验的过程中学生的参与率极高，学生的热情也极为高昂。教师就是要开发新的实验资源，让学生在实验中去思考实验中出现的问题，提升学生的创新能力。 例18 在实验中经常听到学生之间说：“这样做不行，那样做才可以或试试那么做行不行”等。 5. 重视物理上二级结论的应用。物理知识在实际应用中，往往在课本上是找不到现成的规律或公式，而是利用学习过的知识得出来的结论作为经验，来分析解决实际问题。 例19 如根据测定电源的电动势和内电阻的实验中得到的r=ΔU/ΔΙ，电磁感应现象中电量q=ΔΦ/R等的问题，在实际应用中极为广泛。 6. 课堂上要给出学生思考的时间和空间，我校在教学改革实践中强调课堂时间上的三个三分之一，既留给学生思考问题的时间又给了学生自主学习的时间，学生在思维上和自主学习上都有了一定的发展。 以上是本人认真学习和领会“新课程改革——物理学科核心素养”精神后的一点浮浅的做法和探索，旨在通过“创设情境和发散思维”这一教学模式的实施，引导学生在物理课堂教学中，身处一定的物理情景中，开始学习物理知识，激发了学生学习的热情;在课堂上学生学会思维，敢于思维，习惯反思，不怕出现错误，对于敢想、敢说、敢做的同学，无论想的、说的、做的正确与否，作为教师都应该予以肯定;鼓励同学们在一起讨论甚至争论问题，鼓励同学主动地根据学过的知识作各种尝试，只有这样做学生的各种能力才能得到了锻炼和提高。在提倡创造教育的今天，这种做法正是让学生学会学习，学会思维，学会创造。 参考文献： [1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准[S].北京：人民教育出版社，2017. [2]纪熙捷.学习方式选择[M].北京：中央民族大学出版社，2014：79-84. 作者简介：吴理，陆骅，上海市，上海市实验学校。
