物理解題中“直覺思維”的妙用
學(xué)習(xí)數(shù)理化需要人們巧妙的思維能力,那么我們該如何運用呢?下面就是小編給大家?guī)淼年P(guān)于物理答題技巧的一些思維妙用,希望能幫助到大家!
物理講堂:物理解題中“直覺思維”的妙用
一、直覺思維概述
什么叫做直覺?這是一個使人感到神秘的問題,也是一個眾說紛壇的問題。我國著名科學(xué)家錢學(xué)森認(rèn)為:“直覺是一種人們沒有意識到的對信息的加工活動,是在潛意識中醞釀問題然后與顯意識突然溝通,于是一下子得到了問題的答案。”美國教育家布魯納說:“直覺是指沒有明顯地依*個人技巧的分析器官掌握問題或借境的意義、重要性或結(jié)構(gòu)的行為?!庇±韺W(xué)家見弗里奇認(rèn)為:“直覺是指對情況的一種突如其來的頓悟或理解?!泵绹F(xiàn)代著名認(rèn)知心理學(xué)家H·A·西蒙說:“直覺實際上是一種再認(rèn)?!彼选皩<矣龅絾栴}時可以很快地分析情景并做出反應(yīng)的能力”稱為“專家的直覺”。以上各種論述都從不同的角度闡述了直覺思維的意義,各種論述的差異表明,直覺是人們尚未完全達(dá)成共識的思維形式,它有待于我們作進(jìn)一步的深入研究。但各種論述也都包含了一個共同的思想,即直覺思維是一種客觀存在的思維形式,它具體表現(xiàn)為思維主體在解決問題時,運用已有的經(jīng)驗和知識,對問題從總體上直接加以認(rèn)識和把握,以一種高度省略、簡化、濃縮的方式洞察問題的實質(zhì),并迅速解決問題或?qū)栴}作出某種猜測。
直覺在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中具有極為重要的作用,普朗克說。“每一種假說都是想象力發(fā)揮作用的產(chǎn)物,而想象力又是通過直覺發(fā)揮作用的。”例如,安培從電流磁效應(yīng)現(xiàn)象直覺到磁的成因應(yīng)是電流,提出了分子電流的假說,揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì);法拉第由電能產(chǎn)生磁的現(xiàn)象,根據(jù)審美直覺,提出了磁也能產(chǎn)生電的假說,然后通過大量的實驗,發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象;德布羅意根據(jù)作為波動的光具有位移性的事實,在審美直覺的驅(qū)動下,大膽地提出了實物粒子也應(yīng)當(dāng)具有波動性的科學(xué)假說,從而建立了物質(zhì)波的重要概念;愛因斯坦更是一個具有極強(qiáng)直覺能力的科學(xué)大師,他在26 歲和37歲時分別創(chuàng)立的狹義相對論和廣義相對論,并不是在已有的理論體系基礎(chǔ)上通過邏輯推理產(chǎn)生的,而是在很大程度上*他自己的豐富的想象力、直覺和靈感。對于直覺,愛因斯坦可謂推崇至極,他說:“真正可貴的因素是直覺。”“我相信直覺和靈感?!彼€說:“物理學(xué)家的最高使命是要對得到那些普遍的基礎(chǔ)定律,……要通向這些定律,并沒有邏輯的道路,只有通過那種以對經(jīng)驗的共鳴的理解為依據(jù)的直覺,才能得到這些定律?!泵绹茖W(xué)史家?guī)於髟谡撌隹茖W(xué)革命結(jié)構(gòu)時談到,從舊規(guī)范到新規(guī)范的變化離不開直覺。新規(guī)范是經(jīng)過“直覺的閃光”出現(xiàn)的。這種直覺在“深深的危機(jī)中的一個人的思想中突然出現(xiàn)。”從上述論述中,我們可以概括出直覺思維的幾個基本特點。
(一)非邏輯性
非邏輯性是直覺思維的本質(zhì)特征。首先,直覺思維的形式并不是概念和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评?,而是?lián)想、猜測和洞察力;其次,直覺思維并不按部就班地遵循邏輯規(guī)則,首尾銜接地進(jìn)行,而往往突破邏輯規(guī)則的束縛,跳躍地進(jìn)行。
(二)突發(fā)性
直覺思維是一種十分簡略的思維形式,是人的思維過程的高度濃縮,其產(chǎn)物往往突如其來,思維的過程難以被主體以“慢鏡頭”重現(xiàn)。正如前蘇聯(lián)生理學(xué)家巴甫洛夫所說的“我正確地理解并回答了結(jié)果,但是所有早些的思維途徑本身全忘記了。這就是為什么說這是直覺的原故。我發(fā)覺所有直覺都需要這樣來理解:人明白了最終的東西,但是人所經(jīng)過的準(zhǔn)備過的全部過程,則不可能被作為某個因素而考慮?!?/p>
(三)整體性
直覺往往是從事物整體入手,對問題從總體上加以把握,它是對問題總體概略的反映,而對思維過程的細(xì)節(jié)并不十分清晰。它從問題的已知的信息入手,直接觸及到問題的目標(biāo)或問題的要害。無論是對問題信息的感知,還是對經(jīng)驗知識的提取、通常都是“塊式”地進(jìn)行的。
(四)或然性
直覺思維通常來源于對問題的直感,它要受到思維主體原有經(jīng)驗知識、審美情感、態(tài)度傾向等諸多因素的影響,但卻缺乏邏輯上的支持。直覺思維的成果往往只是一種猜測,不一定能保證正確無誤,其正確性有待于進(jìn)一步的檢驗和證明。
二、直覺思維與物理解題
物理解題,尤其是求解探索性的物理問題是一個創(chuàng)造性的智力活動,在進(jìn)行過程中,直覺思維總是起著重要的作用。在解題中解題者不存在有無直覺思維參與的差別,只有直覺思維參與的數(shù)量多少與質(zhì)量高低的差別。
物理問題的解決可分為三個思維層次,即:1.戰(zhàn)略性解決層次這個層次主要是為解題確定方向或制定策略,以及對解題作出總的提示。這種對問題的解決只是一種抽象意義的解決(或猜測性的解決),而不是具體意義的解決。
2.戰(zhàn)術(shù)性解決層次即從具體確定與問題相關(guān)的各事物之間的關(guān)系,列出有關(guān)方程,作出有關(guān)圖形等。
3.戰(zhàn)果性解決層次即具體地解決問題,并獲得問題的答案。
在問題的戰(zhàn)略性解決層次,解題者只是概略地“解決”問題,他也許只是閃現(xiàn)出一個念頭、一條思路、一個猜想、一種嘗試的方案等,而不是真正地解決了問題。這“念頭”、“思路”、“猜想”,“方案”主要是根據(jù)物理規(guī)律,經(jīng)過分析而得出的。
因為任何探索性問題的解決一般都要經(jīng)過以上三個層次,所以,從這個意義上說,任何探索性問題的解決都多少有直覺思維的參與。
在物理解題中,直覺思維所起的作用主要有兩點。
(一)啟動作用
對問題的直覺判斷,對問題結(jié)果及中間狀態(tài)的猜測,能夠給解題活動以動力。解題的思維主要是邏輯的,但是邏輯思維需要用非邏輯的直覺思維來啟動。如:
例2 質(zhì)量為M的小車靜止在光滑的水平面上,現(xiàn)有一質(zhì)量為m的物塊靜止開始從A點出發(fā),沿小車的光滑孤面下滑到B點,然后再沿粗糙的水平面BC滑到C點而為止,若BC面的摩擦系數(shù)為u,求BC的長度。
對本題,有學(xué)生采用如下的解法:
以系統(tǒng)為研究對象,由動量守恒定律可知m到C點時,系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài),由能量守恒定律可列出mgh=mguBC所以BC=h/u
這是一種十分簡便的解法,但它并不是唯一的解法。學(xué)生為什么選擇整體系統(tǒng)和整體過程作為研究對象,運用兩個守恒定律單刀直入,獲得結(jié)果,而不選擇別的(更為繁復(fù)的)解法呢?這是由學(xué)生優(yōu)良的直覺品質(zhì)所決定的,這種直覺來源于他們已有的經(jīng)驗儲備和對問題整體的深刻的洞察力。正是這種直覺,才使他們的解題活動得到有效的啟動。
(二)導(dǎo)向作用
問題的解決通常需要經(jīng)歷先定性后定量兩個階段,定性分析可以為定量分析提供導(dǎo)向作用。如果定性的分析與直覺思維相聯(lián)系,分析的過程往往跳躍式地進(jìn)行,分析的結(jié)果往往表現(xiàn)為一種“猜測”,并不“十分”令人使用,有待于進(jìn)一步的邏輯證明和檢驗。如:
例3有兩個金用小球,固定在兩個位置上,現(xiàn)給兩個小球提供的總電量為Q。問兩個小球的電量如何分配時兩球間的庫侖力最大?
定性分析:當(dāng)只有一只小球帶電時,兩球帶電量差異最大,庫侖力為零。由此可推測,兩球帶電量相等,即兩球帶電量差異最小時庫侖力最大。
前提“兩球帶電量差異最大,庫侖力為零”與結(jié)論“兩球帶電量差異最小時庫侖力最大之間并不存在邏輯的必然。但這種直覺是十分可貴的,它為問題的結(jié)果提供了有益的“猜測”。這種猜測是問題解決的“先遣兵“,它能為嚴(yán)格的運輯運算起到積極的先導(dǎo)作用,使一個求解題變成了求證題。
三、審美情感與直覺思維
一般認(rèn)為,直覺往往是受思維主體的審美情感所支配的。愛因斯坦認(rèn)為理論前提的簡單性應(yīng)當(dāng)是評價理論價值的重要標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)學(xué)家阿達(dá)瑪認(rèn)為,科學(xué)美感這種特殊的美感,是我們必須信任的向?qū)?。英國著名病理學(xué)家貝弗里奇也認(rèn)為,有相當(dāng)部分的科學(xué)思維并無足夠可*的知識作為有效推理的依據(jù),而勢必只能憑借鑒賞力的作用來作出判斷??梢哉f,由美感產(chǎn)生的直覺是最高層次的直覺。
科學(xué)獎的表現(xiàn)形式是簡單性、和諧性、對稱性和奇異性。對學(xué)生來說,科學(xué)美的因素對他們思維活動的影響是潛在的、不被覺察的,但這種審美情感卻是驅(qū)動學(xué)生直覺思維的一股強(qiáng)大的力量,如:
例5有一小球從高為h處由靜止開始釋放,當(dāng)下落到地面時被地面彈起作返回運動,然后再往下掉,如此反復(fù)進(jìn)行。若空氣阻力為重力的1/5,小球與地面碰撞時動能沒有損失。試求小球從開始下落到最后靜止在地面所通過的路程。
本題中,小球下降和上升的運動性質(zhì)不同,所經(jīng)歷的過程是由無限多個上升和下降的階段構(gòu)成的。對此,有的學(xué)生能排除復(fù)雜過程諸多細(xì)節(jié)的糾纏,高屋建瓴,總邀全局,選擇全過程為一整體來加以考察,利用動能定理,建立方程mgh-fs=0解得s=mgh/f=5h.學(xué)生為什么不將過程分解為無限多階段,然后分階段考察,原因在于他們直覺到那樣做將十分繁復(fù)。對簡單性的追求驅(qū)使他們選擇了一條邁向問題目標(biāo)的簡捷的路徑。
四、如何法并學(xué)生的直寬思維能力
直覺是一種富有意義的思維方式,但不同的人,直覺思維的習(xí)慣和品質(zhì)存在著很大的差異。對同一個事物或同一個問題,不同的人可能會作出完全不同的直覺判斷。那么,在物理教學(xué)中,我們究竟應(yīng)當(dāng)怎樣培養(yǎng)學(xué)生直覺思維能力呢?
(一)重視經(jīng)驗的積累和對知識的徹悟
直覺是主體先前積累和儲備的經(jīng)驗、知識與當(dāng)前問題相碰撞而進(jìn)發(fā)出的思維火花,雖然有時我們說不清究竟是哪些經(jīng)驗、知識在起作用,但是,主體已有的經(jīng)驗知識的數(shù)量和質(zhì)量實實在在是產(chǎn)生直覺思維的基礎(chǔ)。布洛赫說:“我認(rèn)為直覺和經(jīng)驗二者是密切相關(guān)的,所謂直覺,是把那些你已經(jīng)了解得很充分的事物的認(rèn)識拼起來形成一個完整的認(rèn)識?!蔽髅烧f:直覺是“利用了已有的知識認(rèn)識了當(dāng)前的情景?!币话阏f來,對某一領(lǐng)域中的經(jīng)驗越豐富,對該領(lǐng)域的知識理解得越透徹,就越容易對該領(lǐng)域中的問題產(chǎn)生直覺。專家對本專業(yè)的問題比之新手具有強(qiáng)得多的直黨能力,就是這個道理。離開了已有的經(jīng)驗、知識,直覺便會成為無源之水,無本之木。
另一方面,直覺離不開對面臨問題的感知,它是對問題信息迅速加工的產(chǎn)物。但是,主體能從問題中感知到什么信息是與他已有的“潛意識知識”直接相關(guān)的。布魯納將這種潛意識知識稱為“內(nèi)在模式”。布魯納認(rèn)為:“人的思想上有這樣的一些理論和模式,它們可在一定程度上決定我們有什么知覺,甚至決定我們有多少知覺……知覺是我們把假設(shè)加在收到的信息上的結(jié)果,而產(chǎn)生這些假設(shè)的內(nèi)在模式是一種省勞力的手段,使我們避免逐項處理感性信息這樣的繁雜工作?!庇纱丝梢姡庇X與人的記憶信息密切相關(guān),無論是哪種直覺形式,無論是什么內(nèi)容的直覺,它的心理素材都來源于通過主體在先前學(xué)習(xí)中獲得的儲存在記憶中的信息。記憶的檢索功能在直覺產(chǎn)生的心理機(jī)制中占有極其重要的地位。
因此,在物理教學(xué)中,應(yīng)當(dāng)重視“雙基”的教學(xué),要使學(xué)生對物理概念和規(guī)律及典型問題有盡可能具體、透徹的理解。例如,對楞次定律,課本中給出的敘述其基本思想是“阻礙原來磁通量的變化”,教學(xué)時,應(yīng)當(dāng)通過具體實例,使學(xué)生了解定律的各種不同表述,如“阻礙相對運動”和“阻礙原電流的變化”等等,這樣,學(xué)生才容易在碰到各種相關(guān)問題時,能夠迅速作出反應(yīng),產(chǎn)生直覺。
(二)完善認(rèn)知結(jié)構(gòu),培養(yǎng)組塊思維
物理直覺是主體將物理知識組塊與當(dāng)前問題相互作用的產(chǎn)物。知識組塊是知識數(shù)量的單位。它可以是一個知識單元,或是一個問題類型或問題模式。組塊是知識和經(jīng)驗的濃縮,它作為一個整體被儲存、提取和應(yīng)用。組塊思維是直覺思維整體性的邏輯基礎(chǔ),人們在解決問題產(chǎn)生直覺時,為什么常常感到有些思維加工的過程十分簡略,其中許多細(xì)節(jié)沒有明確地被意識到,原因就在于主體的直覺思維是一種組塊式的思維。
因此,在物理教學(xué)中,應(yīng)當(dāng)重視基本問題的教學(xué),要使學(xué)生熟悉基本問題的情境、解法和結(jié)論。注意經(jīng)常對知識進(jìn)行比較和歸類,使之形成完善的結(jié)構(gòu);注意新舊問題的比較和溝通,善于將新問題轉(zhuǎn)化為舊問題,將舊問題的結(jié)論用于新問題。在解決問題時,要重視問題從宏觀上作整體的考察,重視定性分析,以期在總體和本質(zhì)上對問題加以把握。
(三)鼓勵學(xué)生廣泛聯(lián)想,大膽猜測
聯(lián)想是不受邏輯約束的思維方法,它具有極大的跳躍性和自由性,可以極為迅速地將不同事物建立起聯(lián)系。所以,聯(lián)想是直覺思維的翅膀。問題解法的猜測可以啟動解題的思維,問題結(jié)論的猜測可以為解題導(dǎo)向,所以猜測是直覺思維的重要武器。因此,在物理教學(xué)中,應(yīng)當(dāng)積極鼓勵學(xué)生針對面臨問題,開闊思路,廣泛聯(lián)想,以已有的經(jīng)驗知識及感知到的問題信息為依據(jù),由研究對象的部分信息推測它所具有的全部信息。既要重視思維的邏輯性和嚴(yán)謹(jǐn)性,又要重視思維的探索性和發(fā)現(xiàn)性,重視直覺猜測的必要性和合理性。注意直覺思維與邏輯思維的有機(jī)結(jié)合和協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
高中物理:思維方法的培養(yǎng)和訓(xùn)練
物理思維方法的培養(yǎng)和訓(xùn)練1、從"復(fù)合到單一,從單一到復(fù)合"的分析與綜合的方法在對復(fù)雜的物理對象、物理現(xiàn)象、和物理過程的研究中,我們往往把研究的對象以及所產(chǎn)生的物理現(xiàn)象分解為許多單一部分或者單一過程一一進(jìn)行分解研究,然后把分解的部分再結(jié)合成整體來認(rèn)識。為了讓學(xué)生盡快掌握這種方法在力學(xué)中解決物體受力問題時,采用"隔離法",想象的把研究對象從聯(lián)接體中隔離出來,全面考察物體對它的作用。
例如:ABC三物塊疊放在一起,處于水平面上,在力F的作用下作勻速運動,分析ABC各自所受的力。
分別隔離A、B、C,在結(jié)合整體,不難得出A受2M個力的作用,B、C各受5個力的作用。
在曲線運動當(dāng)中,先把實際運動分解為兩種或者三種相互獨立的單一分運動來研究,然后再綜合起來,得出曲線運動的規(guī)律。
例如平拋運動可以分解為水平方向的勻速直線運動(X=vt),豎直方向的自由落體運動(y=gt2/2)。消去參數(shù)t可以得到軌跡為拋物線(x2=2v2y/g)。對于斜拋物體的運動,也可以讓學(xué)生用此法去處理、體會。為了進(jìn)一步加深認(rèn)識,可以通過一定數(shù)量的習(xí)題來進(jìn)行。在此僅提供一個小題目:如圖,在傾角為Q的斜面上,以V水平拋出一個小球,物體離開斜面的最大距離是多少?
物理學(xué)中不僅存在許多復(fù)合問題,而且存在著許多分過程,組成一個物理過程的復(fù)雜問題。為了研究這些復(fù)雜過程,先搞清每個分過程的規(guī)律,然后再把這些分過程聯(lián)系起來,得出整個過程的規(guī)律。許多問題特別是力學(xué)問題經(jīng)常用這種方法來解決。可以通過分析大量的復(fù)雜過程,讓學(xué)生來逐步的掌握。下面提供兩例:1:火車從甲站到乙站,即使軌道是平直的,但進(jìn)站和離站時速度都有變化(可以看做是均勻變化),因此對于整個過程,我們也必須分解為三個不同的分過程來處理:火車離站時的勻加速直線運動、火車中途的勻速直線運動、火車進(jìn)站時的勻減速直線運動。在這些分運動的基礎(chǔ)上得出整個過程的運動規(guī)律。
如圖在研究彈簧振子的簡諧運動時,我們可以把這個復(fù)雜的運動分解為4個分運動:振子由O到A做加速度不斷增大的減速運動、由A到O的加速度不斷減小的加速運動、由O到B的加速度不斷增大的減速運動。
3、先分析后綜合的的方法在物理教學(xué)中用控制條件來探索物理問題和物理規(guī)律的方法稱為分析綜合法,這種思維方法可以通過一些物理定律的獲得,讓學(xué)生掌握。
例如:牛頓第二定律F=ma,先是m一定,研究a與F的關(guān)系得出a與F成正比;再就是F一定,研究a與m的關(guān)系得出a與1/m成正比。然后可以總結(jié)得出:a與F/m成正比。選擇合適的比例系數(shù)可以得出:F=ma.象這樣的還有理想氣體的狀態(tài)方程、歐姆定律、焦耳定律等等。
總之,分析與綜合的方法是物理思維的基本方法之一。教師通過知識的講解、習(xí)題的演練,完全能夠讓學(xué)生掌握并靈活運用這種方法。