逆向思维在中学物理教学中的运用

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摘要：逆向思维是一种思维的方式。它从相反的角度、不同的立场、不同的侧面去思考问题。当某一思路受阻时，能够迅速转移到另一思路，从而使问题得到顺利的解决。在中学物理教学中，可以通过在概念、规律教学中渗透逆向思维、在解题教学中运用逆向思维、在创造教育中训练逆向思维等多种途径，充分发挥逆向思维在中学物理教学中的重要作用。

关键词：逆向思维；中学物理教学；运用；思维方式

中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148(2008)2(S)-0020-4

逆向思维是一种与传统的、逻辑的或群体的思维方向完全相反的思维方式。它善于从相反的角度、不同的立场、不同的侧面去思考问题，当某一思路受阻时，能够迅速转移到另一思路，从而使问题得到顺利的解决。［1］在中学物理教学中灵活运用逆向思维，对于促进学生深刻理解物理知识，培养学生良好的思维品质，提高学生的创造能力，都有着非常重要的作用。

1 在概念、规律教学中运用逆向思维

1.1 列举反例，纠正学生错误的前概念

建构主义理论认为，学习是一个自主建构知识意义的过程。学生在学习任何知识之前，都有自己的前概念，教师的任务就是暴露并动摇学生错误的前概念，进而纠正学生错误的认识。列举反例，能使学生的思维发生激烈的冲突，动摇并纠正错误的前概念。如在学习运动和力时，针对大部分学生头脑中固有的“力是维持物体运动状态的原因”这一错误观念，教师可以通过列举反例“快速行驶的汽车在刹车之后，还要继续行驶一段距离才会慢慢停下来”来说明物体在不受外力作用时（由于惯性）还要维持原来的运动状态，而在受到外力作用（地面阻力）时运动状态要发生改变，从而纠正学生的错误观念。

1.2 反向思考，培养学生知识的运用能力

中学物理教学中，引导学生用相反的方式进行思考，是培养学生知识运用能力的一种重要方式。如在学习了凸透镜成像规律之后，可先让学生判断照相机、幻灯机的成像性质，然后运用逆向思维解释它们的成像原理。通过这种方法，可以培养学生运用所学知识解释生活现象、解决实际问题的能力，同时还可以促进学生对知识的理解。

1.3 反证归谬，促进学生对知识的理解

从思维方法的意义上来说，反证法就是一种特定的逆向思维方法。通常，反证的基本程式是这样的：（1）反设-根据原命题提出与它对立的反命题。（2）归谬-从假设的反命题出发，运用已知条件、物理规律进行分析推理，论证反命题不成立（不正确）。（3）结论-肯定原命题成立（或正确）。教学中对于有些难点问题，可以通过反证法来促进学生的理解。如学生对冰水混合物温度一定为0℃感到不易理解，若用反证法就能很好地解决这个问题：可先假设冰水混合物的温度大于0℃（提出反命题），即它的温度比冰的熔点高，此时冰应早已全部熔化成水了，这跟题设条件矛盾（归谬），可见上述反命题不正确；同理假设冰水混合物的温度小于0℃，即比水的凝固点低，此时水应早已全部凝固成冰了，同样跟题设条件矛盾，该反命题也不正确。因此，冰水混合物的温度一定为0℃。

1.4 在矛盾处设问，引导学生全面地看待问题

任何事物都是矛盾的统一体，运用逆向思维、从矛盾的不同方面进行思考，往往能认识事物的更多方面。例如，学生一般都知道人体接触带电体就可能发生触电事故。在学习测电笔的使用方法时，就可以这样设问：为什么使用测电笔时，虽然使手接触笔尾金属体，但不触电呢?在学习“热传递”时，可补充设问：为什么保温瓶不仅能用来装开水，而且能用来装冰棍?而在学习“机械功和机械能”时，既可介绍从“功和能”的角度研究力学现象，又可复习已学过的从“力”的角度来研究力学现象。在教学中，有针对性地对学生进行这方面的训练，能让他们很自然地接受辩证唯物主义观点，学会全面地看待问题。

2 在解题教学中运用逆向思维

2.1 逆向推理，训练学生的逻辑思维能力

物理问题的分析，有两种基本的思考方法：一种是从已知量入手，顺着物理过程的发展变化方向，运用物理规律依次推理，直到把待求量跟已知量的关系全部找出为止，这种方法称为综合法；另一种以待求量为入口，逆着题中物理过程的发展变化方向，追根溯源，直到把所有的未知量都用已知量表示出来为止，这种方法称为分析法。［2］分析法是一种逻辑性很强的逆向思维方法，教学中多鼓励学生运用分析法来考虑问题，可以训练学生的逻辑推理和逆向思维能力。

2.2 时间反演，把复杂的问题简单化

时间反演就是把时间的流向倒转，它属于对称性操作过程。通过时间反演的这种逆向思维操作，常会使得对问题的处理变得较为简单或容易找到解决问题的入口。

例1 有一个由斜面和竖直放置的半径为2.5m的半圆环组成的光滑轨道，如图1所示。现要想在平地上抛出一个小球，使它在半圆环的最高点A处平滑而无碰撞地进入环形轨道， 再沿斜面上升到10m的高度，应在平地上何处、以何速度、多大抛射角抛出小球？（取g＝10m/s2）

解析 根据题意，可设想时间反演。若将小球由B点释放沿斜面下滑，经D点到A点作平抛运动，恰好落到C点，则由机械能守恒，设h＝10m，对于由B到A的过程：mgh＝mg2R＋mvA2/2。由B到C的过程中，mgh＝mvC2/2。小球由A点作平抛运动到C点，则按平抛运动规律：sC D＝vAt和2R＝gt2/2。联立求解以上方程即可得出：小球应在平地上距D点10m处，以14.1m/s的初速度v0，与水平方向成45°角抛出。

2.3 运用可逆性原理，破解物理学难题

可逆性原理，为求解物理学开辟了一条重要的途径。用常规方法不易解决或无法解决的问题，应首选这一原理进行分析，往往能快速、准确地找到答案。

例2 在图2所示中，一束平行光通过一个盒子后成为较宽的平行光束，那么该盒子中的光学器件可能是( )

A.先一个凸透镜，后一个凹透镜。

B.先一个凹透镜，后一个凸透镜。

C.先后两个凹透镜。

D.先后两个凸透镜。

解析 根据光路可逆，不妨把盒子右边的平行光束看作入射光线，把左边的平行光束看作出射光线。由于左边平行光束较窄，因此右边的平行光束经第一个光学元件后必成为会聚光束，会聚光束再经过第二个光学元件后又成为平行光束。由此可推理：右边的光学元件一定是凸透镜，左边的光学元件可能是凸透镜，也可能是凹透镜。答案为B和D。

2.4 养成反思的习惯，提高解题的正确率

中学生习惯于用正向思维（又称“定势思维”或“惰性思维”）进行解题，这往往会造成解题的疏漏或错误。若在解题后能常常引导学生反过来想一想，并使学生养成题后反思的习惯，不仅可以发现解题过程中的疏漏或错误，提高解题的正确率，还可以克服思维的片面性，提高思维的灵活性。

例3 某人骑自行车以4m/s的速度匀速前进，某时刻在他前面7m处以10m/s的速度同向行驶的汽车开始关闭发动机，而以2m/s2的加速度减速前进。此人需要多长时间才能追上汽车？

分析 该题习惯的解法是：设骑车人追上汽车时，共同耗时ts。

由题意：s人=s车+7m；s人=4t；

s车=10t-1/2×2m/s2×t2。

联立求解以上方程即可得出：

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t=7s或-1s（舍去）。

该解答是否正确呢？若能引导学生反过来想一想“汽车能运行7s吗”，便会发现该解法是错误的。实际上汽车在5s末便停止了。常规的解决追击问题的方法成了此题错解产生的原因。正确的解法是：汽车停止只需t0=5s，汽车的位移s车=vt0=25m，骑车人的位移s人=s车+7m=32m，可解得追击时间 t=8s。

3 在创造教育中运用逆向思维

3.1 反向设问，培养学生的质疑精神

反向设问是逆向思维最基本的形式之一。自然科学的发展中，许多重大的发明都是在此基础之上产生的。因此，中学物理教学中应多运用反向设问，借以培养学生的质疑精神和创新意识。例如，在学习“电磁感应”之前，可先让学生回顾奥斯特实验，并设问：既然电能够产生磁，那么，反过来磁是否能产生电呢?在学习发电机之前，可先复习一下电动机的实质：电能转化为机械能，然后再设问：能否制造出一种把机械能转化为电能的机器呢?

3.2 改变角度，在探索难题中训练思维能力

许多难题，用常规方法常一时难以得解。此时如果运用逆向思维，从不同的角度去思考问题，往往会收到意想不到的效果，使问题得到顺利的解决。

例4 如图3所示，甲、乙两个形状不同、底面积相同的台形容器，分别装入质量相同、密度不同的液体，其密度分别为ρ1、ρ2(ρ1＜ρ2)，深度h1＞h2，请比较两个容器底受到液体压强的大小。

分析 如果正向思维用公式p=ρgh常规方法解答，由于密度ρ1＜ρ2，深度h1＞h2，两容器底受液体压强p1与p2的大小不能确定。采用逆向思维：分别将台形容器甲、乙逆推视为圆柱形容器丙、丁的上开口面积变化而形成；由于丙、丁这两个底面积相同的圆柱形容器装入质量相同密度不同的液体，底部受到的压强是相等的(根据p=F/S=G／S=mg／S)，以此作为中间量进行比较；把图甲台形容器看成是圆柱形容器丙的上开口面积变大，液体深度变小，容器底受到液体的压强变小；而图乙台形容器看成是圆柱形容器丁的上开口面积变小，液体深度变大，容器底受到液体的压强变大；从而判定出甲容器底受到液体压强小于乙容器底受到的液体的压强。

3.3 变换思维方式，提高学生的创新能力

物质与所具有的性质有着对应的关系，所以，我们可以由物质推知物质的性质，同样，我们也可以从某种性质去识别某种物质。例如每一种物质都有一定的密度，人们常常根据密度的大小去鉴别物质，那么，反过来可以这么认为：如果发现了某种从未发现过的物质密度，可能就是发现了新的物质。像氩气就是通过这种方式发现的。中学物理教学中，应多借助于这种生动的例子，教育、引导学生在学习和实际生活中常常变换思维方式来考虑问题，久而久之，可以提高学生的创新能力。

参考文献：

［1］谢学芳.毛国永.《初中物理教学中应加强学生逆向思维的训练》.《物理教师》.2005年第3期

［2］阎金铎.《物理教学论》.广西教育出版社.1996年12月.P368-369

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。

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