物理教学中直觉思维及其能力培养策略

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,物理教学中直觉思维及其能力培养策略,梁 新 灿,浙 江 省 新 昌 中 学,1,2004年浙江省教研室立项课题、绍兴市教科所立项课题,高中物理学科思维结构及其能力培养方法的研究,教学调查,2,项目 评价,最重要,次重要,不重要,1、知识教学（概念、规律的内涵与外延）,588%,318%,18%,2、过程教学（概念、规律的由来与应用方向）,564%,344%,3%,3、物理学研究方法（观察、模拟、理想化、实验归纳法、演绎推理法、类比推理法等）,588%,288%,25%,高三教学调查（8个班）,3,4、思维方法,（1）抽象思维（分析与综合；抽象与概括；分类与比较等）；,688%,264%,0%,（2）形象思维（比喻、直观教具、图象、模型、电脑动画、想象等）；,270%,565%,12%,（3）直觉思维（直觉、灵感）；,270%,522%,12%,（4）创造性思维（包括发散思维、会聚思维、顺逆思维、纵横思维、辨证思维等）,656%,264%,18%,4,5、解题程序与方法（分解法与合成法；整体法与隔离法；物理方法与数学方法）,700%,129%,25%,6、物理学观点（运动和力的观点、能量的观点、,动量的观点、场的观点、波的观点等）,398%,499%,58%,7、物理科学美（简单、对称、和谐、多样统一）,160%,521%,24%,8、情感教育（1）以情动人：关爱、鼓励；,（2）理想教育：学好物理学，为人类科技事业作贡献。,312%,509%,92%,5,从上表1可见，学生认为知识教学对学好物理（应试分数高）最重要的占588%，次重要的占318%，；从上表2可见，学生认为过程教学对学好物理最重要的占564%，次重要的占344%，与传统教学观和新课程教学观相符合（重知识与技能、重过程，新课程和传统教学都是强调的）；,6,而方法教育（表中的3、4、5）中认为对学好物理最重要的：物理学研究方法占588%，思维方法中（1）抽象思维（分析与综合、抽象与概括、分类与比较等）占688%，（4）创造性思维（包括发散思维、会聚思维、顺逆思维、纵横思维、辨证思维等）占656%，解题程序与方法（分解法与合成法；整体法与隔离法；物理方法与数学方法等）占700%，均较高；而形象思维（比喻、直观教具、图形、图象、模型、电脑动画、想象等）和直觉思维（直觉、灵感）对学好物理学最重要的比例却较低，均为270%。为什么？,7,究其原因是传统应试教育注重掌握知识的数量和熟练程度，重方法也是为了更好地掌握知识，而不是改造、创新知识和发展探究、发现和创造能力。形象思维和直觉思维均具有创造性，而长期以来我国的教学忽视学生想象能力、直觉能力和探究发现能力的培养，所以，形象思维和直觉思维的创造性未能凸现出来，学生也就难以认识到其重要性了。物理科学美属于高层次情感认识领域，中学生认识不到其独特重要性。,8,国家新课改，改革传统教学过程中过分注重接受、记忆、模仿学习的倾向，倡导学生主动参与，交流、合作、探究、发现等多种学习活动，改进学习方式，使学生通过物理学习，形成科学态度，经历科学探究过程，学会科学探究方法，把学生培养成具有独立思考、自主探究的精神和求实创新的意识与能力、具有为振兴中华民族和为人类进步而献身的高素质人才。,9,在第三届中外大学校长论坛上，中国科技大学校长朱清时指出，以高考为导向的应试教育，已经使基础教育畸形。这种情况如不改变，创新型人才培养就没有希望。到了大学阶段再开始从头培养创新精神创新能力，已经晚矣！,复旦大学党委书记秦绍德表示，高考指挥棒不改变，“唯分数论”的培养人才模式不改变，中国的素质教育将成为一句空话。“一张再好的试卷也无法考查考生的综合素质”。,为什么新中国成立57周年，在国内竟没有一个诺贝尔奖获得者？！,10,中国新一代物理教师，应牢固树立新课程理念，借鉴世界发达国家的教学思想，探求既符合中国国情，又迎合国际教育发展趋势的新的物理教育模式，使自己的教学行为突出体现学生的主体性、探究性、发展性、创造性，为培养大批“重知识、会思维、勇创造”的物理学人才，为未来中国出现世界顶尖科学家作出奠基性贡献！,11,教知识不是目的，教育家昆体良提出：“教是为了不教”。,让学生知道科学探究的过程，掌握探究学习的基本环节。,12,科学家科学探究的一般过程,发现或提出问题,提出猜想或假设,制定计划与设计实验,证实或修正猜想或假设,进行实验与收集证据（实验、调查等）,13,学生探究学习的基本环节,提出问题,猜想或假设,制定计划与设计实验,实验与收集证据,分析与论证,评估,交流与合作,14,我的认识是：物理教学过程应遵循科学家探究发现物理规律的基本过程和方法，重视物理方法教育、科学探究过程的指导和物理深层次理性思维的培养，使学生逐步掌握符合物理学科本质的探究发现式学习方法，形成科学的学习观，发展学生智力，提高学生的科学素养、终身学习能力和类科研能力，树立正确的人生观、价值观和科学观，具有为人类创造美好生活的精神意境和物质环境、为人类科技进步事业而献身的崇高理想。这是物理教学的真正目的和最高境界！,15,今天我就直觉思维的有关问题与大家交流，主要内容和目的是：,首先，给出直觉思维的定义，以著名物理学家创造成果为例说明直觉思维在探索、发现物理规律和发展物理学理论起着重要作用，以引起大家的兴趣，增强时代赋予我们的责任感。,16,其次，简述直觉思维的特性（整体性、三维性、突发性、随机性）和表现形式（直觉、灵感）的内涵，目的之一是丰富一点直觉思维学理论的基础；目的之二是使大家通过直觉思维理论与教学实践中直觉思维闪念的碰撞，引发大家对培养学生直觉思维方法的思考和教学策略的遄摸。,然后，介绍培养直觉思维能力的实践探索、教学策略和经验体会，以引起大家的深思、借鉴和联想。,17,你见过优秀的师傅炒菜吗？案板上摆着几十种佐料，他想都不想，看都不看，信手拈来，放下锅去，恰到好处。他凭的是什么？是多年厨师生涯培养出来的灵感和直觉。,打铁师傅用三锤子敲打把一块铁板敲平了。你问他三锤子敲在何处，用力如何？他回答是凭直觉敲打的。,可见，直觉是长期的经验积累而形成的。,18,其实，不仅是科学家、艺术家需要灵感才有伟大的建树，三百六十行，行行出状元。状元在其从事的专业领域必定是具有敏锐的直觉和灵感（灵气）的人。,19,物理直觉思维的定义是什么？,物理直觉思维是“以物理概念和物理表象结合而成的、具有整体功能的、以知识组块为思维材料而进行的思维，是人脑不借助于逻辑推理而综合运用已有知识、表象和经验知觉，以高度省略、简化、浓缩的方式洞察事物的物理实质，并迅速作出猜测、设想或突然领悟的思维”。,20,直觉思维的重要作用,1、安培从电流磁效应现象直觉到磁的成因是电流，提出了分子电流的假说，揭示了磁现象的电本质；,2、法拉第由电能产生磁的现象，根据审美直觉提出了磁也能产生电的假说，然后通过大量的实验，发现了电磁感应现象；,21,3、德布罗意根据作为波动的光具有位移性的事实，在审美直觉的驱动下大胆地提出了实物粒子也应具有波动性的科学假说，从而建立了物质波的重要概念；,4、爱因斯坦更是一个具有极强直觉能力的科学大师，他在26岁和37岁时分别创立的狭义相对论和广义相对论，并不是在已有的理论体系基础上通过逻辑推理产生的，而是靠他丰富的想象力、直觉和灵感。,22,爱因斯坦说：,“真正最可贵的因素是直觉。”,“我相信直觉和灵感。”,中国科学院心理研究所有关脑部活动研究结果表明，灵感并不为少数“天才”所独有，它是逻辑思维和非逻辑思维的有机结合。,23,中国科学院心理研究所研究员罗跃嘉、罗劲领导的课题组，以传统的谜语做实验材料，用事件相关脑电位（,ERP,）和功能磁共振成像（,FMRI,）技术记录实验参加者的脑部活动，对直觉作了相关的研究。实验中绘就了分别表示“困难”（或有顿悟）和“容易”（或无顿悟）的脑电波形，相减后得到一个波峰为,380,毫秒的负波，并找到这条“,N380,”波线在头皮上的分布区域。偶极子分析表明，“,N380,”起源大脑“扣带前回”区域，这与他们的,FMRI,脑成像结果完全一致。研究结果表明，灵感并不为少数“天才”所独有，它是逻辑思维和非逻辑思维的有机结合。,24,一、物理直觉思维的特性,（一）整体性,直觉思维是综合运用已有知识、表象、经验感觉，从整体上研究物理问题，从整体上把握物理对象和物理过程，把注意力和着力点放在物理问题的整体对外效应上。在对物理问题作总体分析的基础上，进行一种简约的、紧缩的、有选择、急速的推理思维，然后，以一种敏锐的观察力、有根据的想象力和判断力，以单刀直入的方式，一次从整体上揭示物理事物的本质。,25,（二）三维性,直觉思维是一种直觉式、顿悟式的思维，它既不是物理经验和命题的简单归纳和总结，也不依据形式逻辑的规则进行思维，它没有固定的思维程序与格式，而是跳跃式的考察物理问题。著名科学家钱学森指出：“如果逻辑思维是线性的，形象思维是二维的，那么，灵感思维是三维的。”,灵感思维的三维性，可理解为灵感思维比抽象思维和形象思维具有更大的自由度，具有以各种不同的方式加工处理头脑中信息材料的可能性，获得物理抽象思维和形象思维活动所不能得到的思维成果。,26,（三）瞬时性,直觉和灵感的产生往往是瞬间突发的，即所谓灵感既可以发生在为解决物理问题进行苦思冥想时那种受主体指挥和控制的“现实思维”中，也可以发生在主体当时并不在思考所要想解决的问题，甚至在某种漫无目的的、不受主体控制的“潜意识”中。灵感的出现一闪而过，稍纵即逝，中国古代伟大的文学家苏轼说过：“作诗火急追之逋，情景一失永难摹。”所以，很多诗人和科学家随身带着笔和纸，以便记下突如其来的灵感创意！,27,（四）随机性,直觉思维的随机性具有两方面的含义，首先，灵感的出现常常是人们预料不到的；其次，直觉思维的结果可能是正确的，也可能是错误的，它是对物理问题的直觉的猜测，其结论的正确性要靠实验来检验。,28,但随机中有必然。知识、方法、经验和思想的融合+持续思考，往往产生灵感。爱因斯坦说过：“过量思考是促成灵感到来的必经阶段。”,科学史上任何一个灵感的产生都是长期艰苦探索的结果。不花费“踏破铁鞋无觅处”，绝对不会“得来全不非工夫”。研究物理问题当“山重水复疑无路”时，将会出现“柳暗花明又一村”，灵感是对艰苦劳动者的一种奖赏！,29,（五）创造性,灵感的创造性表现在它在解决问题的时候是不拘一格地进行思维的，打破常规考虑，所以，往往能得到一些出乎意料的新观点、新发现，引起认识上的一种新的飞跃。德国著名物理学家爱因斯坦在少年时就思考着这样一个问题：假如一个人坐在一道光线上，看另一道光线，将会有什么样的结果呢？这便是日后相对论中的惯性系等效赖以产生的理想实验。,30,二、物理直觉思维的形式,1、直觉,是运用有关知识组块和形象直感对当前问题进行敏锐的分析、推理，并能迅速发现解决问题的方向或途径的思维形式。在物理学中，直觉又有三种表现形式：,31,（1）直觉的判断：,指人脑对客观存在的物理对象、物理现象、物理过程、物理系统的结构、特征、规律等的一种迅速的识别、直接的理解和整体的判断。,（2）直觉的启示：,当主体沉思于某一物理问题而百思不得其解时，突然某一时刻，由于一个偶然的外部刺激，使他“茅塞顿开”，直觉得出问题的答案或解决问题的方法或途径。,（3）直觉的想象：,当研究某一物理问题时，外界提供的信息不充分，那么，主体充分发挥想象力，把大脑中的所有知识组块和“潜知”调动起来，并进行重新组合、加工，然后与原有的信息结合，从而把一个未曾料到的关系、模型、形象构想出来。,7,32,2、灵感,英国著名病理学家贝弗里奇认为：“灵感是指对情况的一种突如其来的顿悟或理解。”,钱学森认为，灵感是潜意识，当酝酿成熟时突然沟通涌现于意识成为灵感。,8,我觉得，灵感是以已有的知识经验为基础，在意识高度集中之后产生的一种极为活跃的精神状态，这时人的思维会对百思不得其解的问题，产生突发性飞跃和敏锐的顿悟，从而解决问题，或产生新的见解或新的思想。,33,引发物理灵感大致有两种情形：,一是外界偶然的刺激，,包括得到哲学的启发，得到大自然或生活经验的启示，得到相邻学科的启示，受到某种情景的触发。,二是物理概念、物理表象、物理方法、物理学观点和思想等在大脑内的相互作用，,使得潜意识获得足够的“能量”，跃迁到显意识。,34,直觉是创造的先导，灵感是创造活动的顿悟。,35,三、物理直觉思维能力的培养方法和,教学策略,1、重视结构教学，形成合理的认知结构，培养组块思维能力。,首先，要掌握物理学科的基本结构。,心理学上的格式塔学派认为：知识的整体由部分构成，但整体比部分之和的意义更大。,布鲁纳倡导结构教学法，他说,“,无论选教什么学科，务必使学生理解该学科的结构。,”,什么是,物理学科的基本结构呢？物理学科的基本结构就是指物理学的基本概念、基本原理和基本方法、观念以及它们之间的相互联系所构成的理论框架。,36,知识结构：,知识的形成、内涵、外延、联系及应用方向等；,认知结构：,认知过程（具体,抽象,具体）、认知方法（观察实验法、演绎推理法、类比法、等效法、模型法、理想化法、模拟研究和数学方法等）和认知层次（识记、理解、运用、综合、评价）；,布鲁纳指出：,“结构的理解，能使学生从中提高他直觉处理问题的效果。”,无结构零乱的信息难以形成直觉思维，当有秩序、有结构的信息从提供的信息中忽隐忽现时，就会活跃直觉思维。,37,内涵和意义：,合外力对物体所做的功等于物体动能的变化；即合外力做功是物体动能变化的原因和量度。,特点,外延,内涵,由来,动能定理,W,合,=,E,K,2,-,E,K,1,定理是演绎规律：,在恒力直线运动中，可根据牛顿第二定律,F,合,=,ma,和运动学公式,v,2,2,-,v,1,2,=2,as,推导而来。,适用范围和成立条件：,对低速、宏观物体，相对惯性参照系，不论受力和轨迹的情况如何，均成立。,应用的最佳方向：,对解已知空间位移关系（“位移类”）动力学问题最方便；在电学中有它的重要地位。,38,例1、如图1所示，一小木块以初速,v,0,从A点进入粗糙水平轨道AB段，然后沿光滑竖直半圆轨道BC段运动，最后落到D点。已知AB=,s,，半圆轨道半径为,R,，小木块与AB段之间的动摩擦因数为,。求小木块最后落到D点时的速率。,解：对小木块从A,B,C,D全过程，因AB段粗糙机械能不守恒，而动能定,理适用,列式为：,-,mgs,=,mv,D,2,/2-,mv,0,2,/2，,于是,v,D,=（,v,0,2,-2,gs,）,1/2,。,A,v,0,D,B,C,图1,39,其次，要全面训练物理思维方法和物理学研究方法，形成方法场。,直觉思维是一种瞬间思维，它是形象思维与抽象思维的凝结、简缩或跃进。因此，整个高中教学要有计划地全面介绍、系统训练学生的形象思维、抽象思维和直觉思维的各种方法与物理学研究方法。,不懂得方法，就只能永远被关在科学的门外。,40,高中物理教材的特点,高中物理教材(包括新课标教材）主要以知识逻辑发展为主线编写，物理思维方法、科学研究方法和辨证哲学方法都是穿插于其间的，教师应对这些方法进行系统地总结和归纳，使学生获得较系统的方法论知识，形成“方法场”。,41,如，,研究物理事实用实验观察法；,物理研究对象用抽象模型法；,物理概念用总结归纳法；,物理量定义用比值法或乘积法；,发现物理规律用实验归纳法、演绎 推理法和类比推理法等；,分析复杂问题用等效法、理想化方法、假设方法、模拟研究和数学方法等；,相似问题用类比法；,临界问题用辩证法；,认识未知对象用黑箱法,42,1、研究对象用抽象模型法：,如质点、理想气体、点电荷、点光源、轻弹簧、弹簧振子、单摆、理想变压器等；,2、,物理概念用总结归纳法：,如力（通过实例归纳出力是物体对物体的作用）、机械运动（物体位置发生改变）、匀变速直线运动（在相等的时间内速度变化相等）、匀速圆周运动（在相等的时间内通过的弧长相等）、机械波（机械振动在介质中的传播），等等。,3、,物理量定义用比值法或乘积法：,如加速度、电场强度、磁感应强度、介质的折射率等用比值法，功、冲量、动量等用乘积法。,43,4、,发现物理规律用实验归纳法、演绎推理法和类比推理法等：,实验归纳法：,如胡克定律、牛顿第二定律、机械能、动量守恒定律、光的反射、折射定律、光电效应规律等；,演绎推理法：,动能定理、动量定理、功能原理等；,类比推理法：,欧姆定律(类比傅立叶的热流规律而发现）、电场力做功规律（类比重力做功规律）等。,44,5、等效法：,力的合成与分解、运动的合成与分解（平抛运动可分解为两种简单运动来研究）、把恒定重力场与恒定电场合成为一个新的等效重力场来研究；,6、模拟法：,电场中等势线的描绘（用恒定电流场模拟静电场）；,7、相似问题用类比法：,安培根据磁铁的磁场与通电螺线管磁场的相似性，通过类比法提出分子电流的假说。,45,8、,数学方法：,麦可斯韦根据电磁场理论建立了麦可斯韦方程组，推出电磁波在真空中的传播速度与光在真空中的传播速度相等，提出光是电磁波的假说，后来被赫兹实验所证实。,9、未知对象用黑箱法：,认识原子的核式结构采用了黑箱法。用,粒子射线打击金薄片，根据,粒子轰击金薄片前后的行为变化，猜测金原子的结构。,46,10、,临界问题用辩证法：,接触与分离是一对矛盾，接触与分离的临界条件是弹力为零；物体受最大静摩擦力的临界状态是受力物体相对于施力物体处于“即要滑没有滑，很快就要滑，但就是还没滑”这样一个量质转变的特殊状态。,47,再次，要培养学生运用组块思维的习惯。,组块思维是直觉思维的主要表现，要在学生形成知识组块的基础上，训练学生运用组块思维的习惯：,重视基本问题的教学，使学生掌握基本问题的类型、物理情景以及解法和结论；,注意新旧问题的比较和联想，将新问题转化为旧问题，将旧问题的结论和方法迁移应用于新问题；,解决问题时通过理想模型的构建，提供直觉思维突变的模块，训练快速、正确解决问题并进行组块思维的习惯。,48,通过物理系列问题的分析，总结出它们的共性，对训练学生的组块思维，提高直觉迁移力是很有利的。如，对动生电动势产生机理和电磁流量计、霍尔效应、磁流体发电机等问题的原理放在一起分析作比较，归纳出它们的共同点，等等。,49,1、动生电动势,当,eE=evB,时，自由电子沿棒方向不再定向移动，,ab,间的电势差即为电动势：,=U,ab,=El=Blv,。,a,b,l,v,B,v,eE,evB,50,2、电磁流量计,当稳定时，正负离子受力平衡,qE=qvB，这时,=BD,v，因此流量为： Q=vS=,D/4B 。,a,B,b,D,v,v,v,qE,qvB,qE,qvB,51,3、磁流体发电机,当qE=qvB时，正负离子不再偏移，ab两极间电势差保持恒定，此电势差即为电动势：,=U,ab,=Ed=Bdv。,S,闭合：,I=,Bdv/（R+r），,方向： cRd 。,qvB,qE,v,v,qE,qvB,b,a,v,d,B,R,d,c,52,4、霍尔效应,实验表明，在磁场不太强时，,霍尔电势差为,U,AA,=,K,IB/d,当eE=evB时，下侧面和上侧面 AA之间的电势差保持恒定 U,AA,=Eh=Bhv。,qE,qvB,v,v,b,I,A,A,B,h,53,上述四个物理问题的,共同点,是：,自由电子或正、负离子受洛仑兹力，开始阶段发生偏移，当qE=qvB时自由电子或正负离子不再偏移，电动势或电势差恒定：=Bdv或 U= Bdv。,54,2、重视整体分析，加强发散思维，优化思维的训练，增强直觉调控能力。,第一、重视过程教学，增加对物理知识理解的深度、厚度和长度。,要重视物理概念、规律和物理问题的提出、形成或发现的过程教学，注意运用理想模型、理想条件、理想实验来启发学生的想象力。解决问题时，要建立物理过程示意图，帮助学生发挥直观想象力。如力学要画受力分析图、过程展示图，电学要画等效电路图，光学要画光路图等等，逐步积累学生直觉思维的经验。,55,如，对碰撞过程的微观展示与分析，如图,2,所示，有助于学生对,“弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞定义、所遵循规律”,的正确理解：,弹性碰撞两小球经历压缩阶段和恢复阶段，从状态变化到状态，两小球完全恢复形状，碰撞过程中不仅动量守恒，而且机械能守恒（压缩阶段有部分动能转化为弹性势能，恢复阶段这部分弹性势能又逐渐转化为动能），所以碰撞前后动能相等；,v,1,v,1,v,V,2,v,2,v,压缩阶段,恢复阶段,2,1,m,1,m,2,图2,56,非弹性碰撞从状态变化到状态，不能完全恢复原状，碰撞过程中只有动量守恒；,完全非弹性碰撞只有压缩阶段，从状态变化到状态，动量守恒，但丝毫不能恢复形状，压缩阶段减少的动能不是储存为弹性势能，而是由于内摩擦全部转化为内能了，因此，碰撞过程,中机械能不守恒，而且动能损失最大。,（物理方法：根据碰撞模型，从物理过程、物理意义角度理解与分析，得出结论）,57,设v,2,=0，由动量守恒得,m,1,v,1,=,m,1,v,1,+m,2,v,2,碰撞前后动能损失为,E=,m,1,v,1,2,/2-(,m,1,v,1,2,/2+m,2,v,2,2,/2),= m,1,v,1,2,/2-,m,1,v,1,2,/2 +m,2,(m,1,v,1,-m,1,v,1,),2,/m,2,2,2,=m,1,v,1,2,/2-,m,1,v,1,2,/2+( m,1,2,v,1,2,-2 m,1,v,1,m,1,v,1,+ m,1,2,v,1,2,)/2 m,2,= m,1,v,1,2,/2-m,1,2,v,1,2,/2 m,2,-,m,1,v,1,2,/2+m,1,v,1,m,1,v,1,/m,2,-m,1,2,v,1,2,/2 m,2,根据数学，2次函数求极值可得,v,1,=-b/2a=- (m,1,2,v,1,/m,2,)/2 (-m,1,/2-m,1,2,/2 m,2,) ,=(m,1,2,v,1,/m,2,)/(m,1,+m,1,2,/ m,2,) ,=(m,1,2,v,1,/ m,2,)/(m,1,m,2,+m,1,2,)/ m,2,=,m,1,2,v,1,/(m,1,m,2,+m,1,2,)= m,1,v,1,/(m,2,+m,1,),（数学方法：根据物理过程所遵循物理规律列出数学方程，应用数学知识解决问题，得出结论）,58,第二、重视整体分析，增强宏观直觉调控力。,在解决物理问题时，从宏观上对问题作整体分析，抓住物理问题的框架结构和本质关系，确定解决问题的总体思路和途径，并在此基础上进行大跨度、大步骤的整体思维，培养跳跃式思维能力。如研究对象整体化、物理过程全程化解题方法的应用，有利于增强宏观直觉调控力。,59,例2、如图3所示，固定斜面AB下端与光滑圆弧轨道BCD的B端相切，圆弧轨道半径为,R,，圆心O与A、D在同一水平面上，,COB=,。现有一个质量为,m,的小物体，从斜面上的A点无初速滑下，已知小物体与AB斜面的动摩擦因素为,。求小物体在斜面上能够通过的总路程。,图3,R,O,D,C,B,A,60,解：从全过程出发，每当小物体在斜面上滑动时，由于摩擦发热均要消耗机械能，使小物体的最大高度不断降低，当在B点以下光滑圆弧轨道上滑动时机械能守恒，小物体左右振动的最大高度不再降低。根据能量守恒定律可知,E,P减少,=,E,内增加,即,mg,R,cos,=,mg,cos,s,总,，,所以,s,总,=,R,/,。,这是,全过程直觉洞察、调控的表现。,61,第三、重视变式分析，增强思维发散力。,在物理概念、物理规律教学中，引导学生多方位理解概念、规律的内涵，多角度体验研究方法。习题教学中，经常选择富有启发性的问题，或者对某一问题采用多种知识途径和方法求解，或者改变提问的角度、改变问题的条件、改变习题的类型等方式，把一个问题变化成多个问题，让学生思考、分析，有利于培养思维的发散力。,62,例3、从不高的空中O,1,点，以相等的速率,v,0,朝着一切可能的方向，同时抛出若干个,小球，试证：这些小球在落地前的任何时刻都处在同一个球面上。,O,1,(0, -,b,),O,x,y,a,图4,63,解法一：,以O点为坐标原点，在一个竖直面上建立平面直角坐标系，如图4所示。研究该竖直平面上运动的小球在任意时刻都处在同一圆周上，命题即证。,设某个小球抛出时初速方向斜向上与x轴正向的夹角为,，则它在时刻,t,的坐标为,x=,v,0,cos,t,y=,v,0,sin,t,-,gt,2,/2,64,设,v,0,t,=,a,，,gt,2,/2=,b,；在任意确定时刻,t,，,a,、,b,均有确定值，代入上述两式，可得,x=,a,cos,y +,b,= asin,上述两式是圆心坐标为（0，-,b,）、半径为,a,的圆的参数方程。表明圆心的位置沿y轴向下以加速度,g,作自由落体运动，而圆的半径（,a,=,v,0,t,）随时间成正比例增大（节日的焰火，从远处看有的象一个球的形状，便是上述所证明的道理）。,65,解法二：,设想各小球从O点抛出的同一时刻，从O点自由落下一物体P，以物体P为参照物，则因为平抛运动，斜上抛、斜下抛运动，竖直上抛、竖直下抛运动均可看作是初速方向的匀速直线运动和自由落体运动的合运动，以物体P为参照物，各小球自由落体分运动与参照物自身的自由落体运动抵消了，在P上观察，各个小球向空间各个方向均作速度为,v,0,的匀速直线运动，所以，任意时刻各个小球均处在以P为圆心，,v,0,t,为半径的球面上。,66,第四、加强优化训练，增强直觉思维选优力。,爱因斯坦认为，直觉是面对各种可能性作出正确选择的重要能力。,67,通过力学教学，要使学生从整体上掌握力学主规律之间的联系和特点（右图表所示）。同时通过实例的分析与探究，总结出解题优选原则：,“解决满足守恒定律条件的过程题选用守恒定律；解决与加速度直接相关的瞬时题选用牛顿第二定律；解决与时间直接相关的过程题选用动量定理；解决与对地位移直接相关的过程题选用动能定理；解决与相对位移直接相关的过程题选用能量守恒定律；一条规律解决不了时，再考虑其它规律和临界条件、隐含条件以及几何关系等。”,68,能量规律,牛顿定律和运动学规律,牛顿定律,万有引力定律,F,=,G,m,1,m,2,/,r,2,匀变速,直线运动,惯性定律,F,合,=,ma,F,=,F,v,t,=,v,0,+,a,t,s,=,v,0,t,+,at,2,/2,v,t,2,v,0,2,=2,as,s,=(,v,0,+,v,t,),t,/2,动能定理,W,合,=,E,K,2,-,E,K,1,=,m v,2,2,/,2-,m v,1,2,/,2,变 形,W,其他力,=,E,2,-,E,1,机械能守,恒 定 律,能量守恒,定 律,条件：只有重力或,弹力作功,结论：,E,2,=,E,1,任何物理过程，各种形式能的总和保持不变,动量规律,动量定理,F,合,t,=,p,p= m v,- m v,系 统,F,合,t,=,p,p,动量守恒,定 律,条件：,F,外,=0,结论：,p,=,p,1,、平抛运动,v,x,= v,0,（匀变速曲线运,动）,v,y,=,gt,x,= v,0,t,y,=,gt,2,/2,2、匀速圆周运动,v,=2r/T，,(变加速运动) =2/T,F =,m v,2,/,r=,m,r,2,3、人造卫星,G,m/,r,2,=,m v,2,/,r=,m,r,2,重力加速度,g,=,G,/,R,2,4、简谐运动 F= -,（变加速运动）,69,例4、如图5所示，质量为M的木板B放在光滑的水平面上，一质量为m的物体A（可视为质点）在B的左端以速度v,0,开始运动。A、B之间的动摩擦因素为，要使A刚好不滑离B的右端，则B的长度应是多少？,v,0,B,A,图 5,70,解：物体,A,受,B,给予的方向向左的滑动摩擦力，在,B,上作匀减速运动速度逐渐减小，而木板,B,则受,A,对它的方向向右的滑动摩擦力在光滑水平面上作加速运动，其速度逐渐增大，,A,不滑离,B,的临界条件是，,A,刚滑到,B,的右端时，,A,、,B,速度恰相同（设为v），则根据动量守恒定律，得,71,m,v,0,=（M+m）,v ,设木板B的长度为L，根据能量守恒定律得,m,v,0,2,/2=,（M+m）,v,2,/2+,mgL,联立,式,解得,L=M,v,0,2,/2,g（M+m）。,本题也可以选择其他力学规律列式解，但选择动量守恒定律和能量守恒定律解是最简单的，在一次测验中，有90,的,学生都采用了上述方法解题，表现出了学生较强的直觉思维选优能力。,72,3、鼓励大胆猜测，打破思维定势，提高直觉思维的敏锐性、前瞻性和创造性。,（1）鼓励学生大胆猜测。,牛顿说过，没有大胆的猜测就不可能有伟大的发现。,73,当人们普遍接受牛顿关于光的粒子说时，惠更斯提出了光的波动说，被很多人认为是“胡说八道”。当后来所有的实验都证明了光是波动时，爱因斯坦又提出一种新的粒子说光量子说，当时也引起许多人的大惊小怪。在爱因斯坦证明了波动的光具有粒子性以后，法国年轻物理学家德布罗意进一步提出一个大胆的惊天动地的学说：一切实物粒子都具有波动性，当时世人为之哗然。但后来的电子衍射实验证明了其学说的合理性。,74,猜测是一种合情推理，属于综合程度较高的直觉认识过程。,布鲁纳说：“应该给学生一定的训练，使之认清猜想的合理性。”,第一，类比猜测。,在物理学的发展过程中，类比明显地起着启示、探索、开路和创新的作用，许多新概念、新规律、新理论的提出借助于类比猜测。如类比水波、声波猜测光波的性质；卢瑟福将原子结构与太阳系模型类比，猜测原子的核式结构模型，等等。在物理教学中，可以通过类比引导学生猜测。,75,例如,万有引力定律,F=,Gm,1,m,2,/,r,2,和库仑定律,F,=,kQ,1,Q,2,/,r,2,表达形式完全相同，因此，可让学生猜测，万有引力场与库仑力场所具有的一些相同性质：重力场中因为重力做功与路径无关，所以可以引入重力势能的概念，物体在重力场中运动，如果只有重力做功，那么动能与重力势能可以相互转化，但总机械能守恒。电场中因为电场力做功也有与路径无关的特点，所以，也可引入电势能的概念，如果只有电场力做功，那么，动能与电势能可以相互转化，但它们的总和不变（即两种场都具有能的性质）。在电场的教学中，精心设计教学过程，类比重力场让学生猜测电场所具有的性质，实践表明，对培养学生的直觉猜测、类比迁移能力是很有效的。,76,有学生通过,类比探索,发现：,浮力做功也有与路径无关的特点，他引入了浮力势能的概念，直觉地建立了包括浮力势能在内的,“类机械能守恒定律：物体在液体中运动，如果不考虑液体的阻力，只有重力和浮力做功，那么，动能、重力势能和浮力势能之间可以相互转化，但它们的总和保持不变”。,浮力势能概念本身并不重要，但学生这种类比能力和直觉创新精神是值得赞扬的。,77,第二，审美猜测。,从物理学的内容结构上看，以物质结构和运动为研究对象的物理学理论体系，呈现了异乎寻常的“对称、和谐、简洁、多样统一”等形式美。如运用“对称性”解题，简洁明快，直觉猜测、对称美感蕴涵其中。,在物理学中，物理模型、物体的运动、场的分布、电路和光路等，往往具有对称的特点。这些都能促成直觉显现，突破常规，开拓思路，使问题迅速而简捷地得到解决，有时甚至一眼看出问题答案。,78,例4、 如图5所示，一条长为,l,的细线上端固定，下端拴一个质量为,m,的带电小球，置于方向水平、大小为,E,的匀强电场中。已知当细线离开竖直位置为,角时，小球处于平衡状态。求小球带何种电荷，带电量为多少？如果使细线的偏角由,增大到,，然后将小球由静止释放，则角,多大时，才能使细线到达竖直位置时小球速度刚好为零？,mg,qE,F,A,A,O,E,图5,79,学生利用三力平衡特点很容易求出小球带正电，电量为,q=mg,tg,/,E,。但利用功能关系求时感到比较困难。应提示学生注意单摆运动对称特点，促成直觉显现，一下看出,的大小。因为小球由,A,点静止释放后，将以O点为平衡位置振动（O点是重力场与电场合场的最低点）。根据振动的对称性，小球在速度为零的两振幅位置,A,和,A,时，偏离平衡位置的角度相等，所以,=2,。,80,在物理教学中，考察物理问题、物理对象、物理过程、物理规律、物理理论的美学特点，对学生进行审美教育，使学生具有鉴赏科学美的能力，引导学生进行合理的猜测。直觉往往受思维主体的审美情感所支配。爱因斯坦认为理论前提的简单性应当是评价理论价值的重要标准。贝弗里奇认为，有相当部分的科学思维并无足够可靠的知识作为有效推理的依据，而势必只能凭借鉴赏力的作用来作出判断。,81,可以说，由美感产生的直觉是最高层次的直觉。数学家阿达玛也认为，科学美感这种特殊的美感，是我们必须信任的向导。,什么是科学美？,科学美就是人类对自然的情感，人类认识自然的一种境界，人类改造自然的一种进程！,82,（2）采用多种教学方法，开展多种课外创新活动。,在课堂教学中，针对学生的实际情况和具体教学内容，选择便于学生探索问题和发表见解的教学方法，如探索发现法、讨论法等。探索发现法是通过学生探究、以再发现的方式，培养学生的观察能力、实验能力、思维能力、问题解决能力和探究能力等，它的运用有利于学生在教师的指导下，大胆猜测、提出问题、探索解决问题的途径和方法，提高探究发现能力。,83,讨论法是由教师根据教学需要提出问题，由学生事先准备，课堂上进行讨论，再由教师总结的一种教学方法，它的运用有利于学生通过深入思考，在有充分准备的基础上，发表自己的看法和见解。另外，通过丰富多彩的课外活动（小实验、小论文、物理游戏、参观工厂和科技馆等）和劳技教育活动课（开展学习创造学理论和方法，小制作、小发明提案构思征文比赛和创新、发明实物展览、评奖等活动），培养学生的实践能力、直觉能力和创造性物化能力。,84,4、培养开放思维和国际视野，触发灵感的世界前瞻性。,第一，有些问题不仅要和本专业的内行进行磋商交流，还要有意识与其他专业的内行讨论。真所谓“不识庐山真面目，只缘身在此山中。”由讨论、交流触发灵感的根据是：解决问题可能有多种方法，对于同样的事实，完全有可能建立起不同的理论来解释。世界是发展的，人的认识也是不断发展的。,85,第二，教师要有国际视野，勇于参与国际国内学术交流。必须明白，至今我们的一切知识和经验，不仅是相对的，而且也是非常不全面的。世界之大，无奇不有。完全有可能出现新情况，我们要随时准备面对新问题，最重要的认识是，我们每一个人都有可能为人类做出新发现！,86,教学实践表明，高一学生直觉思维能力较弱，应重视抽象思维、形象思维、发散思维的培养，耐心启发直觉思维；高二开始，学生直觉思维能力提高较快；高三学年，是培养学生直觉思维能力的最好时机。通过知识教学，注重直觉思维、创造性思维能力的培养和物理学科学研究方法、思维方法的训练，不仅能有效地提高学生的创新意识、创新学力和创新能力，而且有力地促进学生科学学习观的形成，从根本上掌握体现物理学科的特点和遵循认知、思维规律的科学学习方法，优化物理认知结构、思维品质，提高科学素养和探究发现能力。,87,95届，我所带班学生赵少斌高考物理科成绩147分，总分673分，荣获绍兴市理科状元，浙江省理科第三名。98届，所带班学生数52人，高考上重点线44人，重点线率绍兴市第一。2003届，所教班高三（7）班，在测验和模拟考中，物理平均分超其他普通班6至10分，高考上重点线人数27人，居学校普通班第一；高三（6）班在高考前的最后一次模拟考中，综合科物理满分120分多达16人，高考综合科最高分288分，绍兴市最高分。我所教的学生参加由中国物理学会主办的全国中学生物理竞赛，获全国一等奖1人，二等奖6人；参加浙江省亿里达创造发明实物作品比赛获二等奖（浙江省最高奖）2人。,88,2005届，高二教过的学生吕唐杰、潘曦高考理科成绩分别为690分、687分，荣获绍兴市理科第一名和第二名（浙江省高考理科第11名和第12名），我教的一个差班物理科成绩取得了跨越式进步，超越有的较优班，全班高考上重点线15人，上本 科线32人，专科线7人，实现了历史性飞跃。,89,最后应当指出，由于直觉思维具有随机性和偶然性，直觉思维的结果可能正确，也可能错误。因此，无论是课内还是课外，均要创设良好的、学生主动学习、积极参与的教学活动氛围，建立平等的师生关系，采用民主型的教学方式，鼓励学生独立思考、大胆猜测。倘若猜错了，切不可训斥，应当引导和启发，如果猜对了，则应充分肯定、表扬，对具有创见性的想法和直觉思维创新成果，则要大力表彰，这样才能不断激励和提高学生的直觉思维能力。,90,物理直觉思维,内 涵,能 力,特 性,过 程,形 式,创 造 性,随 机 性,瞬 时 性,三 维 性,整 体 性,准备、突发、整理,灵 感,直 觉,略,策,养,培,发灵感世界前瞻性。,培养开放思维和国际视野，触,提高直觉思维的敏锐性和创造性,鼓励大胆猜测，打破思维定势,训练，,提高直觉,调控能力；,加强发散思维、优化思维的,认知结构，培养组块,思维能力；,重视结构教学，形成合理的,91,不妥之处，请提宝贵意见，谢谢！,联系电话：05756855127,92,