高中物理解题中的直觉思维应用

高中物理解题中的直觉思维应用
许波华
(江苏省海安市实验中学㊀２２６６００)
摘㊀要:高中物理教学中ꎬ指导学生解题需要运用一定的直觉思维ꎬ直觉思维指的是不利用详细的逻辑推理ꎬ也不对演绎过程进行分析ꎬ从而达到似乎正确但是还是试验性的说明㊁推理性的结论思想过程ꎬ其属于创造性的第一步.
关键词:高中物理ꎻ解题ꎻ直觉思维
中图分类号:Ｇ６３２㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:１００８－０３３３(２０２１)３０－００６８－０２
收稿日期:２０２１－０７－２５
作者简介:许波华(１９７６.１２－)ꎬ男ꎬ江苏省南通市海安人ꎬ本科ꎬ中学一级教师ꎬ从事高中物理教学研究.
㊀㊀物理学科是一门高度重视思维的学科ꎬ之所以很多人都认为物理学的好的人都是聪明的ꎬ实际上就是最朴素的关于思维的认识.从学理的角度来看ꎬ很多人将思维形容世界上最美的花朵ꎬ究其原因就是很多物理规律的发现就是思维的结果.因此在高中物理教学中重视思维的培养就显得非常重要了.要培养学生的思维ꎬ首先要认识到思维是有多种形式的ꎬ一般认为思维包括形象思维㊁抽象思维以及直观思维.形象思维意味着学生需要关注具体的事物ꎬ比如说物理实验ꎻ抽象思维意味着学生需要关注科学的表述ꎬ例如物理概念或者规律的语言.形象思维和抽象思维都是学好物理知识的基础ꎬ而相比较而言ꎬ直觉思维更为重要.直觉思维指的是不利用详细的逻辑推理ꎬ也不对演绎过程进行分析ꎬ从而达到似乎正确但是还是试验性的说明㊁推理性的结论思想过程ꎬ其属于创造性的第一步.解题是能够反映学生思维品质的重要环节ꎬ同时又是培养学生思维的重要时机.很多物理学的好的学生ꎬ在拿到物理题目之后ꎬ能够第一时间反映出正确的解题方法ꎬ这实际上就得益于直觉思维.那么对于更多的学生而言ꎬ如何培养学生的直觉思维呢?笔者以为可以抓住习题教学的契机ꎬ理解直觉思维形成的内在机制ꎬ然后就可以实现对学生直觉思维的培养.以此ꎬ本文就对高中物理解题过程中的直觉思维使用进行分析.㊀㊀一㊁基于战略性解决层次实现判断
众所周知ꎬ解题思维要求具有一定的逻辑ꎬ但是逻辑
思维要求使用非逻辑直觉思维进行启动ꎬ在面对题目的时候使学生读懂题目ꎬ了解题目描述物理情况㊁过程及状态ꎬ正确审题ꎬ此为正确解题过程中的主要步骤.在此过程中ꎬ和学生对于问题直觉判断具有密切关系ꎬ能够为确定解题方向或者策略制定提供基础ꎬ还能够大胆猜测问题结果和中间状态ꎬ从而对解题进行总体提示.
例１㊀某个人在某个星球上通过ｖ速率竖直向上抛出物体ꎬ通过ｔ秒钟就会落回到手中.已知此星球的半径表示为Ｒꎬ如果在此星球近地发射一颗绕着星球旋转的人造卫星ꎬ那么人造卫星的速度为(㊀㊀).
Ａ.
ｔ
ｖＲ
㊀Ｂ.ｖｔ
Ｒ
㊀Ｃ.２ｖＲ
ｔ
㊀Ｄ.２ｖｔＲ
此种题目就是求解卫星速度的题目ꎬ正常解题过程为以竖直上抛运动规律得到物体向上及向下时间的相等ꎬ也就是ｔ/２.通过速度公式得到ｖ＝ｇ(ｔ/２)ꎬ也就是ｇ＝(２ｖ/ｔ).以星球表面的重力提供向心力得到等式为ｍｇ＝ｍ(ｖ２/Ｒ)ꎬ以此解得到星球近地发射人造卫星速度为
２ｖＲ
ｔ
ꎬ所以选择Ｃ.㊀但是假如能够引导学生通过直觉思维对卫星速度进行求解ꎬ单位为ｍ/ｓꎬ此种直觉判断就能够使学生及时选出正确答案ꎬ因为其他的选项并不是速度单位.以此表示ꎬ仔细分析㊁了解题目含义ꎬ以直觉进行精准判断ꎬ能够使解题时间得到缩短.这个时候直觉思维的运用ꎬ就体现在很短时间之内对物理问题进行准确判断ꎬ而只要有了这一基础ꎬ直线思维能力的进一步提升也
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就有了更大的空间.㊀㊀
二㊁复杂曲线运动解题
在研究的问题比较复杂时ꎬ运算也就比较的繁琐ꎬ基
于保证研究对象相应数据不变ꎬ使用简单明了的问题替代原本复杂的问题ꎬ此就是等效法.在高中物理中ꎬ合力和分力㊁总电阻和支路电阻㊁合运动和分运动㊁有效值和平均值等概念都是以等效思想实现引入的.如果能够使此种方法在应用分析过程中使用ꎬ不仅能够使解决的问题变得更加的简单ꎬ还能够灵活使用知识ꎬ使知识朝着能力进行转化
.
例２㊀图１为质量为ｍꎬ带电量为＋ｑ的小球在磁感应强度为Ｂ的匀强磁场中运动ꎬ通过Ａ点从静止逐渐下落ꎬ求解小球下落最大的高度是多少.
题目中带电小球运动的轨迹
较为复杂ꎬ学生对此问题进行分析的过程中较为困难ꎬ会认为小球在最低点的时候受到洛伦磁力及重力平衡.但是其实上小球在进行曲线运动的时候ꎬ其受力并不平衡.使小球在刚运动时候的静止状态等效成为朝着左右两个大小一样的水平初速度ｖ０１和ｖ０２ꎬ使小球向右的分运动ｖ０１所产生洛伦磁力和重力相互平衡ꎬ那么ｑｖ０１Ｂ＝ｍｇꎬ从而得出ｖ０１＝ｍｇ/ｑＢꎬ所以小球运动就是水平向右速度为ｖ０１匀速直线运动及竖直平面内速度为ｖ０２逆时针方向匀速圆周运动的合运动.匀速圆周运动半径表示为Ｒ＝ｍｖ０２/ｑＢ＝ｇ(ｍ/ｑＢ)２ꎬ所以小球在运动过程中下落最大的高度为
Ｈｍ＝２Ｒ＝２ｇ(ｍ/ｑＢ)２.
在对其进行深入分析之后ꎬ使原本复杂曲线运动等
效成为水平方向中的匀速直线运动及竖直面中的匀速圆周运动ꎬ从而使此道复杂的题目得到解答ꎬ使学生的创新思维能力得到有效的培养.㊀㊀
三㊁基于直觉猜想解决层次
在学生能够概略解决问题之后都会具有一个思路㊁
念头㊁猜想及尝试方案等ꎬ猜测问题的解决能够使解题思维得到启动ꎬ以此对和问题相应各个事物之间关系进行确定ꎬ有效开阔思想ꎬ广泛联想ꎬ将方程列出ꎬ做出图形ꎬ以此解决具体问题ꎬ并且得到最终答案.
例３㊀两辆完全一样的汽车在水平直路前后匀速的行驶ꎬ速度为ｖ０ꎬ如果前面的车突然通过恒定加速度刹车ꎬ在停住的时候后面的车以前面车刹车过程中的加速
度刹车ꎬ已知前面车辆在刹车过程中行驶的距离为ｓꎬ如果要使两辆车在以上情况中不相撞ꎬ那么这两辆车在匀速行驶过程中应该保持多远的距离
.
在对此道题目进行解答的过程中有多种解法ꎬ如果列出方程进行求解会比较的繁琐.所以学生可以排除复杂过程中的细节纠缠ꎬ以物理规律ꎬ通过分析猜想是否能够通过图像法解此道题目.假如做出前后两
辆车速度的同一时间图像就能够得到结果ꎬ详见图２ꎬ其中三角形面积就是前面车辆刹车之后的位移ｓꎬ梯形面积为前面车辆刹车之后后车的位移.因为前面两辆车刹车之后的加速度是一样ꎬ所以图中的ＡＣ平行于ＢＤꎬＯＣ＝ＣＤꎬ也就是梯形面积为三角形面积三倍.为了使两个车辆不撞到一起ꎬ两个车辆在行驶的过程中需要保持的距离为２ｓ.
通过此案例ꎬ学生一瞬间直觉猜想ꎬ比图像分析法更简洁ꎬ不仅能够有效解决问题ꎬ还能够使学生感觉到物理学习乐趣.以上的分析都是结合具体物理习题的解决来进行的ꎬ物理习题千变万化ꎬ但是从思维的角度来看又有章可循.因此抓住习题去培养学生的直觉思维ꎬ可以说是一个事半功倍的选择.
总而言之ꎬ在高中物理教学当中要培养学生的直觉思维ꎬ一个很重要的着力点就是习题教学.在核心素养培育的背景之下ꎬ教师应当认识到直觉思维就是关键能力的重要元素ꎬ培养学生的直觉思维ꎬ就是发展学生的核心素养.站在核心素养培育的高度来认识直觉思维的培养ꎬ可以将高中物理教学的传统与现代衔接起来ꎬ这种衔接意味着一方面继承高中物理教学的优秀传统ꎬ即重视思维的培养ꎻ另一方面也开辟了核心素养培育的空间ꎬ可以用包括直觉思维在内的所有要素ꎬ去驱动学生在物理知识学习的过程中能力的提升与核心素养的落地.㊀㊀
参考文献:
[１]侯雨桐.在高中物理解题中直觉思维的价值讨论[Ｊ].数理化解题研究ꎬ２０１９(４):５２－５３.
[２]姜爱伟.高中物理解题中直觉思维的应用[Ｊ].高中数理化ꎬ２０１９(１０):６－７.
[３]赵宝骥.从高考答试谈直觉思维能力培养[Ｊ].物理教师ꎬ１９９２(１２):３３－３５.
[责任编辑:李㊀璟]
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