物理教學中

直覺思維及其能力培養策略

梁新燦浙江省新昌中學

第1頁年浙江省教研室立項課題、紹興市教科所立項課題《高中物理學科思維結構及其能力培養方法研究》教學調查第2頁項目評價

最主要次主要不主要1、知識教學（概念、規律內涵與外延）58．8%31．8%1．8%2、過程教學（概念、規律由來與應用方向）56．4%34．4%3%3、物理學研究方法（觀察、模擬、理想化、試驗歸納法、演繹推理法、類比推理法等）58．8%28．8%2．5%高三教學調查（8個班）第3頁4、思維方法（1）抽象思維（分析與綜合；抽象與概括；分類與比較等）；

68．8%

26．4%

0%

（2）形象思維（比喻、直觀教具、圖象、模型、電腦動畫、想象等）；

27．0%56．5%

12．%（3）直覺思維（直覺、靈感）；

27．0%52．2%12．%（4）創造性思維（包含發散思維、會聚思維、順逆思維、縱橫思維、辨證思維等）65．6%26．4%1．8%第4頁5、解題程序與方法（分解法與合成法；整體法與隔離法；物理方法與數學方法）

70．0%

12．9%

2．5%

6、物理學觀點（運動和力觀點、能量觀點、動量觀點、場觀點、波觀點等）39．8%49．9%5．8%7、物理科學美（簡單、對稱、友好、多樣統一）16．0%52．1%2．4%8、情感教育（1）以情感人：關愛、勉勵；（2）理想教育：學好物理學，為人類科技事業作貢獻。31．2%50．9%9．2%第5頁從上表1可見，學生認為知識教學對學好物理（應試分數高）最主要占58．8%，次主要占31．8%，；從上表2可見，學生認為過程教學對學好物理最主要占56．4%，次主要占34．4%，與傳統教學觀和新課程教學觀相符合（重知識與技能、重過程，新課程和傳統教學都是強調）；第6頁而方法教育（表中3、4、5）中認為對學好物理最主要：物理學研究方法占58．8%，思維方法中（1）抽象思維（分析與綜合、抽象與概括、分類與比較等）占68．8%，（4）創造性思維（包含發散思維、會聚思維、順逆思維、縱橫思維、辨證思維等）占65．6%，解題程序與方法（分解法與合成法；整體法與隔離法；物理方法與數學方法等）占70．0%，均較高；而形象思維（比喻、直觀教具、圖形、圖象、模型、電腦動畫、想象等）和直覺思維（直覺、靈感）對學好物理學最主要百分比卻較低，均為27．0%。為何？第7頁究其原因是傳統應試教育重視掌握知識數量和熟練程度，重方法也是為了更加好地掌握知識，而不是改造、創新知識和發展探究、發覺和創造能力。形象思維和直覺思維均含有創造性，而長久以來我國教學忽略學生想象能力、直覺能力和探究發覺能力培養，所以，形象思維和直覺思維創造性未能凸現出來，學生也就難以認識到其主要性了。物理科學美屬于高層次情感認識領域，中學生認識不到其獨特主要性。第8頁

國家新課改，改革傳統教學過程中過分重視接收、記憶、模仿學習傾向，提倡學生主動參加，交流、合作、探究、發覺等各種學習活動，改進學習方式，使學生經過物理學習，形成科學態度，經歷科學探究過程，學會科學探究方法，把學生培養成含有獨立思索、自主探究精神和求實創新意識與能力、含有為振興中華民族和為人類進步而獻身高素質人才。

第9頁在第三屆中外大學校長論壇上，中國科技大學校長朱清時指出，以高考為導向應試教育，已經使基礎教育畸形。這種情況如不改變，創新型人才培養就沒有希望。到了大學階段再開始從頭培養創新精神創新能力，已經晚矣！復旦大學黨委書記秦紹德表示，高考指揮棒不改變，“唯分數論”培養人才模式不改變，中國素質教育將成為一句空話。“一張再好試卷也無法考查考生綜合素質”。為何新中國成立57周年，在國內竟沒有一個諾貝爾獎取得者？！第10頁中國新一代物理教師，應牢靠樹立新課程理念，借鑒世界發達國家教學思想，探求既符合中國國情，又迎合國際教育發展趨勢新物理教育模式，使自己教學行為突出表達學生主體性、探究性、發展性、創造性，為培養大批“重知識、會思維、勇創造”物理學人才，為未來中國出現世界頂尖科學家作出奠基性貢獻！第11頁教知識不是目標，教育家昆體良提出：“教是為了不教”。讓學生知道科學探究過程，掌握探究學習基本步驟。第12頁科學家科學探究普通過程發覺或提出問題提出猜測或假設制訂計劃與設計試驗證實或修正猜測或假設進行試驗與搜集證據（試驗、調查等）第13頁學生探究學習基本步驟提出問題猜測或假設制訂計劃與設計試驗試驗與搜集證據分析與論證評定交流與合作第14頁我認識是：物理教學過程應遵照科學家探究發覺物理規律基本過程和方法，重視物理方法教育、科學探究過程指導和物理深層次理性思維培養，使學生逐步掌握符合物理學科本質探究發覺式學習方法，形成科學學習觀，發展學生智力，提升學生科學素養、終生學習能力和類科研能力，樹立正確人生觀、價值觀和科學觀，含有為人類創造美好生活精神意境和物質環境、為人類科技進步事業而獻身高尚理想。這是物理教學真正目標和最高境界！第15頁今天我就直覺思維相關問題與大家交流，主要內容和目標是：

首先，給出直覺思維定義，以著名物理學家創造結果為例說明直覺思維在探索、發覺物理規律和發展物理學理論起著主要作用，以引發大家興趣，增強時代賦予我們責任感。

第16頁

其次，簡述直覺思維特征（整體性、三維性、突發性、隨機性）和表現形式（直覺、靈感）內涵，目標之一是豐富一點直覺思維學理論基礎；目標之二是使大家經過直覺思維理論與教學實踐中直覺思維閃念碰撞，引發大家對培養學生直覺思維方法思索和教學策略遄摸。然后，介紹培養直覺思維能力實踐探索、教學策略和經驗體會，以引發大家深思、借鑒和聯想。

第17頁你見過優異師傅炒菜嗎？案板上擺著幾十種佐料，他想都不想，看都不看，信手拈來，放下鍋去，恰到好處。他憑是什么？是多年廚師生涯培養出來靈感和直覺。打鐵師傅用三錘子敲打把一塊鐵板敲平了。你問他三錘子敲在何處，用力怎樣？他回答是憑直覺敲打。可見，直覺是長久經驗積累而形成。第18頁其實，不但是科學家、藝術家需要靈感才有偉大建樹，三百六十行，行行出狀元。狀元在其從事專業領域必定是含有敏銳直覺和靈感（靈氣）人。第19頁物理直覺思維定義是什么？物理直覺思維是“以物理概念和物理表象結合而成、含有整體功效、以知識組塊為思維材料而進行思維，是人腦不借助于邏輯推理而綜合利用已經有知識、表象和經驗知覺，以高度省略、簡化、濃縮方式洞察事物物理實質，并快速作出猜測、構想或突然領悟思維”。

第20頁直覺思維主要作用

1、安培從電流磁效應現象直覺到磁成因是電流，提出了分子電流假說，揭示了磁現象電本質；2、法拉第由電能產生磁現象，依據審美直覺提出了磁也能產生電假說，然后經過大量試驗，發覺了電磁感應現象；

第21頁3、德布羅意依據作為波動光含有位移性事實，在審美直覺驅動下大膽地提出了實物粒子也應含有波動性科學假說，從而建立了物質波主要概念；4、愛因斯坦更是一個含有極強直覺能力科學大師，他在26歲和37歲時分別創建狹義相對論和廣義相對論，并不是在已經有理論體系基礎上經過邏輯推理產生，而是靠他豐富想象力、直覺和靈感。第22頁愛因斯坦說：“真正最可貴因素是直覺。”“我相信直覺和靈感。”中國科學院心理研究全部關腦部活動研究結果表明，靈感并不為少數“天才”所獨有，它是邏輯思維和非邏輯思維有機結合。第23頁

中國科學院心理研究所研究員羅躍嘉、羅勁領導課題組，以傳統謎語做試驗材料，用事件相關腦電位（ERP）和功效磁共振成像（FMRI）技術統計試驗參加者腦部活動，對直覺作了相關研究。試驗中繪就了分別表示“困難”（或有頓悟）和“輕易”（或無頓悟）腦電波形，相減后得到一個波峰為380毫秒負波，并找到這條“N380”波線在頭皮上分布區域。偶極子分析表明，“N380”起源大腦“扣帶前回”區域，這與他們FMRI腦成像結果完全一致。研究結果表明，靈感并不為少數“天才”所獨有，它是邏輯思維和非邏輯思維有機結合。

第24頁一、物理直覺思維特征（一）整體性

直覺思維是綜合利用已經有知識、表象、經驗感覺，從整體上研究物理問題，從整體上把握物理對象和物理過程，把注意力和著力點放在物理問題整體對外效應上。在對物理問題作總體分析基礎上，進行一個簡約、緊縮、有選擇、急速推理思維，然后，以一個敏銳觀察力、有依據想象力和判斷力，以單刀直入方式，一次從整體上揭示物理事物本質。

第25頁（二）三維性直覺思維是一個直覺式、頓悟式思維，它既不是物理經驗和命題簡單歸納和總結，也不依據形式邏輯規則進行思維，它沒有固定思維程序與格式，而是跳躍式考查物理問題。著名科學家錢學森指出：“假如邏輯思維是線性，形象思維是二維，那么，靈感思維是三維。”靈感思維三維性，可了解為靈感思維比抽象思維和形象思維含有更大自由度，含有以各種不一樣方式加工處理頭腦中信息材料可能性，取得物理抽象思維和形象思維活動所不能得到思維結果。第26頁

（三）瞬時性直覺和靈感產生往往是瞬間突發，即所謂靈感既能夠發生在為處理物理問題進行苦思冥想時那種受主體指揮和控制“現實思維”中，也能夠發生在主體當初并不在思索所要想處理問題，甚至在某種漫無目標、不受主體控制“潛意識”中。靈感出現一閃而過，稍縱即逝，中國古代偉大文學家蘇軾說過：“作詩火急追之逋，情景一失永難摹。”所以，很多詩人和科學家隨身帶著筆和紙，方便記下突如其來靈感創意！第27頁（四）隨機性

直覺思維隨機性含有兩方面含義，首先，靈感出現經常是人們預料不到；其次，直覺思維結果可能是正確，也可能是錯誤，它是對物理問題直覺猜測，其結論正確性要靠試驗來檢驗。

第28頁

但隨機中有必定。知識、方法、經驗和思想融合+連續思索，往往產生靈感。愛因斯坦說過：“過量思索是促成靈感到來必經階段。”科學史上任何一個靈感產生都是長久艱辛探索結果。不花費“踏破鐵鞋無覓處”，絕對不會“得來全不非工夫”。研究物理問題當“山重水復疑無路”時，將會出現“柳暗花明又一村”，靈感是對艱辛勞動者一個獎賞！第29頁（五）創造性靈感創造性表現在它在處理問題時候是不拘一格地進行思維，打破常規考慮，所以，往往能得到一些出乎意料新觀點、新發覺，引發認識上一個新飛躍。德國著名物理學家愛因斯坦在少年時就思索著這么一個問題：假如一個人坐在一道光線上，看另一道光線，將會有什么樣結果呢？這便是日后相對論中慣性系等效賴以產生理想試驗。第30頁

二、物理直覺思維形式

1、直覺

是利用相關知識組塊和形象直感對當前問題進行敏銳分析、推理，并能快速發覺處理問題方向或路徑思維形式。在物理學中，直覺又有三種表現形式：第31頁（1）直覺判斷：指人腦對客觀存在物理對象、物理現象、物理過程、物理系統結構、特征、規律等一個快速識別、直接了解和整體判斷。（2）直覺啟示：當主體沉思于某一物理問題而百思不得其解時，突然某一時刻，因為一個偶然外部刺激，使他“茅塞頓開”，直以為出問題答案或處理問題方法或路徑。（3）直覺想象：當研究某一物理問題時，外界提供信息不充分，那么，主體充分發揮想象力，把大腦中全部知識組塊和“潛知”調動起來，并進行重新組合、加工，然后與原有信息結合，從而把一個未曾料到關系、模型、形象構想出來。[7]第32頁2、靈感英國著名病理學家貝弗里奇認為：“靈感是指對情況一個突如其來頓悟或了解。”錢學森認為，靈感是潛意識，當醞釀成熟時突然溝通涌現于意識成為靈感。[8]我以為，靈感是以已經有知識經驗為基礎，在意識高度集中之后產生一個極為活躍精神狀態，這時人思維會對百思不得其解問題，產生突發性飛躍和敏銳頓悟，從而處理問題，或產生新看法或新思想。第33頁

引發物理靈感大致有兩種情形：

一是外界偶然刺激，包含得到哲學啟發，得到大自然或生活經驗啟示，得到相鄰學科啟示，受到某種情景觸發。

二是物理概念、物理表象、物理方法、物理學觀點和思想等在大腦內相互作用，使得潛意識取得足夠“能量”，躍遷到顯意識。

第34頁直覺是創造先導，

靈感是創造活動頓悟。

第35頁

三、物理直覺思維能力培養方法和教學策略

1、重視結構教學，形成合理認知結構，培養組塊思維能力。

首先，要掌握物理學科基本結構。心理學上格式塔學派認為：知識整體由部分組成，但整體比部分之和意義更大。布魯納提倡結構教學法，他說“不論選教什么學科，務必使學生了解該學科結構。”什么是物理學科基本結構呢？物理學科基本結構就是指物理學基本概念、基本原理和基本方法、觀念以及它們之間相互聯絡所組成理論框架。第36頁

知識結構：知識形成、內涵、外延、聯絡及應用方向等；

認知結構：認知過程（詳細——抽象——詳細）、認知方法（觀察試驗法、演繹推理法、類比法、等效法、模型法、理想化法、模擬研究和數學方法等）和認知層次（識記、了解、利用、綜合、評價）；布魯納指出：“結構了解，能使學生從中提升他直覺處理問題效果。”無結構零亂信息難以形成直覺思維，當有秩序、有結構信息從提供信息中忽隱忽現時，就會活躍直覺思維。第37頁內涵和意義：合外力對物體所做功等于物體動能改變；即合外力做功是物體動能改變原因和量度。特點外延內涵由來動能定理W合=EK2-EK1定理是演繹規律：在恒力直線運動中，可依據牛頓第二定律F合=ma和運動學公式v22-v12=2as推導而來。適用范圍和成立條件：對低速、宏觀物體，相對慣性參考系，不論受力和軌跡情況怎樣，均成立。應用最正確方向：對解已知空間位移關系（“位移類”）動力學問題最方便；在電學中有它主要地位。第38頁

例1、如圖1所表示，一小木塊以初速v0從A點進入粗糙水平軌道AB段，然后沿光滑豎直半圓軌道BC段運動，最終落到D點。已知AB=s，半圓軌道半徑為R，小木塊與AB段之間動摩擦因數為μ。求小木塊最終落到D點時速率。解：對小木塊從A→B→C→D全過程，因AB段粗糙機械能不守恒，而動能定理適用,列式為：-μmgs=mvD2/2-mv02/2，于是

vD=（v02-2μgs）1/2。Av0DBC圖1第39頁

其次，要全方面訓練物理思維方法和物理學研究方法，形成方法場。

直覺思維是一個瞬間思維，它是形象思維與抽象思維凝結、簡縮或躍進。所以，整個高中教學要有計劃地全方面介紹、系統訓練學生形象思維、抽象思維和直覺思維各種方法與物理學研究方法。不知道方法，就只能永遠被關在科學門外。

第40頁

高中物理教材特點

高中物理教材(包含新課標教材）主要以知識邏輯發展為根本編寫，物理思維方法、科學研究方法和辨證哲學方法都是穿插于其間，教師應對這些方法進行系統地總結和歸納，使學生取得較系統方法論知識，形成“方法場”。第41頁如，研究物理事實用試驗觀察法；物理研究對象用抽象模型法；物理概念用總結歸納法；物理量定義用比值法或乘積法；發覺物理規律用試驗歸納法、演繹推理法和類比推理法等；分析復雜問題用等效法、理想化方法、假設方法、模擬研究和數學方法等；相同問題用類比法；臨界問題用辯證法；認識未知對象用黑箱法……

第42頁

1、研究對象用抽象模型法：如質點、理想氣體、點電荷、點光源、輕彈簧、彈簧振子、單擺、理想變壓器等；

2、物理概念用總結歸納法：如力（經過實例歸納出力是物體對物體作用）、機械運動（物體位置發生改變）、勻變速直線運動（在相等時間內速度改變相等）、勻速圓周運動（在相等時間內經過弧長相等）、機械波（機械振動在介質中傳輸），等等。

3、物理量定義用比值法或乘積法：如加速度、電場強度、磁感應強度、介質折射率等用比值法，功、沖量、動量等用乘積法。第43頁

4、發覺物理規律用試驗歸納法、演繹推理法和類比推理法等：

試驗歸納法：如胡克定律、牛頓第二定律、機械能、動量守恒定律、光反射、折射定律、光電效應規律等；

演繹推理法：動能定理、動量定理、功效原理等；

類比推理法：歐姆定律(類比傅立葉熱流規律而發覺）、電場力做功規律（類比重力做功規律）等。

第44頁

5、等效法：力合成與分解、運動合成與分解（平拋運動可分解為兩種簡單運動來研究）、把恒定重力場與恒定電場所成為一個新等效重力場來研究；

6、模擬法：電場中等勢線描繪（用恒定電流場模擬靜電場）；

7、相同問題用類比法：安培依據磁鐵磁場與通電螺線管磁場相同性，經過類比法提出分子電流假說。

第45頁

8、數學方法：麥可斯韋依據電磁場理論建立了麥可斯韋方程組，推出電磁波在真空中傳輸速度與光在真空中傳輸速度相等，提出光是電磁波假說，以后被赫茲試驗所證實。

9、未知對象用黑箱法：認識原子核式結構采取了黑箱法。用α粒子射線打擊金薄片，依據α粒子轟擊金薄片前后行為改變，猜測金原子結構。第46頁

10、臨界問題用辯證法：接觸與分離是一對矛盾，接觸與分離臨界條件是彈力為零；物體受最大靜摩擦力臨界狀態是受力物體相對于施力物體處于“即要滑沒有滑，很快就要滑，但就是還沒滑”這么一個量質轉變特殊狀態。

第47頁

再次，要培養學生利用組塊思維習慣。

組塊思維是直覺思維主要表現，要在學生形成知識組塊基礎上，訓練學生利用組塊思維習慣：重視基本問題教學，使學生掌握基本問題類型、物理情景以及解法和結論；注意新舊問題比較和聯想，將新問題轉化為舊問題，將舊問題結論和方法遷移應用于新問題；處理問題時經過理想模型構建，提供直覺思維突變模塊，訓練快速、正確處理問題并進行組塊思維習慣。第48頁經過物理系列問題分析，總結出它們共性，對訓練學生組塊思維，提升直覺遷移力是很有利。如，對動生電動勢產生機理和電磁流量計、霍爾效應、磁流體發電機等問題原理放在一起分析作比較，歸納出它們共同點，等等。第49頁1、動生電動勢

當eE=evB時，自由電子沿棒方向不再定向移動，ab間電勢差即為電動勢：

ε=Uab=El=Blv。

ablvBveEevB第50頁2、電磁流量計

當穩定時，正負離子受力平衡

qE=qvB，這時ε=BDv，所以流量為：Q=vS=πεD/4B。

·aBbDvvvqEqvBqEqvB第51頁3、磁流體發電機

當qE=qvB時，正負離子不再偏移，ab兩極間電勢差保持恒定，此電勢差即為電動勢：

ε=Uab=Ed=Bdv。

S閉合：I=Bdv/（R+r），方向：c→R→d。

qvBqEvvqEqvBbavdBRdc第52頁4、霍爾效應試驗表明，在磁場不太強時，霍爾電勢差為UAAˊ=KIB/d當eE=evB時，下側面和上側面AAˊ之間電勢差保持恒定UAAˊ=Eh=Bhv。qEqvBvvbIAˊABh第53頁

上述四個物理問題共同點是：

自由電子或正、負離子受洛侖茲力，開始階段發生偏移，當qE=qvB時自由電子或正負離子不再偏移，電動勢或電勢差恒定：ε=Bdv或U=Bdv。

第54頁

2、重視整體分析，加強發散思維，優化思維訓練，增強直覺調控能力。

第一、重視過程教學，增加對物理知識了解深度、厚度和長度。

要重視物理概念、規律和物理問題提出、形成或發覺過程教學，注意利用理想模型、理想條件、理想試驗來啟發學生想象力。處理問題時，要建立物理過程示意圖，幫助學生發揮直觀想象力。如力學要畫受力分析圖、過程展示圖，電學要畫等效電路圖，光學要畫光路圖等等，逐步積累學生直覺思維經驗。

第55頁

如，對碰撞過程微觀展示與分析，如圖2所表示，有利于學生對“彈性碰撞、非彈性碰撞和完全非彈性碰撞定義、所遵照規律”正確了解：彈性碰撞兩小球經歷壓縮階段和恢復階段，從狀態Ⅰ改變到狀態Ⅴ，兩小球完全恢復形狀，碰撞過程中不但動量守恒，而且機械能守恒（壓縮階段有部分動能轉化為彈性勢能，恢復階段這部分彈性勢能又逐步轉化為動能），所以碰撞前后動能相等；v1v1ˊvV2ˊv2v壓縮階段恢復階段Ⅴ21ⅣⅢⅡⅠm1m2圖2第56頁非彈性碰撞從狀態Ⅰ改變到狀態Ⅳ，不能完全恢復原狀，碰撞過程中只有動量守恒；完全非彈性碰撞只有壓縮階段，從狀態Ⅰ改變到狀態Ⅲ，動量守恒，但絲毫不能恢復形狀，壓縮階段降低動能不是儲存為彈性勢能，而是因為內摩擦全部轉化為內能了，所以，碰撞過程中機械能不守恒，而且動能損失最大。（物理方法：依據碰撞模型，從物理過程、物理意義角度了解與分析，得出結論）

第57頁設v2=0，由動量守恒得m1v1=

m1v1ˊ+m2v2ˊ碰撞前后動能損失為⊿E=m1v12/2-(

m1v1ˊ2/2+m2v2ˊ2/2)=m1v12/2-[

m1v1ˊ2/2+m2(m1v1-m1v1ˊ)2/m222]=m1v12/2-[

m1v1ˊ2/2+(m12v12-2m1v1m1v1ˊ+m12v1ˊ2)/2m2]=m1v12/2-m12v12/2m2-

m1v1ˊ2/2+m1v1m1v1ˊ/m2-m12v1ˊ2/2m2依據數學，2次函數求極值可得v1ˊ=-b/2a=-(m12v1/m2)/[2(-m1/2-m12/2m2)]=(m12v1/m2)/[(m1+m12/m2)]=(m12v1/m2)/[(m1m2+m12)/m2]=m12v1/(m1m2+m12)=m1v1/(m2+m1)

（數學方法：依據物理過程所遵照物理規律列出數學方程，應用數學知識處理問題，得出結論）第58頁

第二、重視整體分析，增強宏觀直覺調控力。在處理物理問題時，從宏觀上對問題作整體分析，抓住物理問題框架結構和本質關系，確定處理問題總體思緒和路徑，并在此基礎上進行大跨度、大步驟整體思維，培養跳躍式思維能力。如研究對象整體化、物理過程全程化解題方法應用，有利于增強宏觀直覺調控力。

第59頁

例2、如圖3所表示，固定斜面AB下端與光滑圓弧軌道BCDB端相切，圓弧軌道半徑為R，圓心O與A、D在同一水平面上，∠COB=θ。現有一個質量為m小物體，從斜面上A點無初速滑下，已知小物體與AB斜面動摩擦原因為μ。求小物體在斜面上能夠經過總旅程。

圖3RODCBθA第60頁

解：從全過程出發，每當小物體在斜面上滑動時，因為摩擦發燒均要消耗機械能，使小物體最大高度不停降低，當在B點以下光滑圓弧軌道上滑動時機械能守恒，小物體左右振動最大高度不再降低。依據能量守恒定律可知⊿EP降低=⊿E內增加

即mg·Rcosθ=μmgcosθ·s總

，所以s總=R/μ。這是全過程直覺洞察、調控表現。第61頁

第三、重視變式分析，增強思維發散力。

在物理概念、物理規律教學中，引導學生多方位了解概念、規律內涵，多角度體驗研究方法。習題教學中，經常選擇富有啟發性問題，或者對某一問題采取各種知識路徑和方法求解，或者改變提問角度、改變問題條件、改變習題類型等方式，把一個問題改變成多個問題，讓學生思索、分析，有利于培養思維發散力。第62頁

例3、從不高空中O1點，以相等速率v0朝著一切可能方向，同時拋出若干個小球，試證：這些小球在落地前任何時刻都處于同一個球面上。O1(0,-b)

O····x···ya圖4第63頁

解法一：以O點為坐標原點，在一個豎直面上建立平面直角坐標系，如圖4所表示。研究該豎直平面上運動小球在任意時刻都處于同一圓周上，命題即證。設某個小球拋出時初速方向斜向上與x軸正向夾角為α，則它在時刻t坐標為x=v0cosαty=v0sinαt-gt2/2第64頁設v0t=a，gt2/2=b；在任意確定時刻t，a、b都有確定值，代入上述兩式，可得x=acosαy+b=asinα上述兩式是圓心坐標為（0，-b）、半徑為a圓參數方程。表明圓心位置沿y軸向下以加速度g作自由落體運動，而圓半徑（a=v0t）隨時間成正百分比增大（節日焰火，從遠處看有象一個球形狀，便是上述所證實道理）。第65頁

解法二：構想各小球從O點拋出同一時刻，從O點自由落下一物體P，以物體P為參考物，則因為平拋運動，斜上拋、斜下拋運動，豎直上拋、豎直下拋運動均可看作是初速方向勻速直線運動和自由落體運動合運動，以物體P為參考物，各小球自由落體分運動與參考物本身自由落體運動抵消了，在P上觀察，各個小球向空間各個方向均作速度為v0勻速直線運動，所以，任意時刻各個小球均處于以P為圓心，v0t為半徑球面上。第66頁

第四、加強優化訓練，增強直覺思維選優力。

愛因斯坦認為，直覺是面對各種可能性作出正確選擇主要能力。

第67頁經過力學教學，要使學生從整體上掌握力學主規律之間聯絡和特點（右圖表所表示）。同時經過實例分析與探究，總結出解題優選標準：“處理滿足守恒定律條件過程題選取守恒定律；處理與加速度直接相關瞬時題選取牛頓第二定律；處理與時間直接相關過程題選取動量定理；處理與對地位移直接相關過程題選取動能定理；處理與相對位移直接相關過程題選取能量守恒定律；一條規律處理不了時，再考慮其它規律和臨界條件、隱含條件以及幾何關系等。”第68頁

能量規律牛頓定律和運動學規律牛頓定律萬有引力定律F=Gm1m2/r2④

勻變速直線運動慣性定律①F合=ma

②F=―Fˊ③vt=v0+at

⑤s=v0t+at2/2

⑥vt2―v02=2as⑦s=(v0+vt)t/2⑧

動能定理W

合=EK2-EK1=mv22/2-mv12/2變形W其它力=E2-E1機械能守恒定律能量守恒定律

條件：只有重力或彈力作功結論：E2=E1任何物理過程，各種形式能總和保持不變動量規律動量定理F合t=pˊ―p=mvˊ-mv系統∑F合t=pˊ―p動量守恒定律條件：∑F外=0結論：pˊ=

p1、平拋運動vx=v0（勻變速曲線運動）

vy=gt

x=v0ty=gt2/2

2、勻速圓周運動v=2лr/T，(變加速運動)ω=2л/TF=mv2/r=mrω23、人造衛星GＭm/r2=mv2/r=mrω2重力加速度g=GＭ/R24、簡諧運動F=-ｋｘ（變加速運動）第69頁例4、如圖5所表示，質量為M木板B放在光滑水平面上，一質量為m物體A（可視為質點）在B左端以速度v0開始運動。A、B之間動摩擦原因為μ，要使A剛好不滑離B右端，則B長度應是多少？v0BA圖5第70頁解：物體A受B給予方向向左滑動摩擦力，在B上作勻減速運動速度逐步減小，而木板B則受A對它方向向右滑動摩擦力在光滑水平面上作加速運動，其速度逐步增大，A不滑離B臨界條件是，A剛滑到B右端時，A、B速度恰相同（設為v），則依據動量守恒定律，得

第71頁

mv0=（M+m）v①設木板B長度為L，依據能量守恒定律得mv02/2=（M+m）v2/2+μmgL②聯立①②式解得L=Mv02/2μg（M+m）。

本題也能夠選擇其它力學規律列式解，但選擇動量守恒定律和能量守恒定律解是最簡單，在一次測驗中，有90％學生都采取了上述方法解題，表現出了學生較強直覺思維選優能力。

第72頁

3、勉勵大膽猜測，打破思維定勢，提升直覺思維敏銳性、前瞻性和創造性。

（1）勉勵學生大膽猜測。牛頓說過，沒有大膽猜測就不可能有偉大發覺。第73頁當人們普遍接收牛頓關于光粒子說時，惠更斯提出了光波動說，被很多人認為是“亂說八道”。當以后全部試驗都證實了光是波動時，愛因斯坦又提出一個新粒子說——光量子說，當初也引發許多人大驚小怪。在愛因斯坦證實了波動光含有粒子性以后，法國年輕物理學家德布羅意深入提出一個大膽驚天動地學說：一切實物粒子都含有波動性，當初世人為之嘩然。但以后電子衍射試驗證實了其學說合理性。第74頁猜測是一個合情推理，屬于綜合程度較高直覺認識過程。布魯納說：“應該給學生一定訓練，使之認清猜測合理性。”

第一，類比猜測。在物理學發展過程中，類比顯著地起著啟示、探索、開路和創新作用，許多新概念、新規律、新理論提出借助于類比猜測。如類比水波、聲波猜測光波性質；盧瑟福將原子結構與太陽系模型類比，猜測原子核式結構模型，等等。在物理教學中，能夠經過類比引導學生猜測。

第75頁

比如,萬有引力定律F=Gm1m2/r2和庫侖定律F=kQ1Q2/r2表示形式完全相同，所以，可讓學生猜測，萬有引力場與庫侖力場所含有一些相同性質：重力場中因為重力做功與路徑無關，所以能夠引入重力勢能概念，物體在重力場中運動，假如只有重力做功，那么動能與重力勢能能夠相互轉化，但總機械能守恒。電場中因為電場力做功也有與路徑無關特點，所以，也可引入電勢能概念，假如只有電場力做功，那么，動能與電勢能能夠相互轉化，但它們總和不變（即兩種場都含有能性質）。在電場教學中，精心設計教學過程，類比重力場讓學生猜測電場所含有性質，實踐表明，對培養學生直覺猜測、類比遷移能力是很有效。

第76頁有學生經過類比探索發覺：浮力做功也有與路徑無關特點，他引入了浮力勢能概念，直覺地建立了包含浮力勢能在內“類機械能守恒定律：物體在液體中運動，假如不考慮液體阻力，只有重力和浮力做功，那么，動能、重力勢能和浮力勢能之間能夠相互轉化，但它們總和保持不變”。浮力勢能概念本身并不主要，但學生這種類比能力和直覺創新精神是值得贊揚。第77頁

第二，審美猜測。從物理學內容結構上看，以物質結構和運動為研究對象物理學理論體系，展現了異乎尋常“對稱、友好、簡練、多樣統一”等形式美。如利用“對稱性”解題，簡練明快，直覺猜測、對稱美感蘊涵其中。在物理學中，物理模型、物體運動、場分布、電路和光路等，往往含有對稱特點。這些都能促成直覺顯現，突破常規，開拓思緒，使問題快速而簡捷地得到處理，有時甚至一眼看出問題答案。

第78頁

例4、如圖5所表示，一條長為l細線上端固定，下端拴一個質量為m帶電小球，置于方向水平、大小為E勻強電場中。已知當細線離開豎直位置為α角時，小球處于平衡狀態。求小球帶何種電荷，帶電量為多少？假如使細線偏角由α增大到φ，然后將小球由靜止釋放，則角φ多大時，才能使細線抵達豎直位置時小球速度剛好為零？mgqEFAAˊOEαα圖5第79頁學生利用三力平衡特點很輕易求出小球帶正電，電量為q=mgtgα/E。但利用功效關系求時感到比較困難。應提醒學生注意單擺運動對稱特點，促成直覺顯現，一下看出φ大小。因為小球由A點靜止釋放后，將以O點為平衡位置振動（O點是重力場與電場所場最低點）。依據振動對稱性，小球在速度為零兩振幅位置A和Aˊ

時，偏離平衡位置角度相等，所以φ=2α。第80頁

在物理教學中，考查物理問題、物理對象、物理過程、物理規律、物理理論美學特點，對學生進行審美教育，使學生含有鑒賞科學美能力，引導學生進行合理猜測。直覺往往受思維主體審美情感所支配。愛因斯坦認為理論前提簡單性應該是評價理論價值主要標準。貝弗里奇認為，有相當部分科學思維并無足夠可靠知識作為有效推理依據，而勢必只能憑借鑒賞力作用來作出判斷。第81頁能夠說，由美感產生直覺是最高層次直覺。數學家阿達瑪也認為，科學美感這種特殊美感，是我們必須信任向導。

什么是科學美？

科學美就是人類對自然情感，人類認識自然一個境界，人類改造自然一個進程！

第82頁

（2）采取各種教學方法，開展各種課外創新活動。

在課堂教學中，針對學生實際情況和詳細教學內容，選擇便于學生探索問題和發表看法教學方法，如探索發覺法、討論法等。探索發覺法是經過學生探究、以再發覺方式，培養學生觀察能力、試驗能力、思維能力、問題處理能力和探究能力等，它利用有利于學生在教師指導下，大膽猜測、提出問題、探