例谈物理习题设计与创造性思维的培养，本文主要内容关键词为：创造性思维论文,习题论文,物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在物理高考试题中越来越注重对能力的考查，在复习过程中不能再依赖于题海，而应在一轮复习结束后加强在思维能力上的提升，在综合复习时应以习题为载体重视设计一些训练学生创造性思维品质的习题等方式，促使学生多思、多疑，启迪学生智慧是物理教学中进行创造教育的一个有效途径。本文就如何通过习题设计有效地培养学生创造性思维谈一些具体做法。
高中物理新课程的基本理念是在课程目标上注重提高全体学生的科学素养，在课程实施上注重自主学习，培养科学探究能力。高三总复习的核心是帮助学生完善知识结构，提高科学思维方法的能力，从而有效的解决实际问题。平常教学中采用最多的方式就是习题教学。它是学好物理的必要过程，也是培养学生能力、提高学生自身素质的重要手段。通过习题教学，将有助于学生加深对知识的巩固与深化，提高解题技巧及分析问题、解决问题的能力，增强思维的灵活性、变通性和创新性。
创造性思维是人类最高层次的思维方式，也是创造能力的核心内容之一。它具有以下几种品质：灵活性、敏捷性、变通性、流畅性、严密性和概括性等。教师在教学过程中，不能把“问题”强加给学生，而应通过启发式教学，精心设置习题情境，来培养学生的物理意识，让他们自己主动提出问题，并在教师的引导下，去解决问题。因此，教师要以习题为中心，巧妙地设疑、激疑和质疑，科学地释疑、解疑，以促进学生问题意识的发展，最终实现创新精神的培养和创新能力的提高。
一、设计“全新型”习题，培养创造性思维的灵活性
例1 从地面上以速度
竖直向上抛出一个皮球，皮球落地时速度为
，若皮球运动过程中所受空气阻力的大小与其速率成正比，试求皮球从开始上升到落地的整个过程中所经历的时间？
图1
解析：此类问题属变力问题，貌似无法求解，但只要转换为利用图象问题求解，由于空气的阻力f与皮球的速率成正比，因此v-t图象与f-t图象类似，如图1所示。由于皮球在上升和下落过程中所经过的位移大小相等，则v-t图象中两部分阴影面积（位移大小）相等。而f-t图象中两部分阴影的面积分别表示上升过程和下降过程中空气阻力对球的冲量，故这两个冲量值大小也相等，方向相反，则在球的整个运动过程中，空气阻力对皮球的总冲量为零。因此，根据动量定理，以皮球为研究对象，以t为运动的总时间，对于整个过程而言，对皮球的总的力的冲量作用中，阻力的冲量为零，重力的冲量不是零，则
由以上看出，有些“全新型”习题按“常规”去思考，往往会陷入困境，但我们若调整思维方向，把问题进行奇妙的转化后就会有豁然开朗之感。所以转化技巧反映了创造性思维的灵活性。
二、设计“需建立物理模型”习题，培养创造性思维的敏捷性
图2
解析：对于此题，会有许多学生感到茫然。究其原因是不能具体问题具体分析，抓住主要矛盾，因此无法迅速建立起相应的物理模型。事实上由题意，其对象模型显然是带电的质点；对过程模型的构建，可按先后顺序考虑；首先是在电场中的变加速运动，这是我们能处理的模型；接着进入电容器，遇到偏转电场，由于电容器上加的是变化电压，那么其中的电场是不稳定的，随时间变化的，电子沿电场方向的运动不是匀变速运动，这是我们没办法处理的。但考虑到电子加速后，速度很大，通过电容器的时间极短，如果忽略这一段时间内的电压变化，就可把电子通过电容器的过程抽象为带电质点在匀强电场中的物理模型，电场的强度取决于进入电场的时机。
现在有两个电容器且要求电子最后不偏转，那么电子在电容器中的运动是否有更具体的物理模型呢？模型很简单，就是进入每个电容器的时机都正好是场强为零的时候，电子做匀速直线运动通过两个电容器。
该题让我们体验到了理想化方法的重要性。带电粒子在电容器中运动，一般是要考虑偏转，但该题却是不偏转，因此构想出这一模型确是该题的难点。所谓“建模”就是将带有实际色彩的物理对象或物理过程通过抽象、理想化、简化和类比等方法转化成理想的物理模型。这必然要求学生思维敏捷，设计这类习题不仅促使学生掌握建模技巧同时更能培养学生创造性思维的敏捷性。
三、设计“多变型”习题，培养创造性思维的变通性
在二轮复习的解题过程中主动出击，运用变式，通过“一题多变”演绎问题的产生过程，能够摆脱由生活习惯中原有思维方式和平时解题所带来的思维定势，使思维具有变通性。
例3 如图3，上表面粗糙质量为M的小车B静止在光滑的水平面上，质量为m的滑块A（可视为质点）从小车左端以水平速度
冲上小车，已知A、B间动摩擦因数为μ。问：A若能停在B上，它们一起运动的速度是多少？A在B上滑行的距离是多少？
图3
则：通过变换题设条件有：
1.如果要使A不从B上滑落，小车B长L至少为多少？
2.小车B长L满足什么条件时，系统的动能损耗最大？
3.若B长为L，要使A从B上滑出，A的初速度应满足什么条件？
4.若B长为L，要使A最终停在B上，则动摩擦因数μ至少为多少？
5.若使B以的初速度向右运动，A最初放在B的最右端（如下页图4），且B足够长，则A在B上滑动的距离是多少？
图4
6.若在上述题设中A同时以的初速度向左运动，则A、B一起运动的速度多大？
7.若在上述题设条件下，B长为L，A恰好没有滑出B，未知，则A离出发点向左最大距离为多少？
通过变换物理背景有：
1.如图5，将A从半径为R的光滑1/4圆弧轨道无初速释放，要使A不滑出B，B至少需多长？
图5
图6
2.如图6，将B变为有半径为R的1/4圆弧轨道小车，使A恰能滑到B轨道的P点，求的大小？
3.如图7，若B表面由半径为R的1/4圆弧轨道与长为2R的粗糙水平面组成，B静止在光滑的水平面上，现让A从B轨道顶端无初速滑下，A恰好没有滑出B。求A、B间的动摩擦因数μ？
图7
图8
4.如图8，将A、B变成质量均为m的导体棒，B静止放在光滑导轨上的水平部分，导轨的水平部分处于匀强磁场中，A沿导轨倾斜部分从高h处无初速下滑后进入水平部分，求B棒的最大速度和回路中消耗的电能？
原题是中学物理中的典型模型——“子弹打木块”模型，我们能够应用动量与能量观点顺利作答，若能在此基础上做适当改变，创设新的物理情景，可以在今后碰到相关问题时触类旁通，有助于使思维具有变通性。
四、设计“一题多解型”习题，培养创造性思维的流畅性
例4 原地起跳时，先屈腿下蹲，然后突然蹬地。从开始蹬地到离地是加速过程（视为匀加速），加速过程中重心上升的距离称为“加速距离”。离地后重心继续上升，在此过程中重心上升的最大距离称为“竖直高度”。现有以下数据：人原地上跳的“加速距离”
，“竖直高度”
；跳蚤原地上跳的“加速距离”
，“竖直高度”
。假想人具有与跳蚤相等的加速度，而“加速距离”仍为0.50m，则人上跳的“竖直高度”是多少？
解法一：用a表示跳蚤起跳的加速度，表示离地时的速度，则对加速过程和离地后的上升过程，由运动学式分别有：
若假想人具有和跳蚤相同的加速度，令表示在这种假想下离地时的速度，H表示与此相应的竖直高度。则对加速过程和离地后上升过程。由运动学公式分别有：
图9
本题是2005年全国高考23题，是一道力学综合题，涉及运动学、动能定理、机械能守恒定律、功能关系、v-t图像等中学物理的主干知识。考查学生对基础知识的掌握，以及分析问题和解决问题的能力，各种不同程度的学生均能做这个题目。在以上物理解题过程中，我们通过“一题多解”训练拓宽自己的思路，在遇到新的问题时能顺利挖掘出物理量间的相互关系和物理规律间的内在联系，培养求异思维，使自己的思维具有流畅性。
五、设计“一题多问型”习题，培养创造性思维的严密性
例5 如图10所示，半径为r，质量不计的圆盘盘面与地面相垂直，圆心处有一个垂直盘面的光滑水平固定轴O，在圆盘的最右边缘固定一个质量为m的小球A，在O点的正下方离O点
处固定一个质量也为m的小球B。放开盘让其自由转动，问：
图10
(1)当A球转到最低点时，两小球的重力势能之和减少了多少？
(2)当A球转到最低点时B的线速度是多少？
(3)当A球从最初位置转到最低点时，盘对A球做功多少？
(4)当A球的线速度最大时，OA与竖直方向成多大角度？
(5)当B球转到最高点时，B球上升了多高？
(6)当B球转到最高点时，OA与竖直方向成多大角度？
上例一系列问题中在平时遇到的习题中是不可能有如此多的问题的，在碰到类似问题时不要一解了之，而要紧紧抓住与机械能相关的各个概念，进一步去考虑还能提出哪些问题，深化对概念的理解，从错综复杂的联系与关系中认识事物的本质，培养学生创造性思维的严密性。
六、设计“多题归一型”习题，培养创造性思维的概括性
图11
图12
②两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为l。导轨上面横放着两根导体棒A和B，构成矩形回路，如图13所示。两根导体棒的质量皆为m，电阻皆为R，回路中其余部分的电阻可不计。在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为
。设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行。开始时，棒B静止，棒A有指向棒B的初速度。若两导体棒在运动中始终不接触，求：
(1)在运动中产生的焦耳热最多是多少？
(2)当A棒的速度变为初速度的
时，B棒的加速度是多少？
图13
图14
③如图14所示，两端足够长的敞口容器中，有两个可以自由移动的光滑活塞A和B，中间封有一定量的空气，现有一块粘泥C，以
的动能沿水平方向飞撞到A并粘在一起，由于活塞的压缩，使密封气体的内能增加，若A、B、C质量相等，则密闭空气在绝热状态变化过程中，内能增加的最大值是多少？
以上各题涉及不同内容，但其实质均为“完全非弹性碰撞”模型，运用动量守恒定律与能量守恒定律就能作答，在对上述习题解后的再思考可以提高学生的分析与归纳能力，使思维具有概括性。许多物理习题具有物理过程、规律和性质类似的问题，它们间只有不同程度的量的差异而无质的区别，在复习过程中做过一定量的习题后进行再思考，通过“多题归一”，进行有的放矢的精解和拓宽，可以使思维具有概括性。
总之，具有创造性思维是知识经济时代对人才培养的客观要求，而教育是知识传播和应用的主要基地，也是培养具有创造性思维人才的摇篮。在物理习题教学中，如何找到与其的结合点，并把两者巧妙而有机地结合起来是个较大的理论课题，也是我们每个物理老师所面临的最紧迫的实践问题。我们重视学生创新思维能力的培养，通过创设探索性习题，发展创造性思维，使学生的思维和综合能力向更高层次发展。在习题教学中，激发学生创造性思维，也是一种促进学生学习成功的有效途径。实践证明创造性思维的培养，对学生积极地参与教学过程，提高运用物理知识解决实际问题的能力有着积极的推进作用。