利用专题研讨培养物理发散性思维的尝试，本文主要内容关键词为：思维论文,物理论文,专题研讨论文，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。
中学物理教学的基本目标是，在指导学生习得基本物理概念、规律的同时，能应用概念和规律分析和处理实际问题，从而培养和形成物理学习的基本素养，为其终身学习打下基础，使他们能成为现代化建设的有用人才。
物理学作为自然科学的基础科学，要学它需要多方面的思维能力，概括起来主要有抽象思维、形象思维及直觉思维等。具有了这些思维，无疑可以满足物理学习的基本要求，以形成记忆、理解、分析、归纳、综合等物理思维能力。在多年的物理教学实践过程中，笔者尝试了采用专题研讨的方式，集中分析和处理学生在物理学习中的实际问题，对培养他们的思维能力起到积极作用，现就这方面的工作求教于同行。
一、专题研讨与发散性思维
物理学习的过程是与物理问题结伴而生的过程，这些问题中，既有是在对物理知识的理解过程中遇到的；也有在利用物理知识解决客观实际问题中遇到的；当然，也有些是在探寻未知物理世界中发现的。对于这些问题，如果不能在学习过程中得到及时解决，就必然会影响学生后继学习的积极性。所以，及时彻底地解决物理学习中遇到的问题，是物理教学的必然要求。
实际发生的物理问题有大有小，有些问题只涉及物理学习中某些局部知识块的，或者只是学习个体对某个问题的理解，这些问题可以通过学生间的相互讨论，或教师利用课余时间，通过个性化的辅导加以解决。但在物理学习过程中，也会遇到一些全体学生存在的普遍问题，其存在可能会对后继学习产生影响，这些问题往往个体讨论间的讨论难以解决。面对这样的问题，必须通过较长时间的思考或通过群体的讨论解决，专题研讨无疑是行之有效的问题解决方式。
所谓专题研讨，就是将学生在学习中遇到的问题，设立为问题专题，由学生对问题进行较长时间的分析与思考，利用相对集中的时间，由全体学生参加讨论从而得以解决的学习方式。在进行专题研讨过程中，学生要根据需要研讨的问题，通过各种可能的手段或措施，细化问题，在此基础上进行深思熟虑的分析和讨论。这样的过程需要对问题进行全方位，多角度的思考，有时是在“山重水复”的情况下，通过活化的思维、群体的智慧，实现“柳暗花明”。
发散性思维是与收敛式思维相对立的思维方式，这种思维是在对已知信息进行多角度、全方位、立体式的思考以后，不局限于已有的对问题的理解，从不同的角度或层面提出新的思考，探求新知识并发现多种解答或多种结果的思维方式。其基本特点是思路灵活、思维广阔、寻求变异。显然，在专题研讨的整个过程中，不同的思维个体对同一问题进行多方论证，集思广益，不存在已有的结论或结果对讨论思路的约束。这样的过程，实际就是发散性思维形成和发挥作用的过程。并且，通过对具有发散性思维研讨结果的提炼与归纳，可能会形成意想不到的问题结果，这实际上就是创新思维的火花。因此，利用专题研讨的教学方式，既可以使对物理问题的认识得到升华，也可以为发散性思维、创新思维能力的提升奠定基础。
二、研讨专题的形成
要使研讨更具实际价值，研讨专题的形成是关键。研讨专题可以由学生在学习中的疑惑自发形成，也可以是由教师根据学生的学习动态或课程结构的需求梳理而成。其主要的教学功能可见下页图1。
1.梳理知识结构
物理知识具有单元性、模块性、逻辑性的特点。在进行一个单元的学习以后，将单元知识结构的梳理作为研讨的主题，使同学自我构建单元学习内容的内在关系，这无疑会对阶段性的物理学习产生帮助。例如在牛顿运动定律学习完成以后，我们拟定了“牛顿运动定律章节结构梳理”的研讨专题。在准备该专题时，同学们对牛顿运动定律章节的知识内容进行了以下几方面梳理：①运动和力间相互关系的历史回顾；②牛顿三定律间内在逻辑关系；③牛顿定律的应用策略；④牛顿定律的局限与前瞻等。通过网络搜索和相互讨论，同学们更加深刻地认识到，牛顿第一定律定义了力和物体的惯性，使人们认识到所有物体的固有属性，对运动和力的关系的认识奠定了基础；没有牛顿第一定律，就不可能有运动和力间相互关系的理论体系。牛顿第二定律是在牛顿第一定律的基础上，更加明确了物体运动状态的改变与物体所受外力、及物体质量间的定量关系，为牛顿定律的实际应用提供了系统的理论依据。牛顿第三定律则明确了在两个物体发生相互作用时，相互作用力间的关系，从而明确了力总是成对出现的自然规律，使运动和力相互关系的规律，从单一物体延伸到相互作用的物体系。以牛顿三定律为核心的理论体系是经典力学的支柱，奠定了物理学的基础。另外利用牛顿运动定律处理实际问题过程中，形成的控制变量、整体与隔离，动态与静态结合、运动和力相互联系的处理物理问题的思想方法，又为物理学其他部分内容的学习提供了基础。这样的章节复习方式，让学生摆脱了依赖教师给与知识结构的传统方式，使同学间在分享学习成果的同时，对已学知识的了解及应用方法可以取长补短、互为辅佐，增强了思维的互通性。
2.巩固已学知识
及时巩固是确保学习效果的前提。传统巩固知识的手段，往往是教师提供给学生海量的物理试题，让学生在无边的题海中遨游，再通过归纳形成处理问题的一般方法。这种以做题作为巩固知识的方法，使学生始终处于被动的做题状态，无疑增加了学生的学习负担，也不利于学生宽广物理思维的形成。我们尝试以“编、改物理试题”作为研讨专题，让每个同学在反思和梳理阶段知识、分析单元典型试题的基础上，归纳出本部分问题处理的一般思想方法，进而编、改物理试题。同学们在改、编试题的过程中，有些是对原有课本例题、习题的改编或追问，有些是在对实际生活进行抽象与提炼后，利用物理原理自编物理试题。对于编、改的物理试题，在进行集中研讨时，能说明编、改的意图，特别是要研讨编、改后，试题对物理能力要求的改变以及处理技巧。通过编、改试题，同学们领悟了物理试题的形成过程，知道物理试题是自然界实际问题的抽象；另一方面，对于实际发生的物理过程，可以通过物理的模型化处理，转变为物理问题，提高了理论联系实际的能力。以这样的方式巩固知识，让同学去俯视物理问题的处理方法，既让他们对原有问题进行延伸与拓展，也使他们认识到貌似不同的物理问题，实际上可以有相同或相似的处理方法，增强了思维的深入性。
3.解释自然现象
物理知识的来源是自然，利用物理知识分析和解释自然现象，是物理学习的归宿。但有些自然现象会涉及多角度、宽范围的知识领域，要解释这样的现象，只凭个人或几个人的力量是难以实现的，需要通过集体的智慧才能得以解决。在学习了功能关系原理以后，同学们对飞机的飞行速度产生了浓厚的兴趣，他们发现即使是同样型号的飞机，在甲乙两地间飞行时，往返的时间也会有规律性的差异，也就是来回的平均速度不同（见下页表1）。这在飞机飞行的时刻表上得到明显的反映，有的同学在实际的飞机旅行过程中也有切身的体会。我们以“飞机在两地飞行平均速度的差异分析”作为研讨主题，进行了集中的分析与讨论，各小组分别从风向、经纬度、高度差等方面对飞机航速的影响分别进行了讨论，认识到在经纬度与海拔都存在明显差异的两地间飞行的飞机，发动机发出的能量，必须克服风力、地球引力等客观因素的影响，从而引起往返中飞行速度的规律性变化。在这个分析过程中，既要考虑到能量问题，也要考虑地面海拔及大气的环流及有关空气动力学问题。这种利用跨学科知识综合思考同一问题的思维方式，体现了学科知识的贯通与融合，反映了全方位与立体式思考思考问题的必要，揭示了现代思维的特点，提高了思维的综合性。
4.剖析实验原理
物理学是实验性科学，巧妙的物理实验不仅可以激发学生的学习兴趣，更为学生理解与探寻物理原理提供了载体。在高一物理的绪论教学中，为了激发学生的物理兴趣，我们演示了几个物理中的趣味实验，学生对其中的饮水鸟实验有特别浓厚的兴趣，下课后纷纷询问造成饮水鸟连续饮水的原因。实际上，导致饮水鸟连续饮水的原因是多方面的，既有物体的重心与稳度的关系，同时涉及有固定转动轴物体的平衡，也涉及自然蒸发中能的转化，以及饱和气压与温度的关系等系列物理知识和原理。对于这些蕴含在实验现象中的物理原理，要进行阐述和分析，并非易事。为此我们设定了“饮水鸟的物理原理分析”的专题研讨，让学生在充分查阅资料，进行了大量的小组讨论的基础上，进行班级的集中分析，大家在集思广益的基础上，从饮水鸟的实际制作到原理分析，进行了充分的讨论。有的还进行了饮水鸟的实际制作，提高了动手能力。这种通过对物理实验器具设计原理的深层次分析，培养同学透过现象看本质的思维习惯，知道多因一果是自然界物体的普遍规律，从而提升了思维的整体性。
5.探寻未知世界
在物理学习过程中，会出现许多未知的问题或领域需要我们去探寻，这也是物理学习中发散性思维、创新性思维的必然要求。因此，利用已有的物理知识，通过逻辑思维和创新性分析，是可以为探寻未知世界提供思路和铺垫的。例如，在学习了摩擦力的形成、大小、方向及摩擦力做功的特点以后，同学们对摩擦力在自然界，特别是人类生活中所起的作用，有了清晰的认识。也知道了摩擦力既有帮助人类生活，造福于人类的一面，也有给人类的生活造成困难和带来麻烦的一面。为此，我们拟定了“在没有摩擦的世界里”的研讨专题，逆向思考，如果失去摩擦（这实际是不可能的），我们的世界将如何呢？这样的研讨专题，贴近高一学生天真、赋予想象、更有幻想的思维特征。很明显，在没有摩擦的世界里，原有以摩擦为动力的物体，将失去动力。例如人走路、汽车的运动、皮带的传动这些运动的动力都是利用了静摩擦力，在没有摩擦时，其动力只有依靠类似磁悬浮，或利用类似喷气式飞机利用喷气的反冲获得动力，也可以利用大气的压力形成动力等。通过研讨，同学们不仅知道了摩擦力的作用，也使他们在探寻未知的道路上迈开了可喜的步伐，提升了思维的灵活性。
三、专题研讨的实施方法
专题研讨是有目标、有组织的教学活动，其实施过程既要符合学生的认知规律，也要遵循教学规律。
1.专题研讨的一般流程
专题研讨的一般流程见图2所示：
从图可以看出，在专题形成以后，应将其划分为若干个子专题，每个子专题由一个或几个研究小组领衔实施。各小组在组长的组织和协调下，制定小组的研究计划，在此基础上搜集材料和证据，并且进行初步的加工和整理，在此基础上进行小组内部的研讨。对于小组内的讨论结果，要安排专人进行归纳和调整，使小组讨论的结果得以显现。在此基础上，再进行全班的研讨，将个体智慧与群体智慧结合起来，使班级的每个同学都可以分享到其他同学的学习成果，充分体现合作与分享的现代学习特点。
2.专题研讨的实施过程
专题研讨的教学方式，需要经过精心而严密的策划，才能达到预期的教学目标。否则，只能变为看似热热闹闹的讨论场面，达不到实实在在的教学效果。为此，在具体实施过程中应注意以下几点：
（1）充分调动学生的讨论热情
专题研讨的主体是学生，只有充分调动学生的讨论热情，才可以使学生全身心地投入到讨论的氛围之中，激发它们的讨论灵感。为此，必须让每个同学知晓研讨的专题内容；在分工时要有意发挥每个同学的学习特长，让它们在小组中可以发挥应有的作用，使每个同学的才华得到施展，以使每次的讨论都让他们有成就感。
（2）精心选择讨论的专题内容
讨论的专题要精心选择，才能使我们的讨论真正解决学生学习中的实际问题。这些主题可以是从学生在学习中的实际问题，经过学生的自我筛选、自主提炼形成；也可以从学生在生活中遇到的实际问题抽象形成；当然，也可以是对物理知识的实际应用或物理知识的拓展和延伸中形成。无论是哪种形成的方式，贴近学生的学习实际、能使学生有所思考、对于要讨论的问题可以搜寻到相关的材料、问题的结论具有较大的不确定性或多可能性是所选专题的基本原则。
（3）努力搜寻数据材料
专题研讨的关键是各小组搜寻的数据和材料的质量，因为只有具备了丰富而详尽的材料，才能为研讨提供充分的依据，研讨时的视角才能宽广，对问题的思考才会更加深入。这就需要在小组计划的过程中，很好地规划研讨主题的各子专题，并且对每个子专题可能涉及的材料路径及研讨方向有一个很好的计划，再利用现代网络的信息优势，进行全方位的资料搜寻。对于所搜寻的资料，必须进行小组内部的严格筛选及加工，以形成真正的适合主题需要的，内化为自己理解的有用材料。建立在上述基础上的讨论材料，才可能给研讨形成丰富的话题基础。如果提供的材料是实物实验，则必须精心选择实验器材，细心推敲实验方案，尽可能使实验取得成功。有时，为确保实验的效果，有些器材还应有备份，避免因偶然因素而导致的实验失败，影响研讨的进程。当然，对于意想不到的实验失败，也应及时讨论实验失败的原因和改进方法，为实验的最终成功提供借鉴。
（4）全力策划讨论环节
专题研讨一般在教学课时内完成，根据需要研讨的课题大小，一般安排一到两课时进行。在实际安排时，也可以在一个课时内安排一个主题或多个主题等。在班级的讨论过程中，需要有一位或几位同学进行主持，以联通或贯穿讨论的过程，负责主持的同学要事先对研讨的素材和内容心中有数，以便合理安排研讨的发言顺序。对于每一次的学生发言，要及时组织班级其他同学有意义的穿插讨论，以形成良好的讨论范围。每次讨论结束时，应安排对研讨的内容进行点评，对讨论的结果进行归纳和小结，形成成果，同时提出本次讨论有待进一步改善和需要调整的方面，以使讨论的成果更加显现。
四、专题研讨的成功与不足
通过专题研讨的方式，将学生在学习中的问题进行集中研讨，以此作为课堂教学的延伸与拓展，起到了课题教学不可替代的作用。
1.其收获概括
（1）激发了学习兴趣
兴趣是学习的动力，只有在浓厚兴趣驱动下的学习过程，才能战胜困难，取得成功。通过整体研讨，让更多的同学不断参与到物理的学习和讨论中，使他们不仅可以将原来不清楚的搞得更清楚，理解不深刻的变得更加深刻；也可以在研讨中发现，物理学的实际价值及广泛应用；更可以从中得知物理学的发展状况及学科前沿。这样，不仅增强了物理学习过程中的问题与质疑意识，也提高了问题的解决能力，从而坚定克服物理学习困难的坚强意志。
（2）加深了问题理解
物理学习中遇到问题是正常的，解决问题也是必须的。但如果对问题只作片面的或表面的理解，这样的学习必然会挫伤学生的学习积极性。通过专题研讨的展开，将学生的个体问题通过群体的力量加以解决，提高了每个同学对问题的理解深度，使学习问题成为学习资源。
（3）增强了探究意识
学习的过程是不断用原有已知，内化和感应未知的过程。在学习过程中，会遇到许多的与自己原有认知不一致或不协调的地方，也有的是自己能够理解，但总觉得理解不够全面或深刻的地方，这就需要自己进行不断地思考。在思考的过程中，也会发现和出现新的问题。这种不断的自我发现、自我否定及自我追求的过程，实际上就是探究与研究的过程，这样才能使知识和认知得到完善。
（4）培养了思维能力
在专题研讨过程中，需要经历各个过程，同学对每一个过程的经历，都是对他们思维能力的挑战。例如通过分工与研讨过程的整体安排，提高学习的组织协调能力；通过相互的研讨，提高了分享与合作能力；通过数据的采集和搜寻，提高了信息获取与处理能力；另外，语言表达、材料整理、问题归纳能力等都可以得到潜在的提高。同时，在研讨过程中形成的尊重事实、实事求是、追求完整、不怕困难等精神，也都是物理学习所必须的，这些能力和意志的形成，对于他们学习能力的提升起到了积极作用。更为重要的是，利用专题研讨的学习方式，培养了学生参与学习、互助学习、分享学习的良好品质；帮助学生在遇到单位困难时，形成勤于思维、敢于思维、善于思维、多方思维的思维品质。这必然为创新思维的形成打下基础，为适应现代思维提供保障。
2.不足之处
当然，专题研讨的学习方式，也会存在不足之处。
（1）讨论的主题应更加系列化
由于研讨的主题是在学生的学习过程中，根据学生的学习状况或知识序列形成的，这样的主题可以契合学生的学习实际，及时解决学生学习中的问题。但也缺少系列化、整体性的特点。要使问题的讨论系统、彻底，必须将要讨论的主题进行系统的安排，以使专题研讨真正成为课堂教学的延伸和辅佐。
（2）参与的学生应更加普遍化
虽然进过小组分工和协调，让大部分同学能在研讨中成为主角，但也不排除极个别同学由于各方面因素的制约，往往将自己不知不觉中成为了观众，游离在群体讨论的氛围以外。这样，一次精心安排的研讨，对他们的收获就较小了。所以在以后的安排中，要有意识地根据每个同学的知识与能力特点，安排适合每个同学的研讨任务，发挥每个同学的积极性，真正让研讨活动给每个同学都有收获。
（3）讨论的成果应更加具体化
对于研讨的具体成果，应更加具体地展示出来，以免形成听起来兴高采烈，课后无影无踪的走过场的局面。对于讨论的所有发言，要形成比较详尽的文字及图片资料，并且要指定专人进行汇总与整理；对于用以实证的模型或设备，应进行长时间展览，并且不断加工与更新；对于形成的材料，可以通过班报、校刊等方式进行登载，可能的话也可以将成果印出专辑，以发挥讨论结果更大的辐射功能。
利用专题研讨解决物理学习中的问题，培养学生的发散性思维，这只是尝试。虽然通过我们的工作取得了一定的成效，但也存在和暴露了不少的问题，这些需要我们在以后的学习过程中不断探索和克服，以使物理教学打上发展学生能力的烙印，真正为学生的终身发展服务。