在高中物理解题中培养学生的非逻辑思维能力
摘要：非逻辑思维的重要性已经为越来越多的人所认可，然而对非逻辑思维的研究目前还处于很不成熟的阶段，如何有效的提高非逻辑思维能力一直是个没有很好解决的问题。本文试图通过高中物理解题培养学生的非逻辑思维能力，并结合实例，提出了一些具体建议。
关键词：非逻辑思维；物理解题；想象；直觉；灵感
非逻辑思维是相对于逻辑思维而言的，是指用通常的逻辑程序无法说明和解释的那部分思维活动，主要有想象、联想、直觉、灵感和逆向思维等表[1]现形式。非逻辑思维是创新思维的重要组成部分，它在创新过程中往往起着关键作用。科学史上许多真正的重大发现都离不开非逻辑思维。甚至有人认为，“科学发现是一个非逻辑思维过程[2]”。非逻辑思维的重要作用已经为大多数人所认可。
然而，长期以来我们都高度重视对学生逻辑思维能力的培养，却忽视了非逻辑思维。培养学生非逻辑思维能力的途径是多种多样的。对于高中生来说，解题几乎是学习物理每天都要做的事情。在解题中运用非逻辑思维，不仅很多时候可以简单快捷的解决问题，而且可以突破常规，培养学生的非逻辑思维能力，开发学生的创造潜力，提高学生素质，使解题真正成为素质教育的一部分。通过解题培养学生的非逻辑思维能力无疑是一条值得一试的途径。下面从想象、联想、直觉、灵感和逆向思维五个方面，分别通过举例说明如何在高中物理解题中运用非逻辑思维，以培养学生的非逻辑思维能力。
一.发挥想象，变通思路
爱因斯坦说过:“想象力比知识更重要，因为知识是有限的,而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”想象，作为一种直观的、形象的思维，是科学家从事科学研究的重要手段[3]。在物理解题过程中，想象更是一种不可或缺的思维方式。
物理过程图景想象就是经常要用到的一种想象。学生对题目所涉及的物理过程，在头脑中必须有一幅清晰的图景，才有可能着手解题。
例1从离地面高为h处有自由下落的甲物体，同时在它的正下方的地面上有乙物体以初速度v0竖直上抛，要使两物体在空中相碰，则做竖直上抛运动的物体的初速度v0应满足的条件是？（不计空气阻力，两物体均看作质点）若要乙物体在下落过程中与甲物体相碰，则v0又应满足条件是？
该题以自由下落与竖直上抛的两物体在空中相碰创设物理情景，涉及的可能物理过程图景有：1.乙物体在上升过程中和甲物体对碰；2.乙物体上升到最高点后又下落，在下落过程中被甲物体追上，和甲物体发生碰撞；3.乙物体上升到
最高点又下落，整个过程都没有和甲物体相碰。
学生如果不能想象出这些物理过程图景，就无法切入问题进行解答。明白这些物理过程图景后，运用运动学的知识，就可以对题目进行解答了。具体的解答过程在此不作赘述。
辅助性想象是物理解题过程中可能用到的另一种想象。这种想象比物理过程图景想象更具有思维跳跃性，也更具有创造性。有些问题用常规的方法解答非常繁杂，适当辅助以想象之后就变得简单明，可“想”而知。还有些问题按照常规的逻辑思维可能永远都找不到解答的方法，就不妨大胆想象，说不定会柳暗花明。
例2 如图1所示，在球心为O、半径为a、带电量为Q的均匀带电球体内偏心挖去一个半径为b的小球（球心为0’）， OO’=c，挖去小球后剩下部分仍然带电均匀。在OO’连线上距O为r（r>>a）处有一点电荷，带电量为q，试求该点电荷受到的电场力。
按照常规的思维，是把带电体等效为点电荷，然后利用库仑定律求解。但是偏心挖去小球后的带电体形状不规则，要找它的几何中心显然是一件很繁杂的事情。如果我们把空腔想象成一个同时带有等量异种电荷的球形带电体，接下来按照逻辑方法，把大球和小球都等效成点电荷，利用库仑定律求他们对点电荷q的合力，问题便迎刃而解了。具体过程如下：
b3由题设，易知所挖去的小球带电量为q+=3Q。设空腔中同时带有
ab3b3q+=3Q和q-=-3Q的电荷量，则
aa大球带电体对点电荷q的电场力为：F1=k小球球带电体对点电荷q的电场力为：
Qq 2rqq-b3Qq F2=k=-k322(r+c)a(r+c)1b3故所求点电荷受到的电场力为：F=F1+F2=kQq[2-3].
ra(r+c)2例3 如图2（a）所示，有一块均匀的半圆形薄电阻合金片P，先接在电极A、B之间，测得其电阻为R，然后按图2（b）接在电极C、D之间，这时P的电阻为多少？
按照常规的逻辑思路，很多学生可能对这道题无法入手。如果想
象两电极之间本来存着一整块圆形的电阻片，半圆形电阻片是由圆形电阻片切割而来的，然后运用串、并联的有关知识进行组合分割，问题就巧妙的解决了。如图3所示，可一目了然，P的电阻为4R。
二.展开联想，类比迁移
联想是科学研究的又一种重要的思维方式。当人们碰到完全陌生的问题时，往往很难找到解决的方法。他山之石，可以攻玉，此时若能仔细观察，并结合自己的经验展开合理的联想，灵活迁移，常常能够事半功倍。在物理解题过程中有效的展开联想，不仅可以驾轻就熟的解决问题，还可以锻炼思维能力，形成良好的思维习惯。
例4 如图4所示，有一平直公路MN，在到公路的垂直距离AC=30km处有一仓库A，公路上有一卸货点B，与C相距L=100km.一辆货车从A点出发，在公路外的平地上行驶速度v1=40km/h，在公路上行驶速度为v2=50km/h.则货车从A到B运动的最短时间为多少？
这是一道运动学的题目，然而，直接运用运动学的知识很难解出这道题。如果联想到光的全反射规律，就豁然开朗了：车在平地和公路上的运动可设想为光线从光密介质（n1）进入光疏介质（n2）的传播，且正好处于全反射的临界状态（如图5），由费马原理，光线总是沿着最短光程（即耗时最短的路径）传播，就可以巧妙而简洁地求出货车运动的最短时间了。具体过程如下：
根据光的折射定律， 而 AO=434vsina4得 sina=，cosa=，tana=.=1=，
553sin90°v25AC=50km，CO=ACtana=40km，OB=BC-CO=60km.cosa所以 tmin=AOOB+=2.45h.v1v2例5 如图6所示，在光滑水平面上停放有表面光滑的弧形小车，另一质量与小车质量相同的铁块，以速度v从小车右端水平向左沿圆弧轨道向上滑动，到达某一高度后，又沿轨道下滑。则铁块刚离开轨道时作怎样的运动？（
）
A．向右作平抛运动
B．向左作平抛运动
C．自由落体运动
D．无法确定
对于这样的题目，很多学生可能觉得所学的知识用不上，无法作出判断。然而，仔细观察题目的条件之后，会发现题目所涉及的物理过程具有以下两个特点：1.系统的机械能不变；2.铁块和小车的质量相等。这和我们所熟悉的“两等质量小球完全弹性碰撞”模型类似。一联想到“两等质量小球完全弹性碰撞”模型，马上就会得出“交换速度”的结论。由于“碰撞”前小车静止，所以“交换速度”后铁块的水平速度为0，即作自由落体运动，选C项。
三.直觉洞察，直击结论
直觉思维是个体在面对问题时，以个体的整体知识结构为根据，不经过逻辑
[4]思维，而直接地、迅速地获得结论的思维过程。直觉思维通常以跳跃的、概要的方式跳过逻辑程序，径直指向最后的结论，从整体上对事物的性质、联系作出结论性的判断[5]。科学史上很多重大发现和突破，都发端于直觉思维。爱因斯坦曾说：“物理学家的最高使命是要得到那些普通的基本定律，而通向这些定律并没有逻辑的思路，只有通过那种以对经验共鸣的理解为依据的直觉，才能得到这些定律。”
当问题的前景错综复杂、扑朔迷离的时候，敏锐的直觉往往能够帮助研究者迅速锁定目标，指明研究方向。在物理解题过程中，鼓励学生大胆进行直觉预测，不仅可以高效的解决问题，达到“一望而知”的效果，还可以坚定学生的直觉信念，培养良好的思维品质。
例6 有两个金属小球，固定在两个位置上，现给两个小球提供的总电量为Q.问两个小球的电量如何分配时两球间的库仑力最大？
对于这道题，很多学生可能先会想到当只有一个小球带电时，两球带电量差异最大，库仑力为零。至此，有些学生会直觉到两球电量相等，即两球带电量差异最小时库仑力最大，进而进行逻辑验证。
“两球带电量差异最大，库仑力为零”和“两球带电量差异最小时库仑力最小”之间并无必然的逻辑关系。但这种直觉是非常可贵的，它直接从无数可能的结果中锁定了目标，为严格的逻辑运算提供了积极的先导作用，使一个求解题变成了求证题。
然而，需要指出的是，并非所有的直觉都是正确的，直觉质量的高低依赖于学生原有的经验储备和知识储备[6]，以及学生已具备的思维品质。只有正确的直觉才能促进问题的解决。于是，对直觉必须进行逻辑验证或实践检验。
四．灵感启发，出奇制胜
灵感是指人们在问题面前调动全部智慧进行探索，使精神处于极度紧张状态 ，再由某种偶然因素的激发 ，而对问题的解决突然产生富有创造性的思路[7]。灵感思维具有很强的突发性和高度的思维跳跃性，其创造性是其他思维所无法比拟的。它往往能使问题的解决发生突破性的进展，对问题的解决起关键性作用。
人们在实践中获得大量感性认识，经过理性认识的加工处理形成信息储存起来，以此来“诱导”灵感的发生。当信息储存到一定程度，某一刺激就会引起灵感的爆发，从而加深对问题的认识和解决。[8]在物理教学中，我们除了要使学生积累丰富的“信息”，还要向学生提供必要的“刺激”，以引起学生“灵感的爆
发”。设计一些需要高度的思维跳跃性才能解决的习题，就能产生这样的“刺激”，从而点燃学生思维的火花，开发学生的创造性。
例7 如图7所示，长为L、质量为M的小船停在静水中，一个质量为m的人立在船头，若不计水的阻力，人从船头走到船尾的过程中，船和人对地的位移各是多少？
在该题中，由人和船组成的系统在水平方向上始终不受外力作用，水平方向上动量时刻守恒，可用动量守恒定律解答。但是不知道人和船的速度，无法直接运用动量守恒定律。一些理论基础扎实、思维活跃的学生可能会“灵机一动”：用位移代替速度。这是完全可以的，因为在任意时刻都有mv人-Mv船=0，所以mv人-Mv船=0（v人和v船表示平均速度），又因为时间相等，给上式每项乘上时间t后，就可以用位移代替速度了。即
ms人-Ms船=0， 又
s人+s， L船=马上可以得到s船=mLML,s人=.m+Mm+M五．逆向思维，另辟蹊径
逆向思维就是在分析、处理问题时，从习惯思维（正向思维）相反的方向去探索、研究，从而解决问题的一种思维方法。[9]运用逆向思维往往能使我们另辟蹊径，迅速有效的找到解决问题的钥匙。在物理解题中灵活运用逆向思维，不仅可以巧妙高效的解决问题，而且能够促进学生深刻理解物理知识，摆脱思维定势，锻炼学生的创造性思维能力。
例8 一个竖直上抛运动的物体，到达最高点的最后1秒内上升的高度是它上升最大高度的1/ 5，试求它上升的最大高度。（g取10m/s2.）
按正向思维解题，该题运算过程较为繁琐。如果考虑到竖直上抛运动的上升阶段与自由落体运动是可逆的，设想时间反演，则可运用逆向思维进行思考：竖直上抛运动到达最高点的最后 1 秒内上升的高度，恰好等于自由落体最初 1 秒内下落的高度。于是，所求的最大高度
11h=5?gt25创10?1225m
22这就大大简化了解题过程，让学生体会到了物理中的简单美，激发学生的思考兴趣和创新欲望。需要注意的是，并非所有问题都具有可逆性。
在物理解题中培养学生的非逻辑思维能力，要注意几个问题：
1.由非逻辑思维得到的结论不一定都是正确的。不同人对同一问题的非逻辑思维结论也往往大相径庭。这是由非逻辑思维所固有的跳跃性和不严格性决定
的。因此，对由非逻辑思维得出的结论，需要进行逻辑验证或实践检验。
2.非逻辑思维要以逻辑思维为基础。想象和联想不是胡思乱想，直觉和灵感并非空穴来风，逆向思维也不是简单的“反过来想”就行了。失去逻辑思维这个基础，非逻辑思维只能是无源之水、无本之木。高质量的非逻辑思维是以丰富的经验储备和知识储备为后盾的，必然有高质量的逻辑思维支撑。具备高质量逻辑思维的人不一定具备高质量非逻辑思维，但是具备高质量非逻辑思维的人必然具备高质量逻辑思维。所以，在培养学生的非逻辑思维能力的时候，要着眼于学生的逻辑思维能力。
3.非逻辑思维必须结合逻辑思维，才能最终解决问题。单凭非逻辑思维是解决不了问题的，非逻辑思维只是为问题的解决提供一种思路，或者取得一种突破，要最终解决问题，还得依赖逻辑思维。
总之，在物理解题中注入非逻辑因素，可以使学生在加深理解物理知识的同时，提高非逻辑思维能力，培养良好的思维品质，增强创造力。
参考文献：
[1] 陶国富.马克思主义创新思维之非逻辑思维[J].马克思主义研究，2010，（6）：86—91.[2] 刘玉涛，张培富.科学发现与非逻辑思维[J].科学情报开发与经济，2004，14（5）：173—174.[3] 张敏.论科学想象[J].学习与探索，1987，（1）：37—43.[4] 张志艺.中学物理教育中直觉思维能力的培养[D].福州：福建师范大学，2005，6.[5] 陈锡恩.浅议高中生直觉思维能力的培养[J].辽宁教育学院学报，1999，16（5）：80—82.[6] 郑青岳.直觉思维与物理解题[J].课程·教材·教法，1996，（6）：34—39.[7] 王功仁，黎红.浅议物理解题中灵感的产生[J].物理教师，1998，19（6）：22—24.[8] 杨贵哲，傅玉生，吕国忱.灵感的新视角[J].东北师大学报（哲学社会科学版），1991，（6）：22—27.[9] 毛国永.趣谈逆向思维[J].物理教学探讨，2009，（6）：8—9.Training Students’ Non-logical Thinking by High
School Physical Exercise
Wu Lin-tao Abstract: The importance of non-logical thinking has been realized by more and more people.However, the study of non-logical thinking is still very immature at present.It is always a non-well-solved problem that how to improve non-logical thinking ability effectively.This paper tries to train students’ non-logical thinking by high school physical exercise.And some proposals are offered with instances.Key words: non-logical thinking; physical exercise; imagination; intuition; inspiration
