创新思维在物理学中的应用探讨

迟宝倩

摘 要：创新引领社会发展，推动科技进步，改变了人们的生活和思维方式。创新的核心为创新思维，而自然科学和工程技术的发展依靠物理学的基本理论支撑。教师可对创新思维中的形象思维、逆向思维和侧向思维在物理学学习中的应用进行探讨。

关键词：创新思维；物理学；应用探讨

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1673-9132（2018）24-0005-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2018.24.001

在当今世界，创新是一个出现频率非常高的一个词，我们经常能够听到诸如教育创新、技术创新、科技创新、产品创新等等。创新已经渗透到我们的学习、生活等方方面面。学校教育常常被认为是以领悟学术、获取知识为目的，然而还有比知识更重要的东西，即创新能力。面对全球经济的快速发展，学校教育在培养学生创新能力中的作用越来越重要。实际上教育的本质并不是要让学生掌握很多知识和技能，而是要通过不同学科的学习获取思考问题的方式—思维方式。创新思维是创新的核心，掌握并能灵活运用创新思维是一个人成败的关键。按思维过程和结果分类，思维分为常规思维和创新思维，与常规思维相比，创新思维是指以新颖独特的方法解决问题的思维过程[1]。物理学是一切自然科学和工程技术的基础，其中充满了复杂的数学公式。但是物理学中蕴含的思想内涵，而非公式，才是每一个物理理论的开端。在物理学发展和学习中，创新思维也起着至关重要的作用。本文结合具体实例概述了形象思维、逆向思维和侧向思维在物理学中的应用。

一、形象思维在物理学中的应用

形象思维是指以具体的形象或图像为思维内容的思维形态。牛顿运用形象思维阐述了经典力学中的基本运动规律，揭示了天体运动与地面上物体运动的统一性，构成了经典力学的基础。美国工程师斯波塞在做雷达起振实验时，发现口袋里的巧克力熔化了，应用形象思维，他推测是雷达发射时的微波造成的，找到因果关系就联想到用微波加热食品，于是发明了微波炉，从而实现人类无明火即可干净、快速加热食品。实际上在物理学学习方法中，很多时候形象思维的作用是不可忽略的。物理图像是我们经常采用的一种行之有效的方法，物理图像能够把复杂的问题形象直观地表示出来，从而简化问题的讨论，这其中运用的便是形象思维。

例如，描述简谐振动的振动方程为x=Acos（？棕t+？渍），然而这个振动方程比较抽象，在处理某些问题的时候比较复杂，而简谐振动的旋转矢量表示法能够形象直观地展示简谐振动的规律[2]。如图1所示，令旋转矢量A的大小等于简谐振动的振幅A，t=0时，矢量A与Ox轴的夹角等于初相？渍，并以角速度？棕逆时针旋转，任一时刻旋转矢量与Ox轴的夹角为？棕t+？渍，则当旋转矢量绕坐标原点旋转一周时，其末端在Ox轴的投影则表明简谐振动完成了一个周期的运动。人从一出生就会以形象思维方式考虑问题，它是人的一种本能思维。应用旋转矢量表示方法我们可以方便、直观地求解简谐振动的问题。

光的偏振现象中有这样一个问题，求光强为I0的自然光依次通过三个偏振片P1、P2和P3组成的偏振片组后透射光的光强，已知P1和P3的偏振化方向相垂直，P1和P2的偏振化方向成30°。通過图像可以把已知条件清晰地呈现出来，再应该用马吕斯定律即可求解。实际上在物理学学习中，很多时候都可通过图像进行描述，如振动曲线、波形图等等。因此在求解具体问题时要注重形象思维的运用，可以把已知要素通过图形呈现出来，便于问题的分析求解。

二、逆向思维在物理学中的应用

我们所处的世界由相互对立的事物所构成，因此也暗示我们应该从两个方面去认识事物。逆向思维即是通过事物的相反面去考虑问题。阿基米德应用逆向思维设计了一个实验，验证了国王的金冠是否为纯金，并从中发现了物理学中著名的浮力定律。奥斯特发现电能生磁，在此基础上人们发明了电动机。那么反过来是否成立呢？英国科学家法拉第应用逆向思维设计了磁生电的实验，即电磁感应实验，并依据此原理发明了发电机。这些物理学中取得的重要成就都说明了逆向思维的重要性。

在物理学学习中，很多问题的求解也体现了逆向思维的重要性。例如，在质点运动学学习中，有这样一个问题：如图2所示，一物体以初速V0冲上一光滑的斜面，斜面倾角为θ，求物体在到达最高点之前一秒内的路程？（假设重力加速度为g，斜面足够长，初速足够大）。分析这个过程可以知道物体达最高点之前一秒内的路程即为其到达最高点后下滑第一秒内的路程，因此可将问题转化为求解物体到达最高点后下滑第一秒内的路程，显然应用逆向思维简化了问题的求解。在求解波动方程时，常规问题是已知波形图和波的传播方向，求解波动方程，但有时是已知波形图和其中某位置介质的振动方向，求解波动方程，这个时候应该逆向思维通过该质点的振动方向可以知道波的传播方向，再求解即可。因而在物理学学习中要注重逆向思维的运用。

三、侧向思维在物理学中的应用

侧向思维是把自己熟悉的领域与其他领域交叉起来考虑问题的一种思维方式，具有思路活泼多变，善于联想推导，随机应变的特点。物理学的基本理论是一切自然科学和工程技术的基础，将其引入其他领域会有更多的新发明、新发现。近代的三次工业革命极大地加快了人类生产生活的步伐，方便了我们的生活，而这三次工业革命均以物理学理论为基础。电磁相互作用是四种最基本作用之一，将其与其他技术关联得到了广泛的应用。利用磁力克服重力使物体悬浮的技术称为磁悬浮技术。磁悬浮列车即是人们应用侧向思维将磁悬浮技术应用于列车而发明的新型交通工具。与传统交通工具相比，磁悬浮列车具有速度快、运行安全、平稳舒适、节省能源消耗、无噪声、环保等优点，将成为未来的主要交通工具。还有各种磁力玩具给小朋友们带来了快乐，强磁擦玻璃神器方便了我们的日常生活等等。小到日常生活，大到重大的科技发明，物理学的基本理论早已渗透到我们的生活中。

机械振动在弹性介质中的传播形成机械波，其中振动频率高于20000赫兹的机械波称为超声波。超声波有频率高、波长短，能量比一般声波大很多、不容易发生衍射、穿透力强等特点，所以能够与其他领域技术相结合，得到广泛的应用。例如，超声波清洗机，可达到精密清洗、洁净度高；超声波鱼探仪可探测深海鱼群；超声波切割机，振动小、精度高；超声波流量计测量精度高、抗干扰能力强；超声波诊断是常用的医学影像技术之一，提供生理或组织结构的数据和形态，从而方便直观地辅助诊断。在这个信息化时代，如何抓住信息化发展机遇是未来成败的关键，而物理学的学习让我们具备了将来可以创新的基本素养，因而要重视侧向思维的重要性。

四、结语

伴随着社会的发展，创新逐步上升到意识形态，不懂得创新就只能复制别人的昨天，最终被社会所淘汰。物理学中的基本理论是未来从事科研工作人员和工程技术人员的必备基础。在物理学学习中，从理论到应用创新思维都起着至关重要的作用，因而要注重创新思维的培养。

参考文献：

[1] 李剑锋，张淑卿，赵玉红著.大学生创新思维与案例分析[M].北京：光明日报出版社，2017.

[2] 吴泽华，陈小凤.大学物理学[M].北京：高等教育出版社，2011.