淺議高中物理教學(xué)中抽象思維障礙成因及其教學(xué)對策

嚴(yán)仁東

(江蘇省灌云縣侍莊中學(xué),江蘇灌云 222207)

在高中物理教學(xué)中,對學(xué)生的物理抽象思維障礙成因進(jìn)行分析,采取針對性和實(shí)效性的教學(xué)對策,這對于解決學(xué)生抽象思維障礙、提高學(xué)生物理學(xué)習(xí)的成效、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力等都具有十分重要意義.本文將高中學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中抽象思維障礙的成因及相應(yīng)的教學(xué)對策做初步的探討.

1 由概念引發(fā)的抽象思維障礙成因分析與教學(xué)對策

1.1 成因分析

(1)概念內(nèi)涵和外延模糊不清

學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中,由于對概念的內(nèi)涵理解不夠,常給分析問題帶來一定的障礙.例如服務(wù)員手托著盤子向前走,有的學(xué)生錯誤地認(rèn)為有力有位移出現(xiàn),人肯定做了功.造成這一障礙的原因就是學(xué)生不了解物理學(xué)中功的真正意義.任何一個物理概念都是內(nèi)涵和外延的統(tǒng)一,學(xué)生在理解或?qū)嶋H運(yùn)用概念時,有時會不自覺地縮小或擴(kuò)大概念的外延,因而造成錯誤的結(jié)果.擴(kuò)大外延的例子,如因忽視勻變速直線運(yùn)動的平均速度公式的適用范圍,用它來分析其他非勻變速運(yùn)動的問題.縮小概念外延則主要表現(xiàn)為,忽視了同一概念所包含的物理圖景的多樣性,以較熟悉的個別圖景代替圖景的全部.

(2)相近的物理概念混淆

物理學(xué)中有許多相近的物理概念,學(xué)生對它們的物理意義理解不透,區(qū)分不清,加上頭腦中沒有完整的物理情境,容易將它們之間的關(guān)系簡單化,如對于表示物理變化量大小及物理量變化快慢的兩個量,學(xué)生就極易將其混淆.

1.2 教學(xué)對策

(1)追根溯源,讓學(xué)生進(jìn)行分析、討論,發(fā)揮抽象思維的能動性特點(diǎn)

教師講解概念時,要讓學(xué)生展開充分的“辨”與“析”,弄清概念的來龍去脈,明確概念的形成過程,以達(dá)到對概念的準(zhǔn)確理解和掌握.

(2)運(yùn)用“類比”法,順應(yīng)和同化知識

在物理教學(xué)中恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用類比,可使相似概念之間形成極強(qiáng)的反差,幫助學(xué)生在頭腦中建立穩(wěn)定、清晰的神經(jīng)聯(lián)系,增強(qiáng)記憶效果.例如位移、路程這兩個相似且易混的概念,運(yùn)用類比歸納,找出其間的聯(lián)系與區(qū)別.這樣一比較,學(xué)生中的模糊認(rèn)識就消除了.

(3)講練結(jié)合,加深對概念的理解

學(xué)習(xí)概念要體現(xiàn)“學(xué)以致用”的教育原則,通過對問題的具體分析和實(shí)際應(yīng)用,鞏固和加深對概念的理解.當(dāng)每一個概念介紹以后,教師應(yīng)分析典型的例題,來啟發(fā)學(xué)生對概念的靈活運(yùn)用.同時布置一定數(shù)量的習(xí)題,通過問題的解決,加深學(xué)生對概念內(nèi)涵和外延的理解,從而使概念得到進(jìn)一步的消化.只有注重講練結(jié)合,才能使學(xué)生對概念的掌握透徹、深刻.

2 由表象引發(fā)的抽象思維障礙成因分析及教學(xué)對策

2.1 成因分析

(1)表象缺乏

如果學(xué)生對特定條件下的物理現(xiàn)象和過程,在頭腦中沒有建立起正確的物理表象,不會利用物理表象進(jìn)行抽象思維,就難以把文字?jǐn)⑹?、?shù)學(xué)表達(dá)式和現(xiàn)實(shí)物理過程聯(lián)系起來,也就難以正確地進(jìn)行分析、推理、判斷等邏輯思維活動.例如“天體運(yùn)動”這一章,按理說有了前面圓周運(yùn)動知識的基礎(chǔ),學(xué)生學(xué)習(xí)起來應(yīng)該容易些.可是不少學(xué)生學(xué)習(xí)時并不輕松,原因就是學(xué)生頭腦中沒有這種表象.當(dāng)然引起表象缺乏的原因有很多,有地域差別引起的,有缺乏生活實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)引起的,還有學(xué)生立體感不強(qiáng)引起的等.

(2)表象干擾

學(xué)生在分析、解決問題時,相似的表象常會對學(xué)生的思維起著一定干擾作用,從而引來抽象思維障礙.例如筆者在“全反射”教學(xué)中講到了海面上的“海市蜃樓”現(xiàn)象,這個蜃景當(dāng)時學(xué)生都比較理解.接下來在講沙漠中的蜃景時,讓學(xué)生判斷這個蜃景與海面上的蜃景有什么不同的地方,當(dāng)時就有90%的學(xué)生都出現(xiàn)了“思維斷層”,一下子回答不上來.其實(shí)海面上的蜃景和沙漠中的蜃景都是光在密度分布不均勻的空氣中傳播時發(fā)生全反射而產(chǎn)生的.海面上的蜃景,人們看到遠(yuǎn)方的景物正立懸在空中;而沙漠中的蜃景,人們看到遠(yuǎn)處物體的倒立的景像.可見這兩種蜃景雖然原理一樣,但形成的景象卻有區(qū)別,一個是正立的,一個是倒立的.出現(xiàn)這一判斷障礙的原因就是學(xué)生誤把海面上的蜃景這一表象想象成了沙漠中的蜃景的表象,出現(xiàn)了表象混亂,從而引發(fā)了抽象思維障礙.

2.2 教學(xué)對策

(1)板畫、草圖鋪設(shè)法

對于有些物理知識,學(xué)生沒有表象,缺乏形象思維到抽象思維的過渡,這就需要教師借助板畫、草圖鋪設(shè)由形象思維到抽象思維的過渡.教師在黑板上的板畫、學(xué)生在練習(xí)本上的草圖簡單實(shí)用,往往是形象思維發(fā)展的結(jié)果,這種圖形屢經(jīng)加工,就會抽象為程式化的形象,在物理學(xué)科中廣泛應(yīng)用.因此,教師要加強(qiáng)自身的草圖、板畫能力,為學(xué)生抽象思維鋪設(shè)一個簡單而易懂的平臺,幫助學(xué)生消除抽象思維的障礙.

(2)多媒體輔助教學(xué)法

物理學(xué)中存在著大量宏觀的或微觀的、極快的或極慢的物理過程,這些過程往往都比較抽象、難懂.例如宇宙中天體的運(yùn)動過程及規(guī)律,原子的核式結(jié)構(gòu)、玻爾氫原子模型、核反應(yīng)過程等等.此類的知識和內(nèi)容都是學(xué)生頭腦中比較混亂而又沒有辦法做實(shí)驗(yàn)的.這時我們可以用多媒體輔助教學(xué),借助計算機(jī)平臺,突破時間和空間的束縛,進(jìn)行仿真的模擬,設(shè)計編制出高質(zhì)量的物理CAI課件,將這些一般情況下難以觀察到的物理現(xiàn)象和過程生動形象地展現(xiàn)在學(xué)生面前,引導(dǎo)學(xué)生把抽象的物理知識形象化、動態(tài)化,使之具有更強(qiáng)的教育性、觀察性、活潑性和能動性,使課堂教學(xué)效率大大提高.

(3)深入生活,加強(qiáng)實(shí)踐

從生活走向物理,從物理走向生活,物理教學(xué)中應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生深入生活,加強(qiáng)實(shí)踐的能力.每當(dāng)向?qū)W生傳授新的物理知識時,都應(yīng)聯(lián)系它在生活中或?qū)嶋H生產(chǎn)的某些應(yīng)用,同時要求學(xué)生細(xì)心觀察周圍的物質(zhì)世界,找出與所學(xué)知識相關(guān)的事例.例如對于螺旋測微器,筆者問學(xué)生:“生活中有動手?jǐn)Q過螺絲的嗎?”,有過這樣經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生馬上明白了其中的有關(guān)道理,而缺乏生活實(shí)踐的學(xué)生卻還是不能明白,只等到把螺旋測微器拿到他手里時,讓他親自動手來做時才明白.由此看來學(xué)生應(yīng)該深入生活,加強(qiáng)動手機(jī)會,這樣不但可以提高他們的實(shí)踐能力,還可以提高學(xué)生其他方面的能力.

3 由生活經(jīng)驗(yàn)引發(fā)的抽象思維障礙成因分析及教學(xué)對策

3.1 成因分析

(1)錯誤經(jīng)驗(yàn)誘導(dǎo),進(jìn)入抽象思維誤區(qū)

先入為主的生活觀念、錯誤經(jīng)驗(yàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)物理的影響是很大的,往往驅(qū)使學(xué)生做出想當(dāng)然的錯誤判斷,導(dǎo)致他們進(jìn)入抽象思維的誤區(qū).例如在“波的疊加”教學(xué)中,學(xué)生受生活經(jīng)驗(yàn)中實(shí)物相遇時會改變運(yùn)動方向的影響,往往很難理解波相遇后像相遇前一樣,各自保持原有的形狀,繼續(xù)傳播.由于有了錯誤生活經(jīng)驗(yàn)的誘導(dǎo),一開始學(xué)生就沒有辦法對問題再去進(jìn)行正確的分析和判斷,從而造成抽象思維的障礙.

(2)遷移不當(dāng),出現(xiàn)抽象思維偏差

在學(xué)習(xí)物理的過程中,學(xué)生常常把自己頭腦中已有的、習(xí)慣了的思維不恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用到新的物理情境中去,不善于區(qū)分要認(rèn)識的對象和舊有經(jīng)驗(yàn)之間的差異,僅僅憑借原有經(jīng)驗(yàn)就直接套用在認(rèn)識對象上,跳不出舊認(rèn)識的“框架模式”,使思維誤入歧途,導(dǎo)致了遷移性的抽象思維障礙.例如在進(jìn)行“自由落體運(yùn)動”教學(xué)時,如果問學(xué)生:在空氣中同樣的高度處釋放一個紙片和一個錢幣,哪一個先落地?如果把它們放在真空中哪一個先落地?學(xué)生們沒有考慮到空氣阻力條件的變化,由于遷移不當(dāng),出現(xiàn)了抽象思維障礙,就極易造成判斷的錯誤.

3.2 教學(xué)對策

(1)加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動,驗(yàn)證錯誤經(jīng)驗(yàn)

針對上述情況,設(shè)計必要的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),給學(xué)生形成鮮明、強(qiáng)烈的對比,說明原有經(jīng)驗(yàn)的錯誤所在,使其原有的經(jīng)驗(yàn)發(fā)生動搖,直至清除.例如為了解決上面提到的落體運(yùn)動中學(xué)生遇到的問題,設(shè)計了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),讓每個學(xué)生都來體會一下:讓一張紙片與一枚錢幣同時從同一高度落下,硬幣先落下.在抽真空的玻璃管中,小紙片、小紙團(tuán)、硬幣從同一高度落下,同時著落管底.說明這里空氣阻力才是影響落地快慢的因素.通過這樣的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),學(xué)生的原有錯誤經(jīng)驗(yàn)就馬上消除了.

(2)“原型啟發(fā)”法

有的物理現(xiàn)象和物理過程都很復(fù)雜,為了更好地揭示事物的本質(zhì),我們可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)和觀察所得的各種感性材料,舍去那些表面的、次要條件,把復(fù)雜、具體的物理事物用簡單抽象的、理想化的物理模型來描述.這種具有啟發(fā)作用的事物稱作“原型”.在物理教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)建立模型,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會全面地分析問題,要透過現(xiàn)象看到本質(zhì),幫助學(xué)生克服生活經(jīng)驗(yàn)引發(fā)的抽象思維障礙.物理學(xué)中的原型可以來源于生活、生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn),也可通過學(xué)習(xí)過程建立.在學(xué)習(xí)中,物理學(xué)概念模型(如質(zhì)點(diǎn)、理想氣體、點(diǎn)電荷等)、物理過程模型(如各種典型運(yùn)動過程、碰撞、反沖等)、典型的解題過程(方法、技巧、思路)等都可以抽象為學(xué)習(xí)者頭腦中的“原型”.這種方法對于解決由表象、概念以及生活經(jīng)驗(yàn)引發(fā)的抽象思維障礙都是非常有效的.

4 由數(shù)學(xué)工具引發(fā)的抽象思維障礙成因分析及教學(xué)對策

4.1 成因分析

(1)數(shù)學(xué)知識的缺乏

物理和數(shù)學(xué)是緊密聯(lián)系的,數(shù)學(xué)為物理學(xué)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的研究工具,幾乎所有的物理概念和物理規(guī)律,都可以通過量化的方法用數(shù)學(xué)公式進(jìn)行描述,學(xué)生有好多抽象思維障礙也是由于數(shù)學(xué)知識缺乏而引發(fā)的.例如在講初速度為零的勻變速直線運(yùn)動規(guī)律的應(yīng)用時,學(xué)生由于不會數(shù)學(xué)歸納法,所以推導(dǎo)不出最后的結(jié)論.對于一些應(yīng)用數(shù)學(xué)函數(shù)、圖像求解的物理問題,例如 v-t圖像、s-t圖像、簡諧運(yùn)動圖像、波形圖、交變電流圖像等等,由于一些學(xué)生對數(shù)學(xué)圖像的意義、規(guī)律不明確,通過圖像獲取不了有效的信息,就導(dǎo)致學(xué)生無法得出正確的判斷和推理,出現(xiàn)了抽象思維障礙.

(2)忽視公式的物理含義

很多學(xué)生習(xí)慣于用數(shù)學(xué)公式代替物理概念、規(guī)律,見到數(shù)字就想到了數(shù)字運(yùn)算,很少再從物理意義上去理解物理學(xué)公式.例如很多學(xué)生把物理學(xué)上出現(xiàn)的“+”、“-”與數(shù)學(xué)上的完全等同,再如對于電場強(qiáng)度公式有的學(xué)生認(rèn)為電場強(qiáng)度跟放入電場中的試探電荷所受的電場力成正比,跟電荷的電荷量成反比.這些事例說明,僅用數(shù)學(xué)的抽象思維來學(xué)習(xí)物理也是行不通的.

(3)不分析物理問題的情景,與物理事實(shí)相悖

有些學(xué)生把物理問題的解決當(dāng)成數(shù)學(xué)的運(yùn)算,摒棄了其中內(nèi)蘊(yùn)的物理過程和意義,致使即便學(xué)會了物理規(guī)律,也不能恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用于問題的解決,產(chǎn)生物理抽象思維的應(yīng)用性障礙.

4.2 教學(xué)對策

(1)加強(qiáng)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí),正確應(yīng)用數(shù)學(xué)工具解決物理問題

有些物理教師教學(xué)生用數(shù)學(xué)知識解決物理問題時往往只側(cè)重結(jié)果的“機(jī)械計算”,缺少“過程與方法”,他們總認(rèn)為那是數(shù)學(xué)教師的事情.其實(shí)不然,物理教師在自己的教學(xué)過程中對數(shù)學(xué)方法與規(guī)律的滲透也是十分重要的,我們在教學(xué)過程中要對數(shù)學(xué)知識、方法的應(yīng)用加以滲透,例如在講到勻變速直線運(yùn)動規(guī)律時,涉及到數(shù)學(xué)歸納法的,應(yīng)先把數(shù)學(xué)歸納法簡單地復(fù)習(xí)一下;講到恒定電流中電源的最大輸出功率時,需先把均值不等式和數(shù)學(xué)配方法的應(yīng)用有意識地提示一下.這樣,學(xué)生應(yīng)用起來就順手多了,不會再產(chǎn)生前面舉例中所發(fā)生的一些障礙了.

(2)重視公式中的物理意義,明確因果關(guān)系

在物理教學(xué)中,要特別注意物理學(xué)科的特殊性,應(yīng)講清公式的物理意義、適用范圍,讓學(xué)生理解公式所描述的物理現(xiàn)象、物理實(shí)事之間的因果關(guān)系、決定關(guān)系,還要引導(dǎo)學(xué)生明確公式的來龍去脈,增強(qiáng)公式的物理色彩,突出對問題的物理意義的分析,從而正確地理解、掌握和應(yīng)用好物理規(guī)律、公式,并且在學(xué)習(xí)過程中還要配合練習(xí)加強(qiáng)思維訓(xùn)練,使學(xué)生在扎實(shí)的物理知識的基礎(chǔ)上恰當(dāng)、靈活地應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決物理問題.

(3)加強(qiáng)檢驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生抽象思維的嚴(yán)密性和邏輯性

當(dāng)我們通過數(shù)學(xué)計算得出結(jié)果后,一定要根據(jù)物理問題的實(shí)際情況進(jìn)行檢驗(yàn),看所得出的結(jié)果是否與物理事實(shí)相符合.有時我們得到的解可能有幾個,這時要一一代入分析,有時可能求得的解就只有一個,平時學(xué)生要養(yǎng)成善于檢驗(yàn)的好習(xí)慣.因?yàn)橥鶛z驗(yàn)會讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)思維上的偏差與錯誤,久而久之也就培養(yǎng)了學(xué)生思維的嚴(yán)密性和邏輯性.

1 閻金鐸,田世昆,胡衛(wèi)平.物理思維論.南寧:廣西教育出版社,1999.

2 朱龍祥.物理教學(xué)思維方式.北京:首都師范大學(xué)出版社,2001.

3 吳敏海.高中物理習(xí)題錯解的常見思維障礙診斷.物理教師,2009(3).

4 陸一娣.高中物理教學(xué)中學(xué)生智能培養(yǎng)策略.現(xiàn)代教育科學(xué)(中學(xué)教師),2009(4).

5 王政良.展示思維過程,指導(dǎo)思維調(diào)節(jié)——淺談物理解題教學(xué)的策略.物理通報,2009(3).