略論中學(xué)生物理學(xué)習(xí)的思維障礙

萬開瓊

（重慶市渝北區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校，重慶 401120）

中學(xué)生物理學(xué)習(xí)受到學(xué)生的認(rèn)識(shí)特點(diǎn)、物理課程內(nèi)容和教師教學(xué)方式等因素的影響.學(xué)生自身的認(rèn)知方式的缺陷與生活經(jīng)驗(yàn)的匱乏、物理課程內(nèi)容的高度抽象性與概括性以及教師不適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式都會(huì)導(dǎo)致中學(xué)生不能準(zhǔn)確把握物理概念、規(guī)律的內(nèi)涵與外延、區(qū)別與聯(lián)系，在運(yùn)用物理概念、規(guī)律解決物理問題的過程中會(huì)出現(xiàn)各式各樣的思維障礙.對(duì)中學(xué)生物理學(xué)習(xí)的思維障礙，應(yīng)該從其思維特點(diǎn)入手進(jìn)行歸因分析，才能夠找到幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)困難的辦法，從而有提高中學(xué)生物理學(xué)習(xí)的質(zhì)量.

1 中學(xué)生物理學(xué)習(xí)的思維障礙

1.1 先入為主的生活經(jīng)驗(yàn)形成的思維障礙

中學(xué)生每天生活在大千世界中，自然地獲取了與物理相關(guān)的生活經(jīng)驗(yàn)，這些生活經(jīng)驗(yàn)先入為主，有些對(duì)物理學(xué)習(xí)有積極的促進(jìn)作用，也有些生活經(jīng)驗(yàn)干擾物理概念的形成、物理規(guī)律的掌握，造成物理學(xué)習(xí)的思維障礙.甚至學(xué)生即使形成物理概念、掌握物理規(guī)律，但在解決物理問題的過程中往往從個(gè)人的生活經(jīng)驗(yàn)和日常概念出發(fā)，想當(dāng)然地對(duì)物理問題進(jìn)行判定，從而得出錯(cuò)誤的結(jié)論.

常見的先入為主的生活經(jīng)驗(yàn)所產(chǎn)生的思維障礙有：鐵球比鋁球下落得更快；要讓箱子保持運(yùn)動(dòng)，就得有力不斷作用在它上面；踢出去的足球向前運(yùn)動(dòng)，是因?yàn)橛幸粋€(gè)向前的力作用在它上面；摩擦力就是阻礙物體運(yùn)動(dòng)的力；甲把乙推倒了，說明甲推乙的力比乙椎甲的力大；冬天在室外摸鐵比摸木頭涼，這是由于鐵比木頭溫度低；燒水時(shí)壺嘴上面出現(xiàn)的“白氣”是水蒸氣；水中的魚和天上的星就在所看見的位置上.［1］從上面所舉出的例子中可以看出，由于生活經(jīng)驗(yàn)所產(chǎn)生的思維障礙大多出現(xiàn)在力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)中，而對(duì)于電學(xué)、磁學(xué)等與日常生活聯(lián)系不太密切的物理內(nèi)容鮮有生活經(jīng)驗(yàn)所產(chǎn)生的思維障礙.

先入為主的生活經(jīng)驗(yàn)所產(chǎn)生的思維障礙比較頑固，不是短時(shí)間內(nèi)就能糾正的.例如，中學(xué)生學(xué)完牛頓第三定律之后，已經(jīng)掌握作用力與反作用力大小相等、方向相反、作用在同一直線和不同物體上.但是當(dāng)遇到實(shí)際問題如一輛大卡車與小轎車相撞時(shí)，比較小轎車對(duì)大卡車的作用力與大卡車對(duì)小轎車的作用力大小時(shí)，學(xué)生往往是從力的作用效果做出錯(cuò)誤判定：大卡車對(duì)小轎車的作用力大于小轎車對(duì)大卡車的作用力.

1.2 思維定勢(shì)干擾形成的思維障礙

思維定勢(shì)是指中學(xué)生運(yùn)用已經(jīng)掌握的、事先有準(zhǔn)備的一套行之有效的分析解決物理問題的思維模式.思維定勢(shì)既有積極性作用，也有消極性影響.思維定勢(shì)的積極性作用往往表現(xiàn)為知識(shí)與技能、過程與方法的正向遷移，幫助學(xué)生運(yùn)用已經(jīng)掌握的各類知識(shí)與方法迅速解決新問題.例如，平拋運(yùn)動(dòng)的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生快速地掌握電荷在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.思維定勢(shì)的消極性影響往往表現(xiàn)為知識(shí)與技能、過程與方法不恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用到新的物理情境，不善于發(fā)現(xiàn)條件的變化，不善于挖掘情境中的新信息，不善于變換思考問題的角度，不善于改變解決問題的路徑.

常見的思維定勢(shì)干擾形成的思維障礙有：初中階段用小學(xué)《科學(xué)》的靜態(tài)為主的研究方法處理動(dòng)態(tài)的物理問題，造成重結(jié)果、輕過程的現(xiàn)象和死記硬背的學(xué)習(xí)模式；高中階段套用初中物理的條件限制較多的物理概念和規(guī)律，例如，將部分電路歐姆定律用于非純電阻電路，造成分析錯(cuò)誤；過去解決問題的成功經(jīng)驗(yàn)錯(cuò)誤地用于貌似舊問題的新問題，許多雜志討論的所謂“上當(dāng)題”多屬于由于思維定勢(shì)的影響而“上當(dāng)”.例如，重視隔離法而忽視整體法；中學(xué)生還往往因?yàn)榻處熢诜治鐾评頃r(shí)強(qiáng)調(diào)因果聯(lián)系，而誤認(rèn)為物理推理是“一因一果”，而在處理“一因多果”和“多因一果”推理時(shí)陷入困境.［2］

思維定勢(shì)干擾所形成的思維障礙伴隨物理學(xué)習(xí)的全過程.例如，在物理概念形成過程中，學(xué)生常常采用抽象研究對(duì)象的本質(zhì)特征、概括一類事物共同屬性的方法形成物理概念，當(dāng)遇到密度、電場(chǎng)強(qiáng)度等物理概念時(shí)就出現(xiàn)了思維定勢(shì)，導(dǎo)致不能很好地理解和掌握這類采用比值定義法所定義的物理概念.在解決動(dòng)力學(xué)問題的過程中主要有3種方法，用牛頓運(yùn)動(dòng)三定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律解決動(dòng)力學(xué)問題；用動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律解決動(dòng)量問題；用動(dòng)能定理和能量守恒定律解決功能問題，在解決相關(guān)物理問題的過程中有些問題用后兩種辦法容易解決，但是學(xué)生往往用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和牛頓運(yùn)動(dòng)三定律來分析，說明學(xué)生對(duì)動(dòng)量和功能原理的理解和思維存在障礙.

1.3 物理公式數(shù)學(xué)化形成的思維障礙

數(shù)學(xué)與物理學(xué)是密不可分的兩門學(xué)科，數(shù)學(xué)是學(xué)習(xí)和探究物理學(xué)的重要工具，物理概念的形成、物理規(guī)律的掌握、物理問題的解決離不開數(shù)學(xué)工具.但是中學(xué)生往往表現(xiàn)為對(duì)物理公式的頂禮膜拜，不甚了解物理公式背后的物理內(nèi)涵、意義，將物理數(shù)學(xué)化，從純粹數(shù)學(xué)的角度理解物理概念、規(guī)律，思考并解決物理問題，從而得到錯(cuò)誤的結(jié)論.

物理公式數(shù)學(xué)化形成的思維障礙主要表現(xiàn)為：對(duì)物理公式及公式變形后的物理意義理解不清，混為一談.例如F＝Eq是由E＝變形而來的，但它們的物理意義不同，前者表述了放置在電場(chǎng)中的點(diǎn)電荷與該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度和所受的電場(chǎng)里的3者關(guān)系；而后者反映電場(chǎng)的性質(zhì).在解決物理問題的過程中，學(xué)生往往把注意力集中在物理公式的變換、推導(dǎo)和計(jì)算上，造成亂套公式的壞習(xí)慣，從數(shù)學(xué)形式上理解物理概念而不考慮物理事實(shí).例如，學(xué)生常常理解為電阻與電壓成正比，與電流成反比.從純粹數(shù)學(xué)的角度來分析并沒有不妥的地方.但是事實(shí)上電阻是導(dǎo)體的一種屬性，與導(dǎo)體兩段的電壓和流過導(dǎo)體的電流無關(guān).

2 中學(xué)生物理學(xué)習(xí)的思維特點(diǎn)

在物理教學(xué)過程中，物理教師往往“在強(qiáng)調(diào)可接受性的時(shí)候，往往把學(xué)生估計(jì)過低，在強(qiáng)調(diào)發(fā)揮學(xué)生的潛力時(shí)，又往往把他們估計(jì)過高.”［3］根據(jù)瑞士心理學(xué)家皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展四階段論，我國初中學(xué)生的物理思維基本上處于具體運(yùn)算階段和前運(yùn)算階段，［4］而高中學(xué)生的物理思維基本上處于具體運(yùn)算階段向形式運(yùn)算過渡.［5］中學(xué)生思維水平較低及發(fā)展不健全是產(chǎn)生物理學(xué)習(xí)的思維障礙的原因.

2.1 中學(xué)生形成物理表象的特點(diǎn)

物理學(xué)是以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，中學(xué)生物理表象也是建立在對(duì)物理現(xiàn)象感知過程的基礎(chǔ)之上.中學(xué)生利用原始表象材料進(jìn)行創(chuàng)造新的表象能力較差，在物理問題的解決過程中仍然難以合理利用腦海中的各種表象進(jìn)行抽象、類化、辨別，難以激活適當(dāng)?shù)谋硐蠛鸵种撇缓线m的表象.由于物理世界中的部分表象（如場(chǎng)表象、高速運(yùn)動(dòng)表象）往往不能被直接感知，學(xué)生需要從口頭、文字材料中想象出這類表象，部分高中生的想象表象缺乏.

中學(xué)生形成物理表象的過程主要表現(xiàn)為：第一，物理表象不準(zhǔn)確.他們?cè)趯W(xué)習(xí)物理之前由于其他科目的學(xué)習(xí)和生活經(jīng)驗(yàn)形成了大量所謂“物理表象”——這些“物理表象”往往是錯(cuò)誤的或不準(zhǔn)確的；第二，物理表象匱乏.一些物理學(xué)習(xí)內(nèi)容（例如電阻、電功率、磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)等）在生活中較少涉及，在教學(xué)過程中學(xué)生難以建立這類表象；第三，物理表象難以喚醒.中學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中由于教師的啟發(fā)、誘導(dǎo)和點(diǎn)撥建立了相應(yīng)的物理表象，但是在應(yīng)用物理知識(shí)解決問題時(shí)喚醒業(yè)已形成的物理形象進(jìn)行思維和推理比較差.

2.2 中學(xué)生物理思維的特點(diǎn)

中學(xué)生思維定勢(shì)對(duì)物理學(xué)習(xí)起重要作用.初中生在學(xué)習(xí)物理的過程中，由于反復(fù)訓(xùn)練導(dǎo)致按照某種固定的思路和模式去思考并解決相關(guān)物理問題，這種思維定勢(shì)往往帶來消極影響.例如，“水應(yīng)加熱到100℃時(shí)才能沸騰”，這一概念在學(xué)生腦子里常被錯(cuò)誤地“轉(zhuǎn)換”成“水加熱”到100℃時(shí)必然沸騰.因此，必須克服思維定勢(shì)消極作用.中學(xué)生物理思維還表現(xiàn)出片面性和表面性.中學(xué)生的邏輯思維尚未形成，因而易于根據(jù)事物的表面現(xiàn)象和日常觀念去分析相關(guān)物理問題.例如，初中生學(xué)完“牛頓第一定律”后，依然有一部分學(xué)生認(rèn)為“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，沒有力物體就會(huì)靜止”的錯(cuò)誤觀念.

中學(xué)生的思維處于具體運(yùn)算階段向形式運(yùn)算的轉(zhuǎn)型期.許多剛進(jìn)入中學(xué)階段學(xué)習(xí)的學(xué)生感覺到物理難學(xué)，教師感到此階段物理難教.產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是中學(xué)物理內(nèi)容與小學(xué)《科學(xué)》內(nèi)容在思維水平上出現(xiàn)了“臺(tái)階”現(xiàn)象，就學(xué)生的思維臺(tái)階而言，中學(xué)生學(xué)習(xí)物理大多還是利用具體的形象思維，較少利用抽象、邏輯思維.

2.3 中學(xué)生物理記憶的特點(diǎn)

在學(xué)生學(xué)習(xí)物理的過程中，記憶是不可或缺的心理過程.記憶物理學(xué)的抽象的概念、規(guī)律和事實(shí)，不僅需要對(duì)語言表述和數(shù)學(xué)表達(dá)式的邏輯記憶，而且還需要與其相關(guān)的形象記憶、動(dòng)作記憶和情感記憶.在認(rèn)知心理學(xué)中，前者稱為語義記憶，后者稱為情景記憶.［6］把兩者有機(jī)地結(jié)合起來，可以提高物理概念和規(guī)律長(zhǎng)時(shí)記憶的效率.

中學(xué)生記憶的特點(diǎn)是：第一，物理記憶屬于有意識(shí)記，即有預(yù)定目的并經(jīng)過一定意志努力，采取一定方法進(jìn)行物理概念、規(guī)律、圖像、情境、方法等的識(shí)記；第二，物理記憶大多屬于機(jī)械記憶，較少同學(xué)初步發(fā)展為理解記憶或意義記憶；第三，記憶表象易于發(fā)生畸變，由于中學(xué)生對(duì)物理情境與生活情境易于混記，常表現(xiàn)為“先入為主”的經(jīng)驗(yàn)表象使記憶表象發(fā)生畸變，以及由于觀察力和理解力的限制而使記憶表象的正確性、全面性和準(zhǔn)確性較差.雖然高中生的物理記憶逐步從機(jī)械記憶向理解記憶轉(zhuǎn)變，但是他們對(duì)物理概念、規(guī)律、原理、方法等的記憶往往習(xí)慣于機(jī)械記憶.

3 克服中學(xué)生物理學(xué)習(xí)思維障礙的策略

針對(duì)中學(xué)生的思維障礙和消極思維定勢(shì)的干擾，在物理教學(xué)過程中，教師要首先因勢(shì)利導(dǎo)，利用中學(xué)生形象思維占主導(dǎo)地位的特點(diǎn)，充分利用圖片、教具模型、物理演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生探究活動(dòng)、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)、多媒體模擬等能夠提供直觀感知信息的教學(xué)策略，豐富學(xué)生形成物理表象的感性材料，既引導(dǎo)學(xué)生形成準(zhǔn)確的物理表象，也解決物理表象匱乏的問題.產(chǎn)生“先入為主”的思維障礙的主要原因是學(xué)生對(duì)生活中的現(xiàn)象并沒有充分地加工，也缺乏選取正確的視角去審視對(duì)象的習(xí)慣，因此往往形成錯(cuò)誤的物理表象.當(dāng)教師把貌似熟悉的現(xiàn)象與事實(shí)重新呈現(xiàn)在學(xué)生面前的時(shí)候，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)他們?cè)瓉聿]有關(guān)注的東西，就能夠通過思維加工形成正確的物理表象.

當(dāng)形成了正確的物理表象，中學(xué)生就開始形成概念、掌握規(guī)律.在這一過程中，中學(xué)生往往會(huì)產(chǎn)生相似或相近物理概念之間的混淆.相似或相近物理概念之間的混淆從根本上講是對(duì)物理概念的內(nèi)涵與外延理解不清晰、不確切而造成的.造成這種認(rèn)識(shí)不精確的原因是多種多樣的，有客觀因素，也有主觀因素；有教師教學(xué)的原因，也有學(xué)生學(xué)習(xí)的原因.作為教師，進(jìn)行“易混概念”教學(xué)的基本原則應(yīng)該是充分認(rèn)識(shí)客觀因素，組織符合學(xué)生思維規(guī)律和特點(diǎn)的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的方法和習(xí)慣.作為學(xué)生，要區(qū)分這些“易混概念”應(yīng)做好這些概念的比較與分類.從概念的形成過程進(jìn)行比較，從概念的內(nèi)涵、外延進(jìn)行比較，從概念的運(yùn)用進(jìn)行比較.對(duì)“易混概念”按照某一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類也可以起到相互區(qū)分且相互關(guān)聯(lián)的作用.教師可引導(dǎo)學(xué)生從概念的從屬關(guān)系進(jìn)行分類，也可從概念的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分類.

我們認(rèn)為，克服中學(xué)生物理公式數(shù)學(xué)化的主要措施有：加強(qiáng)物理公式的物理意義的教學(xué)，理解物理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；明確物理公式的來龍去脈，增強(qiáng)物理公式的物理色彩，突出對(duì)問題的物理意義的分析，防止將物理公式按單純數(shù)學(xué)關(guān)系理解，減少純數(shù)值帶入計(jì)算的訓(xùn)練，讓學(xué)生善于運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)、數(shù)學(xué)方法描述物理問題，真正建立起物理上的數(shù)量關(guān)系，增強(qiáng)運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)的意識(shí)，提高運(yùn)用數(shù)學(xué)工具的能力.［7］

無論是物理概念、規(guī)律和原理，還是物理公式，要能夠在解決物理問題中真正應(yīng)用，首先必須記憶.問題是怎樣幫助學(xué)生在理解其意義和本質(zhì)的基礎(chǔ)上，借助于物理表象（現(xiàn)象與過程）、物理思維方法的力量，運(yùn)用多種方法進(jìn)行識(shí)記.物理概念、規(guī)律、原理和公式都是在一定情景中抽象出來的，是有適用的條件與范圍的.中學(xué)生錯(cuò)誤應(yīng)用物理概念、規(guī)律、原理和公式的根本原因是情景錯(cuò)誤與消極思維定勢(shì).因此，雖然中學(xué)生的抽象語義記憶能力已經(jīng)得到了一定發(fā)展，由于物理內(nèi)容本身的情景性特征，教師仍然要重視情景記憶.當(dāng)然，為了讓學(xué)生利用已經(jīng)得到一定發(fā)展的抽象語義記憶能力對(duì)“深”、“難”物理概念、規(guī)律、原理和公式進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)記，教師應(yīng)該通過對(duì)比列表、直觀圖示、概念圖等方法，力求在幫助學(xué)生理解各種物理概念、規(guī)律原理和公式的異同的基礎(chǔ)上，尋找方便記憶的途徑.

1 喬際平，刑紅軍.物理教育心理學(xué).南寧：廣西教育出版社，2003.188

2 母小勇，倪漢彬.The flow diagram of thinking in physics teaching，Phys.Educ.Vol.24，No.5，Sept.1989.

3 雷樹人.試論我國中學(xué) 物理教學(xué)的傳統(tǒng).物理教學(xué)，1982（8）：8

4 喬際平，刑紅軍.物理教育心理學(xué).南寧：廣西教育出版社.2003.27

5 喬際平，刑紅軍.物理教育心理學(xué).南寧：廣西教育出版社.2003.31

6 王甦，汪安圣.認(rèn)知心理學(xué).北京：北京大學(xué)出版社，1992.171

7 李新鄉(xiāng)等.物理教學(xué)論.北京：科學(xué)出版社，2005.79