高中生物理抽象思維能力現狀與探析

培養(yǎng)和發(fā)展學生的各種思維能力，是物理教育的重要目標之一[1]。新課程改革下，高中物理課程目標提出：“學習科學探究方法，發(fā)展自主學習能力，養(yǎng)成良好的思維習慣，能運用物理知識和科學探究方法解決一些問題”。很顯然，養(yǎng)成良好的思維習慣，培養(yǎng)學生的思維能力是物理教學的關鍵。在物理學中，抽象思維具有十分重要的作用，它不僅是提出物理問題、建立物理概念、獲得物理規(guī)律、系統物理知識及解決物理問題的重要思維方式，而且也是學好物理知識，培養(yǎng)各種能力的重要手段和必要條件[2]。我們依據物理學科的特點和中學物理教學實際，對高中生物理抽象思維能力進行了調查，并對存在的問題進行了探析，從而為更好地研究物理思維打下良好的基礎，也為培養(yǎng)中學生抽象思維能力提供依據。

一、研究方法

1.被試選取

我們以山西省臨汾市一所普通中學高一、高二理科班的學生作為研究被試，高一年級隨機選取兩個班共83名學生，其中男生41名，女生42名。隨機選取高二理科班兩個班共40名學生，其中男生23名，女生17名。高一、高二學生都在進行著新課。

2.測量量表

根據物理思維理論，在和學生以及優(yōu)秀教師座談的基礎上，我們設計了高中生物理抽象思維能力量表。我們通過調查認為：中學生物理抽象思維能力主要從思維的深刻性、靈活性和獨創(chuàng)性這三個品質來考察。對大量的物理試題進行了篩選、改編、自編，請有經驗的專家和任課教師對試題進行反復審核，并考慮到實驗的目的、對象、時間等各種因素，最后確定了12個題目。該量表的信度為0.758（利用α系數法估計）。

3.測驗及評分

測驗時間為120分鐘，測驗過程中有測驗編制人員和任課教師監(jiān)考，在測驗之前進行了預測。測驗中，大部分考生心理狀態(tài)良好，發(fā)揮正常。

由于本次測驗不同于一般的心理學測驗，評分由測驗編制者一人按照事先確定的評分標準進行，重點考察學生解決問題的思維過程，根據測試題反映出來的思維品質給分。

4.數據統計

研究者統一將評分結果輸入計算機，并用SPSS13.0、MicrosoftExcel對收集的數據進行統計與分析。

二、高中生物理抽象思維能力現狀

1.高中生抽象思維能力三個品質的分析

（1）深刻性品質分析

深刻性品質是物理思維最基本的品質，它反映思維的抽象程度和邏輯水平，以及廣度、深度和難度[2]。在考查學生物理思維深刻性品質上，我們主要從學生能否正確分析研究對象、能否排除多余條件干擾、能否挖掘物理問題中的隱含條件等入手分析。

如：A、B是兩個長方形物塊，疊放在水平地面上，如圖1所示，F是作用在B物塊上沿水平方向的力，物體A和B以相同的速度作勻速直線運動。讓學生分析A、B間的摩擦系數μ1、B與地面間的摩擦系數μ2的大小。

我們旨在考查學生能否正確分析研究對象，我們發(fā)現，高一年級得分率50%，高二年級得分率75%。不管是高一年級還是高二年級，出現問題的大部分學生是對A、B間的摩擦系數μ1不會分析，即不能正確分析研究對象。這些學生認為A和B以相同的速度作勻速直線運動，則F=（mA+mB）gμ2，而A、B間的摩擦系數μ1卻束手無策，不會以A物體為研究對象進行分析。說明這些學生思維的深刻性還有待于提高。

再如：一物體在相同的水平恒力F作用下，從靜止開始運動，先后分別沿光滑水平地面和粗糙水平地面移動了相同的距離，F做功分別為W1和W2，則W1與W2大小關系？

這個問題旨在考查學生能否排除多余條件的干擾，結果發(fā)現，高一年級的學生得分率為80%，高二年級的學生得分率為90%，盡管從得分率上能夠看到大部分學生已經能夠排除無關因素的干擾，但還是有少部分學生不能夠注意到“沿光滑水平地面和粗糙水平”其實在這個問題里面是干擾項目，做錯的學生基本認為W1

（2）靈活性分析

物理思維的靈活性是思維深刻性的基礎上引申出來的一個思維品質，它反映了一個人的思維靈活程度。物理思維靈活程度也是決定抽象思維高低的另一個重要品質。考查學生思維靈活程度，我們主要看學生能否根據問題的需要選取研究對象，是否善于處理部分與整體的關系，靈活應用隔離法解決物理問題以及對物理問題能否靈活的分析和綜合等。

如：如圖2所示，A、B兩物體疊放在水平面上處于靜止狀態(tài)，請問B物體受到地面的摩擦力的方向情況如何？

從學生的回答情況看，高一和高二學生在這個問題上的得分率非常低，僅僅有幾名學生能夠正確分析出結果，大部分學生不是向左就是向右，認為向左或向右的學生都是著手進行受力分析A物體或B物體，只有個別學生能從整體上考慮，選取較好的研究對象。從中能夠看到學生的思維靈活性需要提高。

再如：如圖3，一木塊放在水平桌面上，在水平方向共受到三個力即F1、F2和摩擦力作用，木塊處于靜止狀態(tài)，其中F1=10N，F2=2N，若撤去力F1，則木塊在水平方向受到的合力為多少？

這個問題考查靈活分析物理過程的能力，高一年級學生得分率為60%，高二年級約75%。答錯的學生基本上有兩種情況：6N、10N。認為是6N的同學，他們認為：物體在水平方向共受到三個力即F1、F2和摩擦力作用，木塊處于靜止狀態(tài)，則摩擦力為8N，如果撤去F1，支持力不變，摩擦力也就不變，故F合=F摩-F2=6N。認為是10N的學生與認為是6N的學生正好相反，他們認為：摩擦力8N的方向與F2的方向一致，所以撤去F1以后，合力為摩擦力和F2的和，即10N。從上面能夠看到，這些學生不能夠很好地分析撤去力F1前后的過程，總認為撤去以后還有摩擦力。

（3）獨創(chuàng)性分析

物理思維的獨創(chuàng)性表現在獨立思考問題，善于創(chuàng)造性地分析問題和解決問題。物理思維獨創(chuàng)性品質是反映學生物理抽象思維能力高低的主要指標之一。我們通過分析學生能否從新的角度去分析問題以及提出問題的新穎性等來考查學生思維的獨創(chuàng)性品質。

如：如圖4所示，有兩個阻值分別為20、30的電阻串聯在電路中，請你任意補充一個條件，提出問題，然后解答（至少選擇兩種做法，但要求每次補充不同類型的條件，提出不同的問題）。

從學生的答題情況看，補充條件時很多學生圍繞補充電流求電壓或補充電壓求電流，只有個別的學生考慮電阻和功率等方面。我們能夠看到，學生不能夠從比較新的思路提出補充條件，不能夠提出比較新穎的問題，說明學生的獨創(chuàng)性品質還需要培養(yǎng)。

再如：已知地球半徑R=6400km，試估算地球大氣層空氣的總重量。請把你計算大氣層空氣的總重量思路寫出來。

通過測試發(fā)現，兩個年級基本上有這樣幾種情況，有思路的大概有兩種，就是從壓強的角度考慮，另一種就是從大氣層對地面的壓力與重力之間的關系去考慮。其他很多同學幾乎就沒有思路。綜觀兩個年級，高二年級在這個問題上能有基本思路，而且也比較新穎的約占60%，但是完全有正確思路的約占10%；高一年級有基本思路的約占50%，完全有正確思路的約占5%。高二年級相對來說比高一年級的獨創(chuàng)性要高一些，但是中學生的獨創(chuàng)性品質還需要加強。

2.高一、高二學生的物理抽象思維能力比較

表1高一、高二學生的物理抽象思維能力顯著性檢驗

由上表可知，高一學生的物理抽象思維能力總平均分為28.63分，接近50%（總分60分），高二學生物理抽象思維能力總平均分為31.17分，高于50%，說明高中生已具有初步的物理抽象思維能力。高一、高二學生的成績差異顯著，即學生的抽象思維還在發(fā)展。

3.高一、高二物理抽象思維能力單項因素發(fā)展比較

調查結果顯示，高一學生和高二學生之間在各種品質上沒有顯著性差異（P>0.05）。不管是高一還是高二學生，深刻性比靈活性和獨創(chuàng)性得分高，靈活性比獨創(chuàng)性分數低?？偟膩碚f，高二學生比高一學生的每一個因素的分數都高，說明高二學生比高一學生整體思維能力強。

4.高中生物理抽象思維能力性別差異比較

我們分別對高一和高二男女生物理抽象思維能力、三種思維品質進行了統計分析，結果顯示，高一學生三種品質及其總成績，男生的平均分均比女生的高些，但是男女生在物理抽象思維和三種思維品質沒有顯著性差異（P>0.05），女生總的平均分和標準差均沒有男生的高，說明女生沒有男生的抽象思維能力發(fā)展的快。高二學生三種品質，除靈活性外，男生的平均分均比女生的高些，靈活性女生雖然比男生高，但是也不明顯，在總成績方面，男生在平均分和標準差方面均比女生高，但是男女生在物理抽象思維和三種思維品質沒有顯著性差異（P>0.05）。

從高一和高二性別差異看到，中學生在抽象思維能力上，男生比女生在各種品質上的分數稍高些，但是沒有顯著差異（P>0.05）。

三、分析與討論

通過研究可以得出以下結論：

第一，高中生已初步具備了物理抽象思維能力，但還未成熟；

第二，在物理抽象思維品質方面，深刻性優(yōu)于獨創(chuàng)性，靈活性比其他兩種品質稍差一些；

第三，高二學生的物理抽象思維能力優(yōu)于高一學生，且有顯著性差異；

第四，為有效地培養(yǎng)中學生的物理抽象思維能力，需轉變教學觀念，改進教學方法。

通過上述研究，我們針對高中生物理抽象思維能力的現狀、對物理抽象思維能力的培養(yǎng)提出幾點建議：第一，思維能力是智力和能力的核心（林崇德，1992），因此，我們要圍繞高中物理課程標準培養(yǎng)目標，以思維能力培養(yǎng)為核心，提高全體學生的科學素養(yǎng)；第二，結合物理學科的特點，教給學生思維的方法；第三，具體的教學過程中，要有意識地訓練和培養(yǎng)學生的思維品質，提高學生的思維能力；第四，教師要轉變教學理念，綜合運用各種教學方法，為提高學生思維能力尋找突破口；第五，培養(yǎng)學生的思維能力要結合學生身心發(fā)展的特點。

參考文獻

[1] 胡衛(wèi)平.高中生物理抽象思維能力發(fā)展研究.心理發(fā)展與教育，1999（2）.

[2] 胡衛(wèi)平.中學生物理抽象思維能力的培養(yǎng).物理教師，2002（8）.

（責任編輯 楊 子）