高中生解決物理問題時(shí)存在的主要思維障礙及成因分析

李華騮

（云南省玉溪師范學(xué)院附屬中學(xué) 云南 玉溪 653100）

物理學(xué)是一門與生產(chǎn)和生活實(shí)際緊密聯(lián)系的學(xué)科.物理學(xué)的適用性、趣味性深受廣大學(xué)生所喜愛，但在物理教學(xué)中，不少學(xué)生又感到物理難學(xué)，尤其是物理題目難做，考試不易得高分等.如何處理物理難學(xué)、題目難做等問題呢？

本文從思維規(guī)律入手，結(jié)合筆者多年的教學(xué)實(shí)踐，對中學(xué)生解決物理問題時(shí)存在的主要思維障礙及其成因作一些粗淺的分析，旨在與同仁們共商榷，達(dá)到互相促進(jìn)，共同提高的目的.

1 日常觀念的誘惑直覺印象的影響

中學(xué)生在學(xué)習(xí)物理之前，已接觸了大量的物理現(xiàn)象，他們已按自己的認(rèn)知水平對此形成了一些日常經(jīng)驗(yàn)，即日常觀念.在日常觀念中，有的對科學(xué)概念的學(xué)習(xí)具有一定積極的影響，而更多的則是片面的先入之見，錯(cuò)誤印象和誤解.這些錯(cuò)誤觀念對正確認(rèn)知，形成思維障礙［1］.當(dāng)接觸到具體的物理問題，特別是與日常生活聯(lián)系較為緊密的問題時(shí)，這些日常觀念便會(huì)先入為主，迅速產(chǎn)生相異構(gòu)想，導(dǎo)致思維方向偏離科學(xué)概念，因而得出錯(cuò)誤結(jié)論.如相當(dāng)數(shù)量的學(xué)生在學(xué)習(xí)過牛頓第一定律之后，還保留著“力是運(yùn)動(dòng)的原因”的錯(cuò)誤認(rèn)識.有這樣一道題目，我們對學(xué)生進(jìn)行了測試.

【例1】一物體在光滑水平面上，在水平力F作用下，從靜止開始向東運(yùn)動(dòng)1s，通過2m路程時(shí)，水平力改為反向，但大小不變，又經(jīng)過1s時(shí)間，那么

A.物體回到出發(fā)點(diǎn)，速度為零

B.物體回到出發(fā)點(diǎn)，速度不為零

C.物體離出發(fā)點(diǎn)4m，速度為零

D.物體離出發(fā)點(diǎn)4m，速度不為零

測試結(jié)果表明，38%的學(xué)生誤認(rèn)為力反向后，物體將反向運(yùn)動(dòng)而錯(cuò)選A.實(shí)際上，力反向后物體因獲得了初速度而是做勻減速直線運(yùn)動(dòng).說明來源于直覺的日常觀念根深蒂固，難于改變，它嚴(yán)重妨礙著正確概念的建立，也嚴(yán)重阻礙解決物理問題的思維途徑.

為了克服日常觀念的誘惑以及直覺印象對解決物理問題的影響，在物理教學(xué)中要重視實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，邏輯推理，強(qiáng)調(diào)物理學(xué)的研究方法，今天學(xué)生所犯的錯(cuò)誤，正是物理概念建立之前，前人犯的錯(cuò)誤，重視物理學(xué)史在教學(xué)中的滲透，以便有力地排除錯(cuò)誤的觀念，從而使學(xué)生抓住物理概念、規(guī)律的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生解決物理問題的正確思維.

2 定勢思維的束縛

定勢思維是指人用某種固定的思維模式去分析問題和解決問題.認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為，當(dāng)某些知識結(jié)構(gòu)較之其他知識結(jié)構(gòu)更容易為人所想起時(shí)，就會(huì)發(fā)生定勢效應(yīng).在學(xué)習(xí)中，學(xué)生由于經(jīng)常接觸同一類問題或同一種直觀模式，因而往往形成一種習(xí)慣性思維方向，這種思維定勢對問題的解決有促進(jìn)作用，但也有造成思維障礙的消極作用.比如，當(dāng)我們在學(xué)生非常熟悉的一類題上改變條件，使物理情境發(fā)生變化時(shí)，學(xué)生往往不會(huì)認(rèn)真分析題設(shè)條件變化帶來的差異，而是拿到題目一看似曾相識，馬上就按習(xí)慣的思路、方法求解.

【例2】如圖1所示，質(zhì)量為m的小球由長為L的細(xì)線系著，在豎直面內(nèi)繞O點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng).

（1）若小球剛好能通過軌道的最高點(diǎn)P，求小球過軌道最低點(diǎn)Q時(shí)線對它的拉力大??；

（2）若把線換成輕桿，其他條件均不變，再求小球過軌道最低點(diǎn)時(shí)桿對球的拉力大小.

分析：本題第一問大部分學(xué)生都能得到6mg，但由于思維定勢的影響，第二問只有少數(shù)學(xué)生解出5mg的正確答案，而大部分學(xué)生仍然把小球在最高點(diǎn)P的速度當(dāng)做處理而得到6mg的錯(cuò)誤結(jié)論.

圖1

當(dāng)改變一些問題的題設(shè)條件，與學(xué)生熟悉的問題稍有不同時(shí)，思維定勢也會(huì)引起消極影響.

【例3】小球由O點(diǎn)以25m／s的速度豎直向上拋出，經(jīng)過1s速度變?yōu)?0m／s，求它上升的最大高度.

分析：由于題設(shè)中有“豎直”字樣，學(xué)生很快用“豎直上拋”作為解題的模式，顯然落入圈套.

練習(xí)或考試中，學(xué)生常會(huì)將一些簡單問題做錯(cuò)，在一些能夠解出的題目前束手無策，其中思維定勢是一個(gè)重要因素.針對定勢思維在解決物理問題中對學(xué)生思維的消極影響，在教學(xué)中，我們回答學(xué)生問題時(shí)，要留有余地；在建立概念和總結(jié)規(guī)律的教學(xué)中要利用定勢的積極作用，但在運(yùn)用概念、規(guī)律解決問題時(shí)，要重視變式的作用，采用一題多變，一題多解，多題一解等方式打破定勢思維的束縛，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力.

3 表面現(xiàn)象對物理本質(zhì)的沖擊

學(xué)生在解決物理問題時(shí)，往往需要根據(jù)給定的條件，結(jié)合他們學(xué)過的知識進(jìn)行綜合分析和解答.有些問題表面現(xiàn)象幾乎掩蓋了物理本質(zhì)，對學(xué)生的思維起干擾作用，有些條件的給定和問題的提出又是以十分隱蔽的方式表現(xiàn)出來的，造成學(xué)生思維過程的障礙.

【例4】相同型號的載貨汽車與空載汽車，以相同的速度在同一水平路面上滑行，試比較兩車滑行的時(shí)間與距離.

錯(cuò)解：不少學(xué)生根據(jù)載貨汽車質(zhì)量大這一特征，忽視物理的本質(zhì)，認(rèn)為載貨汽車滑行的時(shí)間長，距離大.其理由為，載貨汽車質(zhì)量大，慣性大，難以停下.

正解：載貨汽車雖然質(zhì)量大，慣性大，但受路面摩擦力也大，根據(jù)牛頓第二定律可得汽車滑行時(shí)的加速度a＝μg，與汽車質(zhì)量無關(guān)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可知，兩車滑行的時(shí)間和距離均相同.

為了提高學(xué)生排除干擾，去偽存真，抓住物理本質(zhì)，解決物理問題的能力，教學(xué)中要讓學(xué)生弄清概念的內(nèi)涵和外延，重視物理規(guī)律的建立過程，理解物理規(guī)律的適用條件和范圍.通過易錯(cuò)習(xí)題，訓(xùn)練學(xué)生揭示表面現(xiàn)象，尋求物理本質(zhì)的思維能力，提高學(xué)生利用物理知識，克服不正確的心理傾向，解決物理問題的能力.

4 數(shù)學(xué)負(fù)遷移的影響

教育心理學(xué)上把一種學(xué)習(xí)對另一種學(xué)習(xí)的影響稱之為遷移.這種影響可能是積極的，也可能是消極的，積極的影響叫正遷移，消極的影響叫負(fù)遷移［2］.數(shù)學(xué)知識在解決物理問題時(shí)起著巨大的作用，但它畢竟只是解決問題的工具，作為工具的數(shù)學(xué)必須與物理內(nèi)容相統(tǒng)一，而且還要受到具體物理?xiàng)l件的制約.若從純數(shù)學(xué)這個(gè)角度來理解和使用物理概念、規(guī)律，這必將造成思維障礙.

從數(shù)學(xué)式子看，當(dāng)r→0，F(xiàn)→!，于是認(rèn)為靜電力可達(dá)到無限大.

物理教學(xué)中，為避免數(shù)學(xué)負(fù)遷移的影響，既要重視運(yùn)用數(shù)學(xué)方法解決物理問題的訓(xùn)練，又要充分注意物理事實(shí)對數(shù)學(xué)方法的制約；既要考慮到數(shù)學(xué)方法在分析問題，解決問題的簡潔性、嚴(yán)密性，但又絕不能把物理問題純數(shù)學(xué)化，而完全失去物理意義，形成一種不利于物理學(xué)習(xí)的傾向.

5 觀察思考不深入邏輯推理不嚴(yán)密

學(xué)生解決物理問題時(shí)，往往觀察事物和思考問題不全面，容易產(chǎn)生局部滿足而忽視隱含條件的分析，致使物理現(xiàn)象不完整，對于與問題相關(guān)的多個(gè)因素顧此失彼，有時(shí)會(huì)因邏輯思維不嚴(yán)，推理不當(dāng)而導(dǎo)致錯(cuò)誤.

【例5】如圖2所示，傳送帶與水平面夾角為θ＝37°，并以v0＝10m／s運(yùn)行，在傳送帶一端A處輕輕放上一小物塊（初速為零），物塊與皮帶間的動(dòng)摩擦因素為μ＝0.5，AB＝16m，求物塊從A到B的時(shí)間.

圖2

常見的錯(cuò)誤：

小物塊放上皮帶后，相對于皮帶向后運(yùn)動(dòng)，故受到皮帶向下的摩擦力，其大小為

小物塊運(yùn)動(dòng)的加速度可根據(jù)牛頓第二定律求得

代入數(shù)據(jù)得

代入數(shù)據(jù)得

解析：錯(cuò)解者滿足于一孔之見，沒有對物塊運(yùn)動(dòng)的全過程作深入剖析.設(shè)物塊運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)速度為10m／s，而速度從0～10m／s和10m／s后，物塊所受的摩擦力方向不同，所以速度10m／s時(shí)是問題的轉(zhuǎn)折點(diǎn).

設(shè)vC＝10m／s，則A至C過程

從C至B，由

和

可解得

故物塊從A到B運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為

6 小結(jié)

中學(xué)生解決物理問題時(shí)存在的思維障礙成因很多，在教學(xué)過程中，認(rèn)真分析、研究學(xué)生的思維障礙，是形成正確教學(xué)策略的起點(diǎn)，對于提高物理教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)行物理教學(xué)改革具有重要的意義.

1 閻金鐸，查有梁.物理教學(xué)論.南寧：廣西教育出版社，1996.378～387

2 張世富.心理學(xué).北京：人民教育出版社，1988.209