力學(xué)學(xué)習(xí)思維障礙與教學(xué)策略

白石

一、前概念思維障礙的排除。

學(xué)生在學(xué)習(xí)力學(xué)部分時(shí)，會(huì)由于對(duì)前面所學(xué)的概念理解不夠深入、不夠全面，導(dǎo)致解決問(wèn)題時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，這就是前概念障礙。如問(wèn)題：“兩個(gè)體積相等的金屬球，其中一個(gè)的重量是另一個(gè)的兩倍，兩球同時(shí)從二樓頂落下?！庇薪?0%分學(xué)生認(rèn)為物體越重，下落得越快。又如問(wèn)題：“一個(gè)小球在光滑水平面上從a勻速運(yùn)動(dòng)到b，在b點(diǎn)小球受到一個(gè)來(lái)自同一水平面的瞬間垂直沖撞。”有一部分學(xué)生認(rèn)為小球受到?jīng)_撞后運(yùn)動(dòng)路線為沿著沖撞方向的直線。理由是小球開(kāi)始做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所受合外力為零，當(dāng)受到向上的沖撞后，就沿著這條直線運(yùn)動(dòng)?？梢?jiàn)，力的方向決定速度的方向這種觀念在學(xué)生思維中根深蒂固。再如問(wèn)題：“豎直上拋一小球，忽略空氣阻力，在小球從拋出到回到地面過(guò)程中，作用在小球上得力?！庇行W(xué)生認(rèn)為，受力物體脫離施力物體后，物體仍受引力的作用。認(rèn)為小球被拋出后豎直上升的過(guò)程中，速度逐漸減小，則受到向上逐漸減小的力的作用；下降過(guò)程中，速度逐漸增大，則受到向下逐漸增大的力的作用。學(xué)生在學(xué)習(xí)新的物理知識(shí)時(shí)，并不是簡(jiǎn)單的“輸入、儲(chǔ)存”，而是根據(jù)原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)和思維方式去理解，當(dāng)新知識(shí)與原有知識(shí)結(jié)構(gòu)相符時(shí)，這些新知識(shí)就被吸收、儲(chǔ)存，否則這些新知識(shí)就會(huì)被排斥或經(jīng)“修改”后再吸收，而這種修改后的知識(shí)往往是非科學(xué)的，于是新知識(shí)與舊知識(shí)、科學(xué)的思維方式與原有的思維方式相互混雜，派生出形形色色的錯(cuò)誤概念。當(dāng)學(xué)生的前概念與新的物理知識(shí)相沖突時(shí)，怎樣才能促成認(rèn)知結(jié)構(gòu)的順應(yīng)呢？關(guān)鍵是設(shè)法給學(xué)生一個(gè)巨大的“震顫”，以動(dòng)搖其頑固信念的基礎(chǔ)?？梢园慈齻€(gè)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)概念的徹底轉(zhuǎn)變。第一步，教師有步驟的誘導(dǎo)學(xué)生暴露其原有的概念框架，包括結(jié)論、例證、推論等，并在適當(dāng)時(shí)候提出矛盾，給其原有錯(cuò)誤理論框架以沉重打擊。第二步，組織討論乃至爭(zhēng)論，揭露學(xué)生前概念的不合理性，從而使學(xué)生自愿放棄舊概念。第三步，引導(dǎo)學(xué)生接受新的概念框架。

二、邏輯思維障礙的排除。

問(wèn)題：“小汽車(chē)推著卡車(chē)試圖加速到某速度前進(jìn)的過(guò)程，分析受力情況?！币徊糠謱W(xué)生會(huì)認(rèn)為小汽車(chē)推動(dòng)卡車(chē)的力大于卡車(chē)推動(dòng)小汽車(chē)的力。理由是如果小汽車(chē)推動(dòng)卡車(chē)的力等于卡車(chē)推動(dòng)小汽車(chē)的力，卡車(chē)就不會(huì)加速到某一速度，它只能靜止或勻速運(yùn)動(dòng)。這里，學(xué)生的思維被“加速”兩個(gè)字所束縛，未能正確運(yùn)用牛頓第三定律進(jìn)行思考。實(shí)質(zhì)上物體之間相互作用力的性質(zhì)與物體的質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，學(xué)生因混淆力與運(yùn)動(dòng)這兩個(gè)概念的內(nèi)涵而導(dǎo)致錯(cuò)誤。就是說(shuō)學(xué)生在運(yùn)用概念、規(guī)律進(jìn)行思維操作時(shí)出現(xiàn)偏差，形成邏輯性思維障礙。

物理抽象思維的邏輯性是物理學(xué)科學(xué)性的表現(xiàn)，普通邏輯和辯證邏輯的規(guī)律是物理抽象思維的基本規(guī)律，思維不符合邏輯是得不出正確結(jié)論的。物理學(xué)是以基本概念為基石，已基本規(guī)律為骨架，已基本方法為紐帶所構(gòu)成的邏輯體系。物理學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)包括實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、理論體系（概念、定律、定理）、數(shù)學(xué)表達(dá)、物理方法、延伸與應(yīng)用等內(nèi)容。這些內(nèi)容之間有緊密的邏輯關(guān)系。因此，在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)抓住這種關(guān)系，精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過(guò)程，使之具有合理的邏輯結(jié)構(gòu)。首先，物理概念即是物理思維的產(chǎn)物，又是更高層次物理思維的工具。物理思維只有借助于概念才能提高推理和判斷能力，才能深刻揭露物理現(xiàn)象和物理過(guò)程的本質(zhì)規(guī)律。在物理概念的教學(xué)中，首先應(yīng)按以下三個(gè)步驟進(jìn)行教學(xué)。第一步，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，建立物理概念的“生長(zhǎng)點(diǎn)”。第二步，科學(xué)的思維加工，形成物理概念。第三步，聯(lián)系實(shí)際，積極運(yùn)用、鞏固、深化物理概念。其次，在課堂教學(xué)中，應(yīng)按照提出問(wèn)題-分析問(wèn)題-解決問(wèn)題的邏輯主線展開(kāi)教學(xué)內(nèi)容，做到提出疑問(wèn)以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，吸引學(xué)生注意力，分析疑問(wèn)以啟發(fā)學(xué)生積極思考，正確推理以培養(yǎng)學(xué)生思維的邏輯性與嚴(yán)密性，得出簡(jiǎn)練結(jié)論鍛煉學(xué)生善于抽象和概括的能力，并便于學(xué)生牢固記憶。

三、表象性思維障礙的排除。

對(duì)于問(wèn)題：“一個(gè)小球在光滑水平面上從a勻速運(yùn)動(dòng)到b，在b點(diǎn)小球收到一個(gè)來(lái)自同一水平面的瞬間垂直沖撞。”有相當(dāng)一部分學(xué)生認(rèn)為小球受到?jīng)_撞后的運(yùn)動(dòng)路線為拋物體，理由是可以把小球的運(yùn)動(dòng)當(dāng)作拋物體運(yùn)動(dòng)。這些學(xué)生雖然能夠呈現(xiàn)出兩個(gè)速度的表象，卻不能進(jìn)行分析綜合。

要排除這些障礙應(yīng)著重注意這樣幾個(gè)問(wèn)題。首先，物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)觀察和操作，獲得豐富的視覺(jué)想象、觸覺(jué)形象和其它感知形象，從而儲(chǔ)存豐富的表象。其次，物理概念不是具體個(gè)別實(shí)體的形象，也不是主觀的心理圖象，而是有別于一種物理現(xiàn)象獲一類(lèi)物理過(guò)程的一種現(xiàn)象或過(guò)程的理論和概括，是觀察試驗(yàn)與科學(xué)思維的產(chǎn)物，既具有鮮明的客觀性又具有強(qiáng)烈的主觀性；既具有高度的概括性又具有高度的抽象性。

四、直覺(jué)經(jīng)驗(yàn)性思維障礙的排除。

在解決問(wèn)題：“小球從靜止開(kāi)始，沿軌道傾斜直線-圓弧-傾斜直線運(yùn)動(dòng)，不計(jì)摩擦，標(biāo)出各位置加速度方向。”時(shí)學(xué)生認(rèn)為，小球被彈簧豎直彈上去的過(guò)程中，因速度逐漸減小，所以加速度也逐漸減小，小球到達(dá)最高處時(shí)速度為零，所以加速度也為零。這表明學(xué)生不能從受力與加速度的因果關(guān)系中尋找各運(yùn)動(dòng)階段加速度的統(tǒng)一特征， 而是將速度與加速度概念混淆在一起，企圖由并無(wú)必然因果關(guān)系的速度情況判斷加速度情況。

直覺(jué)經(jīng)驗(yàn)性障礙不同于我們常說(shuō)的直覺(jué)思維。直覺(jué)思維是以具有整體功能的知識(shí)組塊為思維材料而進(jìn)行的思維；指人腦不借助于邏輯推理而綜合運(yùn)用已有知識(shí)、表象和經(jīng)驗(yàn)知覺(jué)，以高度省略、簡(jiǎn)化、濃縮的方式洞察事物的物理實(shí)質(zhì)，并迅速作出猜測(cè)、設(shè)想或突然領(lǐng)悟的思維。

五、遷移性思維障礙的排出。

遷移作用是指先前一些問(wèn)題的解決對(duì)以后解決問(wèn)題的影響，主要表現(xiàn)在思維定勢(shì)。思維定勢(shì)就是人腦多次受到某種外來(lái)信號(hào)的刺激作用而形成的一種固定思維方法。在學(xué)習(xí)物理時(shí)，這種思維方式對(duì)人的大腦思維活動(dòng)有兩種作用：當(dāng)它對(duì)新認(rèn)知的對(duì)象產(chǎn)生正遷移時(shí)，即人們把自己頭腦中的已有的思維模式恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)用到新的物理情況中去，用于學(xué)習(xí)和理解新的物理知識(shí)，解決新的物理問(wèn)題，它的作用是積極的；但當(dāng)它對(duì)新認(rèn)知對(duì)象產(chǎn)生負(fù)遷移時(shí)，人們把自己頭腦中已有的、習(xí)慣的思維方式不恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)用到新的物理問(wèn)題中去，它的作用是干擾的、消極的。排除遷移性思維障礙的主要途徑是促進(jìn)正遷移，抑制負(fù)遷移。在教學(xué)中應(yīng)做到：1、在講授知識(shí)時(shí)，講清物理概念、規(guī)律，使學(xué)生掌握完整的基礎(chǔ)知識(shí)。2、傳授方法時(shí)，注意講明方法的使用條件，防止學(xué)生將相對(duì)真理和局部經(jīng)驗(yàn)絕對(duì)化。3、引導(dǎo)學(xué)生在解決問(wèn)題時(shí)，從正向、倒向、反向去思維，善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題中新的因素、新的關(guān)系，采用新的方法。4、注意培養(yǎng)學(xué)生分析比較能力，不同事物重在比同，相似的事物重在比異，促進(jìn)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的正遷移、抑制負(fù)遷移。