物理學(xué)習(xí)過程中思維定勢形成的因緣粗探

田亞洲

(河北保定一中 河北 保定 071000)

思維定勢(Thinking Set)，也稱“慣性思維” ，是由先前的活動(dòng)而造成的一種對(duì)活動(dòng)的特殊的心理準(zhǔn)備狀態(tài)，或活動(dòng)的傾向性.在環(huán)境不變的條件下，定勢使人能夠應(yīng)用已掌握的方法迅速解決問題.而在情境發(fā)生變化時(shí)，它則會(huì)妨礙人采用新的方法.消極的思維定勢是束縛創(chuàng)造性思維的枷鎖.

學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的過程中，由于個(gè)別教師在課堂教學(xué)中重結(jié)論輕過程，重講解演示輕學(xué)生主動(dòng)參與和構(gòu)建，再加上學(xué)生長期低效重復(fù)的作業(yè)，使得學(xué)生在解決物理問題時(shí)形成思維定勢.這種情況對(duì)于具有中等學(xué)力的學(xué)生來說，影響尤為突出.

下面筆者根據(jù)自己在教學(xué)過程中遇到的幾個(gè)問題來談?wù)勊季S定勢的問題.

1 理想模型的構(gòu)建理解不透徹導(dǎo)致的思維定勢

理想變壓器模型，忽略磁損、鐵損和銅損.沒有磁損，根據(jù)互感原理才有電壓比等于匝數(shù)比.忽略鐵損和銅損，能量在轉(zhuǎn)換和傳遞過程中才沒有損失，所以輸入功率才等于輸出功率.在實(shí)際變壓器的生產(chǎn)制造過程中會(huì)通過材料及其構(gòu)造來盡量減少這些損失，比如用閉合鐵芯、硅鋼材料制作等等.教師在教學(xué)過程中往往忽視理想變壓器結(jié)構(gòu)和原理教學(xué)，重視結(jié)論在解題中的應(yīng)用，加上日常訓(xùn)練的習(xí)題中學(xué)生遇到的大多是理想變壓器，從而使學(xué)生對(duì)“理想變壓器”形成思維定勢.例如2011年高考浙江物理第3題，當(dāng)年這個(gè)題正答率很低，成為大難度試題.

【例1】(2011年高考浙江卷)如圖1所示，在鐵芯上、下分別繞有匝數(shù)n1=800匝和n2=200匝的兩個(gè)線圈，上線圈兩端與u=51sin 314tV的交流電源相連，將下線圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的讀數(shù)可能是( )

A.2.0 V B.9.0 V

C.12.7 V D.144.0 V

圖1 例1題圖

從此題的情境敘述來看，該變壓器很明顯不是理想變壓器，鐵芯不閉合，而且題目通過設(shè)問“讀數(shù)可能”來提醒學(xué)生注意模型的構(gòu)建，如果是理想模型，則只能有一種結(jié)果，何來“可能”之說？

2 對(duì)于物理結(jié)論的條件理解不透徹導(dǎo)致的思維定勢

電學(xué)實(shí)驗(yàn)中用滑動(dòng)變阻器來控制電路得到多組數(shù)據(jù)，電路有兩種：一是分壓電路，二是限流電路.“分壓電路的滑動(dòng)變阻器總電阻一般比較小，在調(diào)節(jié)時(shí)線性好，而且電壓的調(diào)節(jié)范圍最大”，這是我們?cè)诮虒W(xué)過程中經(jīng)常強(qiáng)調(diào)的結(jié)論，在實(shí)驗(yàn)練習(xí)題中大多也是這樣來選擇.但是在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中或者考試題目中，選擇滑動(dòng)變阻器還要考慮多方面的因素，比如滑動(dòng)變阻器的額定電流，實(shí)驗(yàn)電路有其他特殊要求等等，從實(shí)驗(yàn)安全和操作上都會(huì)有不同的選擇.例如2007年高考江蘇物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)試題.

【例2】(2007年高考江蘇卷)要描繪某電學(xué)元件(最大電流不超過6 mA，最大電壓不超過7 V)的伏安特性曲線，設(shè)計(jì)電路如圖2所示，圖中定值電阻R為1 kΩ，用于限流；電流表量程為10 mA，內(nèi)阻約為5 Ω；電壓表(未畫出)量程為10 V，內(nèi)阻約為10 kΩ；電源電動(dòng)勢E為12 V，內(nèi)阻不計(jì).

實(shí)驗(yàn)時(shí)有兩個(gè)滑動(dòng)變阻器可供選擇：

a.阻值零到200 Ω，額定電流0.3 A

b.阻值零到20 Ω，額定電流0.5 A

本實(shí)驗(yàn)應(yīng)選的滑動(dòng)變阻器是______(填“a”或“b”).

圖2 例2題圖

此題給出的實(shí)驗(yàn)電路，其控制部分為分壓電路，學(xué)生的思維定勢是選擇小電阻滑動(dòng)變阻器，對(duì)給出的滑動(dòng)變阻器的額定電流視而不見，從而導(dǎo)致做錯(cuò)題目.

電學(xué)實(shí)驗(yàn)“測電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻”，教材上有兩種測量電路，如圖3所示.

圖3 測電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的兩種電路

根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，分析誤差得到結(jié)論：用甲圖測量時(shí)，電動(dòng)勢測量值等于真實(shí)值，內(nèi)阻的測量值偏大；用乙圖測量時(shí)，電動(dòng)勢和內(nèi)阻的測量值都偏小.

所以，通過課堂教學(xué)，最后教師強(qiáng)調(diào)：由于干電池的內(nèi)阻很小，用甲圖測量，內(nèi)阻的測量相對(duì)誤差太大，而用乙圖測量，雖然電動(dòng)勢和內(nèi)阻的測量都有誤差，但都跟真實(shí)值比較接近，所以我們選擇乙圖來測量一節(jié)干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻.于是在分組實(shí)驗(yàn)中學(xué)生采用乙圖做實(shí)驗(yàn)，很多實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練題也是這樣，學(xué)生的思維定勢逐漸形成.

但考題對(duì)本部分內(nèi)容考查時(shí)，電源不一定就是一節(jié)干電池，也不一定電動(dòng)勢和內(nèi)阻的測量同時(shí)考查.那么當(dāng)題目條件發(fā)生變化時(shí)，學(xué)生的思維定勢就會(huì)帶來錯(cuò)誤的結(jié)論.

【例3】某同學(xué)用伏安法測一節(jié)干電池的電動(dòng)勢，現(xiàn)備有下列器材：

A.被測干電池一節(jié)

B.電流表：量程0～0.6 A，內(nèi)阻rA=0.3 Ω

C.電壓表：量程0～3 V，內(nèi)阻未知

D.電壓表：量程0～15 V，內(nèi)阻未知

E.滑動(dòng)變阻器：0～10 Ω，2 A

F.滑動(dòng)變阻器：0～100 Ω，1 A

G.開關(guān)、導(dǎo)線若干

在現(xiàn)有器材的條件下，要盡可能準(zhǔn)確地測量電池的電動(dòng)勢.實(shí)驗(yàn)電路圖應(yīng)選擇圖3中的______(填“甲”或“乙”).

此題要求測量一節(jié)干電池的電動(dòng)勢，不需要測量內(nèi)阻，選擇乙圖測量電動(dòng)勢有系統(tǒng)誤差，而甲圖測量不會(huì)有系統(tǒng)誤差.可是學(xué)生依然選擇乙圖，這就是思維定勢的危害.

【例4】測量“水果電池”的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中，將一銅片和一鋅片分別插入同一只蘋果內(nèi)，就構(gòu)成了簡單的“水果電池”，其電動(dòng)勢約為1.5 V，可是這種電池并不能點(diǎn)亮額定電壓為1.5 V，額定電流為0.3 A的手電筒上的小燈泡,原因是流過小燈泡的電流太小了，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定電流約為3 mA.現(xiàn)有下列器材：

待測“水果電池”；

滑動(dòng)變阻器R1：0～30 Ω；

滑動(dòng)變阻器R2：0～3 kΩ；

開關(guān)、導(dǎo)線等實(shí)驗(yàn)器材.

本實(shí)驗(yàn)選用圖3中的哪個(gè)實(shí)驗(yàn)原理圖？______.(填“甲”或“乙”)

此題測量的電池不再是干電池，而是水果電池，特點(diǎn)是內(nèi)阻很大，遠(yuǎn)大于電流表的內(nèi)阻.全面考慮測量的誤差來看，顯然甲圖更適合用來做本實(shí)驗(yàn).雖然用甲圖測量時(shí)內(nèi)阻的測量值還是偏大，但與真實(shí)值的相對(duì)誤差較小，而且電動(dòng)勢的測量沒有系統(tǒng)誤差.

學(xué)生物理學(xué)習(xí)過程中，需要適當(dāng)?shù)木毩?xí)，形成物理觀念和科學(xué)思維，甚至能夠熟悉科學(xué)探究的過程，形成科學(xué)態(tài)度和責(zé)任.但是過多的重復(fù)練習(xí)，重結(jié)論輕過程的教學(xué)方法，會(huì)使得學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)加重，把物理學(xué)習(xí)變成記憶物理公式和物理模型，套用解題模式等等，形成思維定勢.導(dǎo)致學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中，不注意物理情景的描述，審題粗糙，利用思維定勢錯(cuò)誤解決問題.

因此，我們?cè)谖锢斫虒W(xué)過程中要注重學(xué)生深度參與，幫助學(xué)生實(shí)事求是，打破思維定勢.搜集典型例題，把那些學(xué)生司空見慣的題目進(jìn)行深度挖掘，采用一題多解或一題多變(變換條件)的教學(xué)方法，讓學(xué)生親歷解題過程，在不斷犯錯(cuò)的過程中糾正他們的思維方式和做題習(xí)慣，破除思維定勢，讓學(xué)生真正明確解決實(shí)際問題必須要弄清物理情境，挖掘隱含條件，具體問題具體處理，靈活應(yīng)用物理學(xué)原理解決問題，而不是死記結(jié)論，不分條件亂套結(jié)論.