物理學(xué)習(xí)中思維定勢(shì)負(fù)效應(yīng)的成因與對(duì)策

(江蘇省天一中學(xué)，江蘇 無錫 214101)

1 問題的提出

常在辦公室聽到這樣的抱怨：這類題目我講過多少遍了，學(xué)生還是做錯(cuò)，真不知現(xiàn)在的學(xué)生怎么學(xué)物理的！也經(jīng)常會(huì)有學(xué)生委屈地跑到辦公室說：老師，您上課我都聽得懂，但一做題就莫名其妙地不斷出錯(cuò)，我該怎么辦？很多時(shí)候，我們幫學(xué)生分析原因時(shí)，常常簡(jiǎn)單地將其歸因?yàn)樯险n不認(rèn)真聽講，審題不清，粗心大意。實(shí)際上，造成這一現(xiàn)象的主要原因是學(xué)生思維定勢(shì)的負(fù)遷移作用。

教育心理學(xué)認(rèn)為：在每個(gè)人認(rèn)知新事物的過程中，都會(huì)存在著思維定勢(shì)與遷移，它是一種普遍的心理現(xiàn)象。所謂思維定勢(shì)，就是一種慣性思維，用自己熟悉的思維方式去分析解決問題。思維定勢(shì)有其積極的一面，但許多事例也表明，思維定勢(shì)也有其消極的一面，它會(huì)使人養(yǎng)成一種思維惰性，墨守成規(guī)，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)極為不利。正如貝爾納所說：“妨礙人們學(xué)習(xí)的最大障礙，并不是未知的東西，而是已知的東西”。因此，在物理教學(xué)中，研究學(xué)生學(xué)習(xí)物理中思維定勢(shì)負(fù)效應(yīng)的成因和應(yīng)對(duì)策略就顯得尤為迫切。

2 高中物理學(xué)習(xí)中思維定勢(shì)負(fù)效應(yīng)的成因分析

2.1 錯(cuò)誤前概念的影響

前概念是指學(xué)生在沒有接受正式的物理學(xué)教育前，在長(zhǎng)期的生活經(jīng)驗(yàn)中形成的自發(fā)概念。由于這些前概念是學(xué)生在系統(tǒng)學(xué)習(xí)物理知識(shí)前，通過自己的觀察、體驗(yàn)和思考對(duì)各種物理現(xiàn)象與物理過程的理解和認(rèn)識(shí)，因此不可避免地存在片面性，甚至產(chǎn)生一些錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。這些錯(cuò)誤前概念具有頑固、隱蔽的特點(diǎn)，是導(dǎo)致學(xué)生思維定勢(shì)負(fù)效應(yīng)產(chǎn)生的原因之一，嚴(yán)重影響學(xué)生科學(xué)概念的正確建構(gòu)。

例1:神舟十一號(hào)載人飛船于2016年10月17日7時(shí)30分發(fā)射。在科技人員精準(zhǔn)控制下，神舟十一號(hào)載人飛船經(jīng)過多次變軌，于19日凌晨與天宮二號(hào)對(duì)接環(huán)接觸，在按程序順利完成一系列技術(shù)動(dòng)作后，對(duì)接成功，下列說法中正確的是( )。

A． 若神舟十一號(hào)和天宮二號(hào)處于同一個(gè)軌道高度時(shí)，神舟十一號(hào)加速就能與天宮二號(hào)對(duì)接成功

B． 神舟十一號(hào)應(yīng)從低軌道上加速，才能與天宮二號(hào)對(duì)接成功

C． 神舟十一號(hào)經(jīng)多次變軌，從低軌道到高軌道過程中機(jī)械能不變

D． 天宮二號(hào)運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間后，由于受稀薄大氣阻力的作用，軌道高度會(huì)降低

2.2 生搬硬套公式

愛因斯坦曾說：“要通過最少個(gè)數(shù)的原始概念和原始關(guān)系的使用來達(dá)到科學(xué)的目的。”物理公式是物理學(xué)家用簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)語(yǔ)言對(duì)物理規(guī)律進(jìn)行的高度概括，具有豐富的內(nèi)涵與外延。然而很多學(xué)生只注重背定義、記公式、做習(xí)題，而忽視了對(duì)物理概念和規(guī)律的理解，其結(jié)果是當(dāng)遇到形似神不似的題目時(shí)，依舊生搬硬套物理公式，造成因張冠李戴而引起的思維定勢(shì)負(fù)效應(yīng)。

例2:某衛(wèi)星沿橢圓軌道繞地球運(yùn)行，近地點(diǎn)離地球中心的距離為a，遠(yuǎn)地點(diǎn)離地球中心的距離為b，若衛(wèi)星在近地點(diǎn)的速率為va，則衛(wèi)星在遠(yuǎn)地點(diǎn)的速率vb是多少？

2.3 解題模式定勢(shì)

學(xué)生思維能力的培養(yǎng)需要經(jīng)反復(fù)訓(xùn)練、多次實(shí)踐方能達(dá)成。教師為了讓學(xué)生理解、掌握和消化某個(gè)知識(shí)點(diǎn)，經(jīng)常會(huì)總結(jié)一些典型例題的解題思路以及技巧，課后還會(huì)布置相當(dāng)數(shù)量的同類型習(xí)題強(qiáng)化訓(xùn)練。應(yīng)該說，這樣的訓(xùn)練模式可以節(jié)省學(xué)生思考問題的時(shí)間，提高解決問題的效率。但是，在強(qiáng)化學(xué)生某種思維能力的同時(shí)，也可能產(chǎn)生了此方面的思維定勢(shì)，導(dǎo)致學(xué)生思維單一化，缺少變通性。

例3:如圖1所示，固定于水平面上的金屬CDEF架處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬棒MN沿框架以速度v向右做勻速運(yùn)動(dòng)。t=0時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，此時(shí)MN到達(dá)的位置使MDEN構(gòu)成一個(gè)邊長(zhǎng)l的正方形。為使MN棒中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，從t=0開始，磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)怎樣隨時(shí)間t變化？

圖1

3 高中物理學(xué)習(xí)中思維定勢(shì)負(fù)效應(yīng)的教學(xué)對(duì)策

3.1 運(yùn)用實(shí)驗(yàn)引發(fā)認(rèn)知沖突，消除錯(cuò)誤前概念的影響

皮亞杰提出：物理概念=感知材料+邏輯數(shù)理結(jié)構(gòu)。物理學(xué)概念是人腦對(duì)客觀事物的反映，將生活生產(chǎn)中的感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，具有很強(qiáng)的抽象性和邏輯性。在物理概念建立的過程中教師要了解學(xué)生的錯(cuò)誤前概念，有針對(duì)性創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境，使之能具體形象地展示物理概念形成和發(fā)展的過程，激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，使學(xué)生“驚之以心，動(dòng)之以情，發(fā)之以問，曉之以理”，最終建構(gòu)正確的物理概念。

案例一：自由落體運(yùn)動(dòng)

實(shí)驗(yàn)1：將一塊金屬片與一張紙片同時(shí)從同一高度由靜止釋放。

實(shí)驗(yàn)2：取兩張完全相同的紙片，一張揉成團(tuán)，同時(shí)將它們從同一高度由靜止釋放。

實(shí)驗(yàn)3：取兩張不同大小的紙片，將小紙片揉成團(tuán)，同時(shí)將它們從同一高度由靜止釋放。

實(shí)驗(yàn)4：將金屬片、紙片放入抽成真空的牛頓管中，同時(shí)從同一高度由靜止釋放。

“不憤不啟，不悱不發(fā)”，教師在概念教學(xué)中可以創(chuàng)設(shè)能激起學(xué)生認(rèn)知沖突的實(shí)驗(yàn)情境，使學(xué)生進(jìn)入“心求通而未得，口欲言而未能”的狀態(tài)，激起學(xué)生對(duì)前概念的懷疑，為科學(xué)概念進(jìn)入學(xué)生頭腦掃清障礙。實(shí)驗(yàn)1中金屬片先落地，貌似佐證了學(xué)生的前概念；實(shí)驗(yàn)2中紙團(tuán)先落地，與學(xué)生的前概念產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，引發(fā)學(xué)生對(duì)前概念的懷疑；實(shí)驗(yàn)3中小紙團(tuán)反而先落地，再次激起學(xué)生對(duì)前概念的懷疑，產(chǎn)生解決問題的欲望，討論后明白：原來是空氣阻力的影響；實(shí)驗(yàn)4中進(jìn)一步驗(yàn)證現(xiàn)象背后的物理原理，學(xué)生的科學(xué)概念順利建立?？梢姡瑢?shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能夠幫助學(xué)生消除錯(cuò)誤前概念的影響，形成科學(xué)的物理概念，而且能幫助學(xué)生樹立“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的科學(xué)信念。

3.2 運(yùn)用變式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維

布魯納認(rèn)為：學(xué)生在其中經(jīng)歷某件事情越是多樣，就越有可能把該事情與其他事件聯(lián)系起來，多種多樣的訓(xùn)練，有助于增加事物之間的共同之處，指出每一事物的獨(dú)特之處。變式教學(xué)就是通過不斷變更問題的情境或改變思維的角度，讓學(xué)生深刻理解物理事物的本質(zhì)屬性，明確物理規(guī)律的適用范圍和條件，防止學(xué)生因思維定勢(shì)產(chǎn)生片面理解或思維誤區(qū)，逐步培養(yǎng)學(xué)生靈活多變的思維品質(zhì)。

案例二：電源輸出功率的最大值

（1）讀讀詞語(yǔ)，校正字形。（相機(jī)指導(dǎo)掏、欠、縷、幽等生字的寫法，并再臨寫1遍。掏：橫折鉤往下寫。欠：橫構(gòu)寫短，撇有風(fēng)，捺有腳?？|：米字最后一筆是小捺。幽：上寬下窄。）

例4：如圖2所示，已知電源電動(dòng)勢(shì)為6V，內(nèi)阻為1Ω，保護(hù)電阻R0=0.5Ω，求：電阻箱R讀數(shù)為多少時(shí)，電源有最大輸出功率？最大值為多少？

圖2

變式1：電阻箱R讀數(shù)為多少時(shí)，保護(hù)電阻R0消耗的電功率最大？最大值為多少？。

變式2：電阻箱R讀數(shù)為多少時(shí)，電阻箱R消耗的功率PR最大？最大值為多少？

變式3：若電阻箱R的最大值為3Ω，R0=5Ω，求：當(dāng)電阻箱R讀數(shù)為多少時(shí)，電阻箱R的功率最大？并求這個(gè)最大值。

圖3

變式4：如圖3所示，電源電動(dòng)勢(shì)E=2V，內(nèi)阻r=1Ω，電阻R0=2Ω，可變電阻的阻值范圍為0～10Ω。求可變電阻為多大時(shí)，R上消耗的功率最大？最大值為多少？

3.3 運(yùn)用討論式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維

布魯納認(rèn)為：知識(shí)的獲得是一個(gè)主動(dòng)的過程，學(xué)生并不是信息的被動(dòng)接受者，而應(yīng)該是知識(shí)獲得過程的主動(dòng)參與者。教師在課堂上可以創(chuàng)設(shè)輕松和諧的教學(xué)環(huán)境，給學(xué)生暢所欲言的機(jī)會(huì)和充足的思考時(shí)間，精心設(shè)計(jì)問題，組織學(xué)生進(jìn)行討論，讓學(xué)生始終處于“問題—思考—探索—解答”的積極狀態(tài)，使他們?cè)谟懻摻涣髦挟a(chǎn)生思維碰撞的火花，突破個(gè)人認(rèn)知結(jié)構(gòu)的局限性，化解思維定勢(shì)的負(fù)效應(yīng)。

案例三：探究加速度a與外力F、質(zhì)量M的關(guān)系

問題1：你認(rèn)為加速度a與外力F、質(zhì)量M存在怎樣的定量關(guān)系？怎樣研究？

問題2：怎樣測(cè)量小車的加速度a？

問題3：怎樣提供并測(cè)量小車所受的恒力？

問題4：小車所受的合外力就是繩子對(duì)小車的拉力F嗎？

問題5：如何減小摩擦力的影響？

問題6：怎樣判斷小車所受的摩擦力已被平衡了？

與傳統(tǒng)的授課模式相比，討論式教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)在于體現(xiàn)了“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的課程理念，課堂探究氛圍濃厚，學(xué)生參與熱情高，思維積極主動(dòng)。筆者精心設(shè)計(jì)了上述問題串，學(xué)生在寬松的氛圍中各抒己見，去偽存真，不僅加深了對(duì)知識(shí)的理解，更在潛移默化中培養(yǎng)了科學(xué)思維能力。通過對(duì)問題1的討論，讓學(xué)生重溫科學(xué)探究的一般方法；通過對(duì)問題2的討論，集思廣益，得出紙帶分析法、對(duì)比分析法、光電門計(jì)時(shí)法等，培養(yǎng)了學(xué)生的發(fā)散性思維；通過對(duì)問題4的討論，總結(jié)出用通過定滑輪所掛重物的重力替代繩子拉力的合理性及其條件；通過對(duì)問題5、6的探討，糾正學(xué)生把繩子拉力和合外力F相混淆的模糊認(rèn)識(shí)，探索出利用重力的分力平衡摩擦力的方法，使學(xué)生的思維在合作中得到發(fā)展，在辯論中得到真知。

總之，思維定勢(shì)是客觀存在的，學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中出現(xiàn)思維定勢(shì)的負(fù)效應(yīng)是一種常見而又不可避免的現(xiàn)象。教師應(yīng)該認(rèn)真分析思維定勢(shì)負(fù)效應(yīng)的成因，想方設(shè)法幫助學(xué)生破除思維定勢(shì)的消極影響，真正讓學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)，理解物理的真諦。