物理師范生科學(xué)思維習(xí)慣的現(xiàn)狀調(diào)查

雷靖嫻 顧國(guó)鋒

(廣西師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 廣西 桂林 541004)

在智力結(jié)構(gòu)的諸多要素中，思維居核心位置.人們從認(rèn)識(shí)客觀世界到改造客觀世界，思維承擔(dān)著不可替代的作用.因此，在教育改革持續(xù)推進(jìn)的今天，對(duì)思維的要求逐步滲透在基礎(chǔ)教育的課程標(biāo)準(zhǔn)中,我國(guó)新修訂的2017版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》提出“引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過(guò)程，體會(huì)科學(xué)研究方法，養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力”[1].

這在一定程度上反映了課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生物理科學(xué)思維習(xí)慣的要求,物理教師是課程實(shí)施的主體，在落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的過(guò)程中扮演著重要角色，其本身的思維習(xí)慣規(guī)約著教學(xué)觀念和行為，同時(shí)也將潛移默化地影響著下一代.物理師范生作為物理教師的后備人才，對(duì)其物理科學(xué)思維習(xí)慣進(jìn)行研究與討論，有助于正確制定師范生培養(yǎng)策略，以符合新時(shí)代教師的培養(yǎng)要求.鑒于此，本文通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查法結(jié)合訪談法，對(duì)物理師范生在解決具體物理問(wèn)題時(shí)的思維習(xí)慣進(jìn)行較深入研究，以期探悉其中所存在的問(wèn)題，反映和預(yù)測(cè)其教學(xué)實(shí)踐的發(fā)展態(tài)勢(shì)，進(jìn)而更具有針對(duì)性地推動(dòng)物理師范生的教育改革.

1 物理科學(xué)思維習(xí)慣的概念界定

物理科學(xué)思維是從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)方式；是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)構(gòu)建物理模型的抽象概括過(guò)程；是分析綜合、推理論證等方法在科學(xué)領(lǐng)域的具體應(yīng)用；是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，進(jìn)行檢驗(yàn)和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見(jiàn)解的能力和品格[1].思維習(xí)慣也稱思維傳統(tǒng)，是指人們?cè)谝欢v史條件下，在長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)、工作和生活實(shí)踐過(guò)程中所形成的相對(duì)穩(wěn)定的、有較大影響的思維模式[2].

學(xué)生在解決物理問(wèn)題的過(guò)程中是需要依據(jù)科學(xué)的步驟解題的，因此，把物理科學(xué)思維習(xí)慣定義為：學(xué)生在解決物理問(wèn)題的過(guò)程中，形成的穩(wěn)定的、科學(xué)的思維步驟.例如，在求解物體行駛的速度時(shí)，我們自然而然地在頭腦中出現(xiàn)物體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，物體運(yùn)動(dòng)得快，我們就會(huì)想到物體的速度較大，反之，物體運(yùn)動(dòng)得慢，我們就會(huì)想到物體的速度會(huì)比較小.這涉及到具體形象思維，我們會(huì)通過(guò)構(gòu)想模型從而將物理問(wèn)題直觀化,學(xué)生在解決理科問(wèn)題時(shí)，把學(xué)習(xí)到的科學(xué)概念和原理與已有經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái)，從而進(jìn)一步理解和分析，這就涉及了抽象邏輯思維.我們?cè)谂袛嗨俣冗@個(gè)概念時(shí)，會(huì)認(rèn)為一般飛機(jī)的速度比汽車的速度要大，在遇到電學(xué)問(wèn)題時(shí)，會(huì)默認(rèn)家庭用電器的額定電壓是220 V，分析物體在地球上的受力情況時(shí)，會(huì)使用“一重二彈三摩擦”的順序去進(jìn)行受力分析，這就涉及到了經(jīng)驗(yàn)思維,這些思維習(xí)慣都可以認(rèn)為是科學(xué)思維的良好體現(xiàn).

2 研究設(shè)計(jì)與實(shí)施

本文對(duì)廣西某師范類院校208名物理學(xué)專業(yè)師范生的科學(xué)思維習(xí)慣進(jìn)行了調(diào)查研究.因物理科學(xué)思維習(xí)慣是一個(gè)涉及多個(gè)物理思維層面的復(fù)雜問(wèn)題，本文主要采用質(zhì)性研究的方式.本研究通過(guò)文本分析，對(duì)田世昆《物理思維論》一文進(jìn)行分析、歸納和比較[3]，提取關(guān)于物理思維具有的特性，對(duì)相關(guān)的論述進(jìn)行總結(jié)，為訪談提供理論依據(jù)，以保證訪談具有一定的科學(xué)性.題目選取了學(xué)生在高中階段常常做錯(cuò)、做不全面的涉及多種思維方法和過(guò)程分析的物理問(wèn)題,基于質(zhì)性研究的結(jié)果，擬定相契合的問(wèn)卷，以期達(dá)到深度了解的目的，輔助質(zhì)性研究進(jìn)行整體分析.在問(wèn)卷調(diào)查過(guò)程中，讓學(xué)生也對(duì)自己的物理學(xué)習(xí)進(jìn)行了一定程度上的回憶與反思.研究實(shí)施路徑如圖1所示.

3 研究結(jié)果與討論

3.1 學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中的思考情況與習(xí)慣

【題1】如圖2所示，長(zhǎng)為3L的輕桿可繞光滑水平轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動(dòng)，在桿兩端分別固定質(zhì)量均為m的球A和球B，球A距軸O的距離為L(zhǎng).現(xiàn)給系統(tǒng)一定能量，使得桿和球在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)球B運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，水平轉(zhuǎn)軸對(duì)桿的作用力恰好為零，忽略空氣阻力，則球B在最高點(diǎn)時(shí)，球A和球B的速度分別為多少？桿對(duì)球B的彈力方向是什么？

圖2 題1題圖

【題2】質(zhì)量為m1=0.2 kg的小物塊A，沿水平面與小物塊B發(fā)生正碰，小物塊B的質(zhì)量m2=1 kg,碰撞前，A的速度大小為v0=3 m/s，B靜止在水平面上,兩物塊的材料未知，已知A，B與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ=0.2，試求碰后B在水平面上滑行的時(shí)間.

題1和題2的典型代表解答如圖3所示.

1.家長(zhǎng)助教可以拓展課堂教學(xué)內(nèi)容和有效補(bǔ)充教師專業(yè)知識(shí)的不足。家長(zhǎng)資源是幼兒園不可或缺的可利用資源，家長(zhǎng)利用自身資源將其專業(yè)知識(shí)、工作經(jīng)驗(yàn)和社會(huì)經(jīng)驗(yàn)帶入課堂中，不僅可以幫助幼兒園和教師完善人力資源、物質(zhì)資源、信息資源等方面的不足，還可以拓展課堂教學(xué)內(nèi)容，豐富幼兒相關(guān)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。如，在開(kāi)展體育活動(dòng)中，體育教師一個(gè)人的精力有限，無(wú)法組織幼兒完成大型體育活動(dòng)游戲，而有了家長(zhǎng)的參與和幫助，教師便可以更好地帶領(lǐng)大家共同完成內(nèi)容豐富的體育活動(dòng)；另外，對(duì)于專業(yè)性較強(qiáng)的特色課程內(nèi)容，家長(zhǎng)助教也可以補(bǔ)充教師專業(yè)知識(shí)的不足。

題1 典型代表解答案例受訪者甲:受訪者乙:題2 典型代表解答案例受訪者丙:受訪者丁:

結(jié)合問(wèn)卷調(diào)查，從而進(jìn)一步得到學(xué)生如何思考問(wèn)題，是獨(dú)立思考還是不加思考就直接放棄的人數(shù)比例.統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4所示，從圖中可知，4.33%的學(xué)生在遇到物理難題時(shí)，不會(huì)進(jìn)行思考直接放棄作答，說(shuō)明仍有一定數(shù)量的學(xué)生存在畏難心理.“查閱輔導(dǎo)書(shū)”“尋求老師幫助”“與同學(xué)討論”，這3個(gè)選項(xiàng)說(shuō)明了66.83%的學(xué)生在遇到物理難題時(shí)會(huì)依靠外界幫助，只有26.92%的學(xué)生選擇“獨(dú)立思考解決”.

圖4 師范生解決物理問(wèn)題情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3.2 學(xué)生解決物理問(wèn)題時(shí)存在的思維習(xí)慣的現(xiàn)狀

【題3】有3種說(shuō)法： 當(dāng)質(zhì)點(diǎn)沿圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，

(1)質(zhì)點(diǎn)所受指向圓心的力即向心力.

(2)維持質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的力即向心力.

這3種說(shuō)法是否確切,你如何認(rèn)為呢？

圖5 題4題圖

選用題4作為訪談?lì)}目，目的在于調(diào)查學(xué)生物理思維的靈活性，進(jìn)一步研究學(xué)生對(duì)于思維定勢(shì)的情況.不同于物體的靜態(tài)受力分析，這個(gè)題目的物理模型處于運(yùn)動(dòng)中，且桿為剛性彎折桿，因此不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為桿對(duì)球的力沿著桿的方向.通過(guò)訪談發(fā)現(xiàn)，有的學(xué)生會(huì)認(rèn)為桿對(duì)小球的作用力沿著桿的方向，直接把桿對(duì)小球的作用力進(jìn)行正交分解.這是因?yàn)閷W(xué)生在處理輕繩模型的時(shí)候會(huì)使用力的方向沿著繩子的方向這一結(jié)論，這類問(wèn)題處理多了，便導(dǎo)致了思維定勢(shì)，在處理相似的輕桿模型時(shí)，就會(huì)對(duì)知識(shí)進(jìn)行負(fù)遷移，想當(dāng)然地認(rèn)為此時(shí)桿對(duì)小球的作用力沿著桿.就訪談內(nèi)容上看，有的師范生并沒(méi)有意識(shí)到小車具有的加速度對(duì)球的影響，而將球作為靜止的狀態(tài)進(jìn)行受力分析，形成不了物理問(wèn)題的動(dòng)態(tài)圖景也是導(dǎo)致回答錯(cuò)誤的原因之一.

為了調(diào)查師范生在解決物理問(wèn)題的過(guò)程中，是否會(huì)因?yàn)榫哂邢嗤奈锢硭季S習(xí)慣而在同一個(gè)問(wèn)題上犯相同的錯(cuò)誤.根據(jù)物理思維品質(zhì)的調(diào)研，本問(wèn)卷設(shè)置了如表1所示的題目，調(diào)查學(xué)生對(duì)于以下物理思維習(xí)慣所具有的“共性”情況,統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下:

表1 物理思維習(xí)慣調(diào)查數(shù)據(jù)匯總表

3.3 學(xué)生對(duì)物理思維習(xí)慣的重視程度

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果所示，物理思維習(xí)慣在物理師范生學(xué)習(xí)中，占有一定的重要地位,而在物理思維習(xí)慣是否會(huì)影響解題效率這個(gè)問(wèn)題上， 97.6%的學(xué)生則認(rèn)為物理思維習(xí)慣會(huì)影響物理問(wèn)題的解題效率,解決物理問(wèn)題的效率是物理思維靈活性的體現(xiàn)，而97.6%的學(xué)生都認(rèn)為物理思維習(xí)慣與物理思維的靈活性有關(guān),這說(shuō)明了良好的物理思維習(xí)慣會(huì)讓學(xué)生解決問(wèn)題的速度更快，更高效.

4 研究總結(jié)與展望

通過(guò)具體的物理情景，進(jìn)行較深入的訪談后發(fā)現(xiàn)，在完成相應(yīng)習(xí)題時(shí)，物理科學(xué)思維習(xí)慣有利于學(xué)生分析計(jì)算題的題干，找到隱藏的條件，并運(yùn)用相應(yīng)的物理思維方法，多個(gè)角度分析物理過(guò)程.物理科學(xué)思維習(xí)慣的養(yǎng)成前提條件在于主動(dòng)、獨(dú)立、積極地思考物理問(wèn)題,獨(dú)立思考解決物理問(wèn)題是物理學(xué)習(xí)的關(guān)鍵.教材中的定理和公式的推導(dǎo)過(guò)程是可以輔助學(xué)生理解物理知識(shí)，學(xué)生常常誤以為讀一遍教材，推導(dǎo)一遍物理相關(guān)公式就能把物理知識(shí)掌握下來(lái)了，這是因?yàn)榻谘矍暗拇鸢缸屗麄儺a(chǎn)生了能力錯(cuò)覺(jué)，但是根本就沒(méi)有通過(guò)思考，談不上形成思維習(xí)慣.從調(diào)查的結(jié)果上看，學(xué)生獨(dú)立思考的情況是不理想的,因此,培養(yǎng)學(xué)生物理科學(xué)思維習(xí)慣的首要任務(wù)在于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題的能力.

師范生要明確物理科學(xué)思維習(xí)慣的重要性,可以結(jié)合具體物理實(shí)際情景，深入思考物理規(guī)律，加深對(duì)物理知識(shí)的理解，促進(jìn)物理思維的發(fā)展，形成科學(xué)的思維習(xí)慣.可以就物理問(wèn)題與老師、同學(xué)進(jìn)行討論，從多個(gè)角度思考問(wèn)題，而不只是從自己最熟悉、最直觀的角度出發(fā)，單一、片面地思考問(wèn)題，從而克服自己的思維定勢(shì).

總的來(lái)說(shuō)，物理科學(xué)思維習(xí)慣對(duì)物理學(xué)習(xí)的影響是顯而易見(jiàn)的，這一研究的起點(diǎn)較為新穎，期待能夠有更多的學(xué)者去研究學(xué)生存在的物理思維習(xí)慣，研究其是否科學(xué)合理，找到不良思維習(xí)慣形成的原因，進(jìn)而再提出培養(yǎng)良好學(xué)習(xí)思維習(xí)慣的措施和方法，并落實(shí)在課堂教學(xué)和課外學(xué)習(xí)活動(dòng)中.通過(guò)師生的共同努力，一定會(huì)收到良好的成效，以求幫助更多的學(xué)生學(xué)好物理課程.