打破物理實(shí)驗(yàn)中的思維定勢

摘要：在深入開展素質(zhì)教育的今天，物理教學(xué)工作者越來越重視物理實(shí)驗(yàn)，它是物理教學(xué)的一種重要手段，使學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的一種基本方法和途徑，但物理實(shí)驗(yàn)自然也存在著好與壞的問題，運(yùn)用得好可以提高授課質(zhì)量和學(xué)生的物理思維能力、技能，運(yùn)用得不好也會產(chǎn)生一定的負(fù)面影響和思維定勢。本人經(jīng)過歸納分析總結(jié)，思維定勢表現(xiàn)在4個(gè)方面，并提出了在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中如何克服思維定勢，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性的具體方法，在今后的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中或許能起到拋磚引玉的作用。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué) 物理實(shí)驗(yàn) 思維能力 思維定勢

美國太空總署曾經(jīng)進(jìn)行了一次難題招標(biāo)，其內(nèi)容是設(shè)計(jì)一種超級太空筆，要求這種筆能在真空和失重狀態(tài)下使用，而且長時(shí)間不需用墨水，必要時(shí)可以倒著寫。于是許多專家和設(shè)計(jì)者都拿出了不少設(shè)計(jì)圖紙和實(shí)施方案，但那復(fù)雜的結(jié)構(gòu)無不使招標(biāo)委員會的人望筆興嘆。

一天，太空總署又收到了一個(gè)包裹，工作人員打開一看，不由全怔著了。好大一會兒才嘩然大笑，拍手稱妙。原來這包裹是一名小學(xué)生寄來的，里面裝著一只鉛筆，兩端已經(jīng)削尖，隨附的一張紙條上寫著：“何不試試鉛筆。”

對于這個(gè)事例，現(xiàn)在的共同解釋是：人們在分析和解決問題的時(shí)候，經(jīng)常會按某一種思維方式處理問題，不能開拓自己的思維能力，從而形成了一定的思維定勢，很大程度上束縛了人們的創(chuàng)造發(fā)明能力。可見，打破思維定勢，培養(yǎng)思維能力，對科研活動是多么重要。

筆者在物理教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，由于受傳統(tǒng)的應(yīng)試教育影響，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)學(xué)生頭腦中存在著各種思維定勢。有些學(xué)生在做物理實(shí)驗(yàn)時(shí)往往是先入為主，以偏概全。有些學(xué)生不能正確驗(yàn)證物理概念和規(guī)律，往往是死記硬背，似懂非懂，對物理實(shí)驗(yàn)停留在表面現(xiàn)象的認(rèn)識上，缺乏從本質(zhì)上作科研分析，缺乏一定的科學(xué)探索和研究能力。常見的物理實(shí)驗(yàn)上的思維定勢表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.受類似實(shí)驗(yàn)影響而形成的思維定勢

有些學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)中，受類似實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的影響，缺乏對具體問題的深入分析而形成的錯(cuò)誤認(rèn)識。

例如：把一木塊直立在小車上，使小車與木塊一起沿水平面運(yùn)動，當(dāng)小車遇到障礙物而突然停止，問木塊是否傾倒？如果會，傾倒的方向如何?試分析之。

有些學(xué)生回答會先前傾倒。理由是木塊與小車一起運(yùn)動，當(dāng)小車突然傾倒時(shí)，木塊上部因慣性仍在運(yùn)動，而下部因摩擦而靜止，所以向前傾倒。——這顯然是受類似初中慣性實(shí)驗(yàn)的影響。

有的學(xué)生回答不會傾倒。理由是：若小車底板光滑，小車與木塊無摩擦力，木塊上下兩端因慣性而一起向前勻速運(yùn)動，故不會傾倒。—— 這顯然是受高一另一類慣性實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表面光滑）的影響。

其實(shí)上述兩種觀點(diǎn)都有一定道理，但都只是表面認(rèn)識，沒有深入思考。由此可以看出，教學(xué)實(shí)驗(yàn)處理不好對學(xué)生的負(fù)面影響之大。其實(shí)木塊傾倒與不傾倒與木塊的幾何尺寸及木塊與小車之間的摩擦系數(shù)有關(guān)。正確分析如下：

可見，傾倒與不傾倒，與μ和木塊的幾何尺寸有關(guān)，不能一概而論。

2.因教學(xué)演示方法不當(dāng)而形成的思維定勢

阿基米德定律這樣表述：“浮力的大小等于物體排開液體的重量。”不過教師在做演示實(shí)驗(yàn)中，常把物體放在盛滿水的杯子中，把物體“排開”所溢出的水流入容器內(nèi)，稱其容器內(nèi)水重就是物塊所受浮力的大小。這就給人一種錯(cuò)覺，即“排出即流出”的錯(cuò)誤結(jié)論。

為了糾正這個(gè)錯(cuò)誤結(jié)論，現(xiàn)在設(shè)一個(gè)問題：“1N水最多能產(chǎn)生多大浮力？”若按“排出即流出”的結(jié)論則應(yīng)該是：“1N水最多能產(chǎn)生1N的浮力”，因?yàn)?N的水既是全部排出，也只能有1N。

我們可以做這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)來證明上述結(jié)論的錯(cuò)誤。

3.只注重實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象忽視了本質(zhì)而形成的思維定勢。

講到“沸騰”概念時(shí)做的實(shí)驗(yàn)是：取半杯水放在酒精燈上加熱，當(dāng)液面發(fā)生劇烈汽化時(shí)，這個(gè)過程就叫沸騰，于是給出“沸騰”的定義：給液體加熱，當(dāng)液體升到一定溫度時(shí)，液體內(nèi)部出現(xiàn)大量的氣泡，升到液面破裂，放出汽體，這是整個(gè)液面出現(xiàn)劇烈變化，這種現(xiàn)象叫沸騰。

如果向?qū)W生提出這樣一個(gè)問題：鍋里的水燒開后，舀入鋁勺里一些，放在燒開的水面，再繼續(xù)對鍋加熱，鍋里的水繼續(xù)沸騰，而勺里的水會沸騰嗎？

絕大部分學(xué)生都以為勺里的水會沸騰。實(shí)際上勺里的水是不會沸騰的。原因是①水即使燒到100℃也還要繼續(xù)吸收熱量（汽化熱）才能沸騰，鍋里的水就是不斷地吸收熱量而沸騰的。②水在沸騰時(shí)溫度不會再升高，鍋里和勺里的水溫相同（100℃），它們之間沒有熱傳遞，因此勺里的水不會沸騰。

4.在物理實(shí)驗(yàn)中受日常生活的影響而形成的思維定勢

在牛頓第一、第二定律的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生仍然在重復(fù)亞里士多德關(guān)于“力是物體運(yùn)動的原因”這個(gè)錯(cuò)誤觀點(diǎn)，而這個(gè)觀點(diǎn)早在幾百年前就已被伽利略推翻，而現(xiàn)在有些學(xué)生仍然是認(rèn)識不清，往往錯(cuò)誤認(rèn)為：合外力的方向就是物體的運(yùn)動方向，若物體沿斜面向上運(yùn)動，就會錯(cuò)誤地認(rèn)為物體一定有受斜面向上的力。又如“大馬拉小車”問題，總認(rèn)為馬拉車的力一定大于車?yán)R的力。這類問題不一而足。究其根源在于日常生活觀察或經(jīng)驗(yàn)中由知覺造成的錯(cuò)誤認(rèn)識。但去解釋這類現(xiàn)象時(shí)，學(xué)生往往不自覺地拋開科學(xué)概念和規(guī)律，憑主觀感覺做出錯(cuò)誤的結(jié)論，這種現(xiàn)象往往影響著人們的思維和創(chuàng)造能力。

法國物理學(xué)家貝爾納說：“構(gòu)成我們學(xué)習(xí)的最大障礙是已知的東西，而不是未知的東西。”教師要善于在物理實(shí)驗(yàn)中打破學(xué)生的思維定勢，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力，具體做法有以下幾點(diǎn)。

(1)培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維。試驗(yàn)決不能視為一種孤立的過程或事件，而是與思維相關(guān)的。實(shí)驗(yàn)課要有開展創(chuàng)造性思維活動的過程，教師要善于提出問題，珍惜學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)的“閃光點(diǎn)”。

(2) 鼓勵(lì)學(xué)生對問題的合理猜測，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，培養(yǎng)直覺思維。即使學(xué)生的猜測是錯(cuò)誤的，也應(yīng)積極予以鼓勵(lì)。

(3) 加強(qiáng)對學(xué)生應(yīng)變能力的訓(xùn)練，教師對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提一些新的變化，讓學(xué)生再實(shí)驗(yàn)，看結(jié)果又如何。

(4) 要適當(dāng)增加一些探索性實(shí)驗(yàn)，以激發(fā)學(xué)生的探索精神。讓學(xué)生進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn)，自己“發(fā)現(xiàn)”規(guī)律。可以使學(xué)生學(xué)到探索物理知識的方法，進(jìn)一步受到科學(xué)實(shí)驗(yàn)的熏陶。這類實(shí)驗(yàn)比較復(fù)雜、困難，教師要首先就實(shí)驗(yàn)的目的，研究的對象，使用的儀器及觀測什么現(xiàn)象，記錄哪些數(shù)據(jù)，控制條件，數(shù)據(jù)處理，誤差分析等一些列問題對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，使每個(gè)學(xué)生做完一個(gè)探索性實(shí)驗(yàn)都有所收獲，得到教益。

正如愛因斯坦所說：“科學(xué)的創(chuàng)造性精神的活動的開展，需要不斷地爭取兩類自由，即外在的自由和內(nèi)在的自由。”任何一種實(shí)驗(yàn)都對學(xué)生理解基本物理概念，原理等都有幫助，但是，是否可以引入教學(xué)，關(guān)鍵是看其能否有益于提高學(xué)生分析和解決問題的能力，試驗(yàn)內(nèi)容要精心挑選、精心設(shè)計(jì)、精心安排，以求達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

［1］平頂山日報(bào).

［2］朱一新.1N水能產(chǎn)生幾牛浮力.中學(xué)物理教學(xué)參考，1999、8、5第6頁.

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