淺議高中物理教學中抽象思維障礙成因及其教學對策

嚴仁東

(江蘇省灌云縣侍莊中學,江蘇灌云 222207)

在高中物理教學中,對學生的物理抽象思維障礙成因進行分析,采取針對性和實效性的教學對策,這對于解決學生抽象思維障礙、提高學生物理學習的成效、培養學生的創新思維能力等都具有十分重要意義.本文將高中學生在物理學習中抽象思維障礙的成因及相應的教學對策做初步的探討.

1 由概念引發的抽象思維障礙成因分析與教學對策

1.1 成因分析

(1)概念內涵和外延模糊不清

學生在物理學習中,由于對概念的內涵理解不夠,常給分析問題帶來一定的障礙.例如服務員手托著盤子向前走,有的學生錯誤地認為有力有位移出現,人肯定做了功.造成這一障礙的原因就是學生不了解物理學中功的真正意義.任何一個物理概念都是內涵和外延的統一,學生在理解或實際運用概念時,有時會不自覺地縮小或擴大概念的外延,因而造成錯誤的結果.擴大外延的例子,如因忽視勻變速直線運動的平均速度公式的適用范圍,用它來分析其他非勻變速運動的問題.縮小概念外延則主要表現為,忽視了同一概念所包含的物理圖景的多樣性,以較熟悉的個別圖景代替圖景的全部.

(2)相近的物理概念混淆

物理學中有許多相近的物理概念,學生對它們的物理意義理解不透,區分不清,加上頭腦中沒有完整的物理情境,容易將它們之間的關系簡單化,如對于表示物理變化量大小及物理量變化快慢的兩個量,學生就極易將其混淆.

1.2 教學對策

(1)追根溯源,讓學生進行分析、討論,發揮抽象思維的能動性特點

教師講解概念時,要讓學生展開充分的“辨”與“析”,弄清概念的來龍去脈,明確概念的形成過程,以達到對概念的準確理解和掌握.

(2)運用“類比”法,順應和同化知識

在物理教學中恰當地運用類比,可使相似概念之間形成極強的反差,幫助學生在頭腦中建立穩定、清晰的神經聯系,增強記憶效果.例如位移、路程這兩個相似且易混的概念,運用類比歸納,找出其間的聯系與區別.這樣一比較,學生中的模糊認識就消除了.

(3)講練結合,加深對概念的理解

學習概念要體現“學以致用”的教育原則,通過對問題的具體分析和實際應用,鞏固和加深對概念的理解.當每一個概念介紹以后,教師應分析典型的例題,來啟發學生對概念的靈活運用.同時布置一定數量的習題,通過問題的解決,加深學生對概念內涵和外延的理解,從而使概念得到進一步的消化.只有注重講練結合,才能使學生對概念的掌握透徹、深刻.

2 由表象引發的抽象思維障礙成因分析及教學對策

2.1 成因分析

(1)表象缺乏

如果學生對特定條件下的物理現象和過程,在頭腦中沒有建立起正確的物理表象,不會利用物理表象進行抽象思維,就難以把文字敘述、數學表達式和現實物理過程聯系起來,也就難以正確地進行分析、推理、判斷等邏輯思維活動.例如“天體運動”這一章,按理說有了前面圓周運動知識的基礎,學生學習起來應該容易些.可是不少學生學習時并不輕松,原因就是學生頭腦中沒有這種表象.當然引起表象缺乏的原因有很多,有地域差別引起的,有缺乏生活實踐經驗引起的,還有學生立體感不強引起的等.

(2)表象干擾

學生在分析、解決問題時,相似的表象常會對學生的思維起著一定干擾作用,從而引來抽象思維障礙.例如筆者在“全反射”教學中講到了海面上的“海市蜃樓”現象,這個蜃景當時學生都比較理解.接下來在講沙漠中的蜃景時,讓學生判斷這個蜃景與海面上的蜃景有什么不同的地方,當時就有90%的學生都出現了“思維斷層”,一下子回答不上來.其實海面上的蜃景和沙漠中的蜃景都是光在密度分布不均勻的空氣中傳播時發生全反射而產生的.海面上的蜃景,人們看到遠方的景物正立懸在空中;而沙漠中的蜃景,人們看到遠處物體的倒立的景像.可見這兩種蜃景雖然原理一樣,但形成的景象卻有區別,一個是正立的,一個是倒立的.出現這一判斷障礙的原因就是學生誤把海面上的蜃景這一表象想象成了沙漠中的蜃景的表象,出現了表象混亂,從而引發了抽象思維障礙.

2.2 教學對策

(1)板畫、草圖鋪設法

對于有些物理知識,學生沒有表象,缺乏形象思維到抽象思維的過渡,這就需要教師借助板畫、草圖鋪設由形象思維到抽象思維的過渡.教師在黑板上的板畫、學生在練習本上的草圖簡單實用,往往是形象思維發展的結果,這種圖形屢經加工,就會抽象為程式化的形象,在物理學科中廣泛應用.因此,教師要加強自身的草圖、板畫能力,為學生抽象思維鋪設一個簡單而易懂的平臺,幫助學生消除抽象思維的障礙.

(2)多媒體輔助教學法

物理學中存在著大量宏觀的或微觀的、極快的或極慢的物理過程,這些過程往往都比較抽象、難懂.例如宇宙中天體的運動過程及規律,原子的核式結構、玻爾氫原子模型、核反應過程等等.此類的知識和內容都是學生頭腦中比較混亂而又沒有辦法做實驗的.這時我們可以用多媒體輔助教學,借助計算機平臺,突破時間和空間的束縛,進行仿真的模擬,設計編制出高質量的物理CAI課件,將這些一般情況下難以觀察到的物理現象和過程生動形象地展現在學生面前,引導學生把抽象的物理知識形象化、動態化,使之具有更強的教育性、觀察性、活潑性和能動性,使課堂教學效率大大提高.

(3)深入生活,加強實踐

從生活走向物理,從物理走向生活,物理教學中應重視培養學生深入生活,加強實踐的能力.每當向學生傳授新的物理知識時,都應聯系它在生活中或實際生產的某些應用,同時要求學生細心觀察周圍的物質世界,找出與所學知識相關的事例.例如對于螺旋測微器,筆者問學生:“生活中有動手擰過螺絲的嗎?”,有過這樣經驗的學生馬上明白了其中的有關道理,而缺乏生活實踐的學生卻還是不能明白,只等到把螺旋測微器拿到他手里時,讓他親自動手來做時才明白.由此看來學生應該深入生活,加強動手機會,這樣不但可以提高他們的實踐能力,還可以提高學生其他方面的能力.

3 由生活經驗引發的抽象思維障礙成因分析及教學對策

3.1 成因分析

(1)錯誤經驗誘導,進入抽象思維誤區

先入為主的生活觀念、錯誤經驗對學生學習物理的影響是很大的,往往驅使學生做出想當然的錯誤判斷,導致他們進入抽象思維的誤區.例如在“波的疊加”教學中,學生受生活經驗中實物相遇時會改變運動方向的影響,往往很難理解波相遇后像相遇前一樣,各自保持原有的形狀,繼續傳播.由于有了錯誤生活經驗的誘導,一開始學生就沒有辦法對問題再去進行正確的分析和判斷,從而造成抽象思維的障礙.

(2)遷移不當,出現抽象思維偏差

在學習物理的過程中,學生常常把自己頭腦中已有的、習慣了的思維不恰當地運用到新的物理情境中去,不善于區分要認識的對象和舊有經驗之間的差異,僅僅憑借原有經驗就直接套用在認識對象上,跳不出舊認識的“框架模式”,使思維誤入歧途,導致了遷移性的抽象思維障礙.例如在進行“自由落體運動”教學時,如果問學生:在空氣中同樣的高度處釋放一個紙片和一個錢幣,哪一個先落地?如果把它們放在真空中哪一個先落地?學生們沒有考慮到空氣阻力條件的變化,由于遷移不當,出現了抽象思維障礙,就極易造成判斷的錯誤.

3.2 教學對策

(1)加強學生實驗活動,驗證錯誤經驗

針對上述情況,設計必要的驗證實驗,給學生形成鮮明、強烈的對比,說明原有經驗的錯誤所在,使其原有的經驗發生動搖,直至清除.例如為了解決上面提到的落體運動中學生遇到的問題,設計了驗證實驗,讓每個學生都來體會一下:讓一張紙片與一枚錢幣同時從同一高度落下,硬幣先落下.在抽真空的玻璃管中,小紙片、小紙團、硬幣從同一高度落下,同時著落管底.說明這里空氣阻力才是影響落地快慢的因素.通過這樣的驗證實驗,學生的原有錯誤經驗就馬上消除了.

(2)“原型啟發”法

有的物理現象和物理過程都很復雜,為了更好地揭示事物的本質,我們可以根據實驗和觀察所得的各種感性材料,舍去那些表面的、次要條件,把復雜、具體的物理事物用簡單抽象的、理想化的物理模型來描述.這種具有啟發作用的事物稱作“原型”.在物理教學中應加強建立模型,引導學生學會全面地分析問題,要透過現象看到本質,幫助學生克服生活經驗引發的抽象思維障礙.物理學中的原型可以來源于生活、生產和實驗,也可通過學習過程建立.在學習中,物理學概念模型(如質點、理想氣體、點電荷等)、物理過程模型(如各種典型運動過程、碰撞、反沖等)、典型的解題過程(方法、技巧、思路)等都可以抽象為學習者頭腦中的“原型”.這種方法對于解決由表象、概念以及生活經驗引發的抽象思維障礙都是非常有效的.

4 由數學工具引發的抽象思維障礙成因分析及教學對策

4.1 成因分析

(1)數學知識的缺乏

物理和數學是緊密聯系的,數學為物理學的發展提供了強有力的研究工具,幾乎所有的物理概念和物理規律,都可以通過量化的方法用數學公式進行描述,學生有好多抽象思維障礙也是由于數學知識缺乏而引發的.例如在講初速度為零的勻變速直線運動規律的應用時,學生由于不會數學歸納法,所以推導不出最后的結論.對于一些應用數學函數、圖像求解的物理問題,例如 v-t圖像、s-t圖像、簡諧運動圖像、波形圖、交變電流圖像等等,由于一些學生對數學圖像的意義、規律不明確,通過圖像獲取不了有效的信息,就導致學生無法得出正確的判斷和推理,出現了抽象思維障礙.

(2)忽視公式的物理含義

很多學生習慣于用數學公式代替物理概念、規律,見到數字就想到了數字運算,很少再從物理意義上去理解物理學公式.例如很多學生把物理學上出現的“+”、“-”與數學上的完全等同,再如對于電場強度公式有的學生認為電場強度跟放入電場中的試探電荷所受的電場力成正比,跟電荷的電荷量成反比.這些事例說明,僅用數學的抽象思維來學習物理也是行不通的.

(3)不分析物理問題的情景,與物理事實相悖

有些學生把物理問題的解決當成數學的運算,摒棄了其中內蘊的物理過程和意義,致使即便學會了物理規律,也不能恰當地應用于問題的解決,產生物理抽象思維的應用性障礙.

4.2 教學對策

(1)加強數學學習,正確應用數學工具解決物理問題

有些物理教師教學生用數學知識解決物理問題時往往只側重結果的“機械計算”,缺少“過程與方法”,他們總認為那是數學教師的事情.其實不然,物理教師在自己的教學過程中對數學方法與規律的滲透也是十分重要的,我們在教學過程中要對數學知識、方法的應用加以滲透,例如在講到勻變速直線運動規律時,涉及到數學歸納法的,應先把數學歸納法簡單地復習一下;講到恒定電流中電源的最大輸出功率時,需先把均值不等式和數學配方法的應用有意識地提示一下.這樣,學生應用起來就順手多了,不會再產生前面舉例中所發生的一些障礙了.

(2)重視公式中的物理意義,明確因果關系

在物理教學中,要特別注意物理學科的特殊性,應講清公式的物理意義、適用范圍,讓學生理解公式所描述的物理現象、物理實事之間的因果關系、決定關系,還要引導學生明確公式的來龍去脈,增強公式的物理色彩,突出對問題的物理意義的分析,從而正確地理解、掌握和應用好物理規律、公式,并且在學習過程中還要配合練習加強思維訓練,使學生在扎實的物理知識的基礎上恰當、靈活地應用數學知識解決物理問題.

(3)加強檢驗,培養學生抽象思維的嚴密性和邏輯性

當我們通過數學計算得出結果后,一定要根據物理問題的實際情況進行檢驗,看所得出的結果是否與物理事實相符合.有時我們得到的解可能有幾個,這時要一一代入分析,有時可能求得的解就只有一個,平時學生要養成善于檢驗的好習慣.因為往往檢驗會讓學生發現思維上的偏差與錯誤,久而久之也就培養了學生思維的嚴密性和邏輯性.

1 閻金鐸,田世昆,胡衛平.物理思維論.南寧:廣西教育出版社,1999.

2 朱龍祥.物理教學思維方式.北京:首都師范大學出版社,2001.

3 吳敏海.高中物理習題錯解的常見思維障礙診斷.物理教師,2009(3).

4 陸一娣.高中物理教學中學生智能培養策略.現代教育科學(中學教師),2009(4).

5 王政良.展示思維過程,指導思維調節——淺談物理解題教學的策略.物理通報,2009(3).