略論中學生物理學習的思維障礙

萬開瓊

（重慶市渝北區(qū)教師進修學校，重慶 401120）

中學生物理學習受到學生的認識特點、物理課程內容和教師教學方式等因素的影響.學生自身的認知方式的缺陷與生活經驗的匱乏、物理課程內容的高度抽象性與概括性以及教師不適當?shù)慕虒W方式都會導致中學生不能準確把握物理概念、規(guī)律的內涵與外延、區(qū)別與聯(lián)系，在運用物理概念、規(guī)律解決物理問題的過程中會出現(xiàn)各式各樣的思維障礙.對中學生物理學習的思維障礙，應該從其思維特點入手進行歸因分析，才能夠找到幫助學生解決學習困難的辦法，從而有提高中學生物理學習的質量.

1 中學生物理學習的思維障礙

1.1 先入為主的生活經驗形成的思維障礙

中學生每天生活在大千世界中，自然地獲取了與物理相關的生活經驗，這些生活經驗先入為主，有些對物理學習有積極的促進作用，也有些生活經驗干擾物理概念的形成、物理規(guī)律的掌握，造成物理學習的思維障礙.甚至學生即使形成物理概念、掌握物理規(guī)律，但在解決物理問題的過程中往往從個人的生活經驗和日常概念出發(fā)，想當然地對物理問題進行判定，從而得出錯誤的結論.

常見的先入為主的生活經驗所產生的思維障礙有：鐵球比鋁球下落得更快；要讓箱子保持運動，就得有力不斷作用在它上面；踢出去的足球向前運動，是因為有一個向前的力作用在它上面；摩擦力就是阻礙物體運動的力；甲把乙推倒了，說明甲推乙的力比乙椎甲的力大；冬天在室外摸鐵比摸木頭涼，這是由于鐵比木頭溫度低；燒水時壺嘴上面出現(xiàn)的“白氣”是水蒸氣；水中的魚和天上的星就在所看見的位置上.［1］從上面所舉出的例子中可以看出，由于生活經驗所產生的思維障礙大多出現(xiàn)在力學、光學、熱學中，而對于電學、磁學等與日常生活聯(lián)系不太密切的物理內容鮮有生活經驗所產生的思維障礙.

先入為主的生活經驗所產生的思維障礙比較頑固，不是短時間內就能糾正的.例如，中學生學完牛頓第三定律之后，已經掌握作用力與反作用力大小相等、方向相反、作用在同一直線和不同物體上.但是當遇到實際問題如一輛大卡車與小轎車相撞時，比較小轎車對大卡車的作用力與大卡車對小轎車的作用力大小時，學生往往是從力的作用效果做出錯誤判定：大卡車對小轎車的作用力大于小轎車對大卡車的作用力.

1.2 思維定勢干擾形成的思維障礙

思維定勢是指中學生運用已經掌握的、事先有準備的一套行之有效的分析解決物理問題的思維模式.思維定勢既有積極性作用，也有消極性影響.思維定勢的積極性作用往往表現(xiàn)為知識與技能、過程與方法的正向遷移，幫助學生運用已經掌握的各類知識與方法迅速解決新問題.例如，平拋運動的學習有助于學生快速地掌握電荷在電場中的運動規(guī)律.思維定勢的消極性影響往往表現(xiàn)為知識與技能、過程與方法不恰當?shù)剡\用到新的物理情境，不善于發(fā)現(xiàn)條件的變化，不善于挖掘情境中的新信息，不善于變換思考問題的角度，不善于改變解決問題的路徑.

常見的思維定勢干擾形成的思維障礙有：初中階段用小學《科學》的靜態(tài)為主的研究方法處理動態(tài)的物理問題，造成重結果、輕過程的現(xiàn)象和死記硬背的學習模式；高中階段套用初中物理的條件限制較多的物理概念和規(guī)律，例如，將部分電路歐姆定律用于非純電阻電路，造成分析錯誤；過去解決問題的成功經驗錯誤地用于貌似舊問題的新問題，許多雜志討論的所謂“上當題”多屬于由于思維定勢的影響而“上當”.例如，重視隔離法而忽視整體法；中學生還往往因為教師在分析推理時強調因果聯(lián)系，而誤認為物理推理是“一因一果”，而在處理“一因多果”和“多因一果”推理時陷入困境.［2］

思維定勢干擾所形成的思維障礙伴隨物理學習的全過程.例如，在物理概念形成過程中，學生常常采用抽象研究對象的本質特征、概括一類事物共同屬性的方法形成物理概念，當遇到密度、電場強度等物理概念時就出現(xiàn)了思維定勢，導致不能很好地理解和掌握這類采用比值定義法所定義的物理概念.在解決動力學問題的過程中主要有3種方法，用牛頓運動三定律結合運動學規(guī)律解決動力學問題；用動量定理和動量守恒定律解決動量問題；用動能定理和能量守恒定律解決功能問題，在解決相關物理問題的過程中有些問題用后兩種辦法容易解決，但是學生往往用運動學公式和牛頓運動三定律來分析，說明學生對動量和功能原理的理解和思維存在障礙.

1.3 物理公式數(shù)學化形成的思維障礙

數(shù)學與物理學是密不可分的兩門學科，數(shù)學是學習和探究物理學的重要工具，物理概念的形成、物理規(guī)律的掌握、物理問題的解決離不開數(shù)學工具.但是中學生往往表現(xiàn)為對物理公式的頂禮膜拜，不甚了解物理公式背后的物理內涵、意義，將物理數(shù)學化，從純粹數(shù)學的角度理解物理概念、規(guī)律，思考并解決物理問題，從而得到錯誤的結論.

物理公式數(shù)學化形成的思維障礙主要表現(xiàn)為：對物理公式及公式變形后的物理意義理解不清，混為一談.例如F＝Eq是由E＝變形而來的，但它們的物理意義不同，前者表述了放置在電場中的點電荷與該點的電場強度和所受的電場里的3者關系；而后者反映電場的性質.在解決物理問題的過程中，學生往往把注意力集中在物理公式的變換、推導和計算上，造成亂套公式的壞習慣，從數(shù)學形式上理解物理概念而不考慮物理事實.例如，學生常常理解為電阻與電壓成正比，與電流成反比.從純粹數(shù)學的角度來分析并沒有不妥的地方.但是事實上電阻是導體的一種屬性，與導體兩段的電壓和流過導體的電流無關.

2 中學生物理學習的思維特點

在物理教學過程中，物理教師往往“在強調可接受性的時候，往往把學生估計過低，在強調發(fā)揮學生的潛力時，又往往把他們估計過高.”［3］根據瑞士心理學家皮亞杰的認知發(fā)展四階段論，我國初中學生的物理思維基本上處于具體運算階段和前運算階段，［4］而高中學生的物理思維基本上處于具體運算階段向形式運算過渡.［5］中學生思維水平較低及發(fā)展不健全是產生物理學習的思維障礙的原因.

2.1 中學生形成物理表象的特點

物理學是以觀察和實驗為基礎的學科，中學生物理表象也是建立在對物理現(xiàn)象感知過程的基礎之上.中學生利用原始表象材料進行創(chuàng)造新的表象能力較差，在物理問題的解決過程中仍然難以合理利用腦海中的各種表象進行抽象、類化、辨別，難以激活適當?shù)谋硐蠛鸵种撇缓线m的表象.由于物理世界中的部分表象（如場表象、高速運動表象）往往不能被直接感知，學生需要從口頭、文字材料中想象出這類表象，部分高中生的想象表象缺乏.

中學生形成物理表象的過程主要表現(xiàn)為：第一，物理表象不準確.他們在學習物理之前由于其他科目的學習和生活經驗形成了大量所謂“物理表象”——這些“物理表象”往往是錯誤的或不準確的；第二，物理表象匱乏.一些物理學習內容（例如電阻、電功率、磁場、電磁感應等）在生活中較少涉及，在教學過程中學生難以建立這類表象；第三，物理表象難以喚醒.中學生在學習過程中由于教師的啟發(fā)、誘導和點撥建立了相應的物理表象，但是在應用物理知識解決問題時喚醒業(yè)已形成的物理形象進行思維和推理比較差.

2.2 中學生物理思維的特點

中學生思維定勢對物理學習起重要作用.初中生在學習物理的過程中，由于反復訓練導致按照某種固定的思路和模式去思考并解決相關物理問題，這種思維定勢往往帶來消極影響.例如，“水應加熱到100℃時才能沸騰”，這一概念在學生腦子里常被錯誤地“轉換”成“水加熱”到100℃時必然沸騰.因此，必須克服思維定勢消極作用.中學生物理思維還表現(xiàn)出片面性和表面性.中學生的邏輯思維尚未形成，因而易于根據事物的表面現(xiàn)象和日常觀念去分析相關物理問題.例如，初中生學完“牛頓第一定律”后，依然有一部分學生認為“力是維持物體運動的原因，沒有力物體就會靜止”的錯誤觀念.

中學生的思維處于具體運算階段向形式運算的轉型期.許多剛進入中學階段學習的學生感覺到物理難學，教師感到此階段物理難教.產生這一現(xiàn)象的原因是中學物理內容與小學《科學》內容在思維水平上出現(xiàn)了“臺階”現(xiàn)象，就學生的思維臺階而言，中學生學習物理大多還是利用具體的形象思維，較少利用抽象、邏輯思維.

2.3 中學生物理記憶的特點

在學生學習物理的過程中，記憶是不可或缺的心理過程.記憶物理學的抽象的概念、規(guī)律和事實，不僅需要對語言表述和數(shù)學表達式的邏輯記憶，而且還需要與其相關的形象記憶、動作記憶和情感記憶.在認知心理學中，前者稱為語義記憶，后者稱為情景記憶.［6］把兩者有機地結合起來，可以提高物理概念和規(guī)律長時記憶的效率.

中學生記憶的特點是：第一，物理記憶屬于有意識記，即有預定目的并經過一定意志努力，采取一定方法進行物理概念、規(guī)律、圖像、情境、方法等的識記；第二，物理記憶大多屬于機械記憶，較少同學初步發(fā)展為理解記憶或意義記憶；第三，記憶表象易于發(fā)生畸變，由于中學生對物理情境與生活情境易于混記，常表現(xiàn)為“先入為主”的經驗表象使記憶表象發(fā)生畸變，以及由于觀察力和理解力的限制而使記憶表象的正確性、全面性和準確性較差.雖然高中生的物理記憶逐步從機械記憶向理解記憶轉變，但是他們對物理概念、規(guī)律、原理、方法等的記憶往往習慣于機械記憶.

3 克服中學生物理學習思維障礙的策略

針對中學生的思維障礙和消極思維定勢的干擾，在物理教學過程中，教師要首先因勢利導，利用中學生形象思維占主導地位的特點，充分利用圖片、教具模型、物理演示實驗、學生探究活動、學生分組實驗、多媒體模擬等能夠提供直觀感知信息的教學策略，豐富學生形成物理表象的感性材料，既引導學生形成準確的物理表象，也解決物理表象匱乏的問題.產生“先入為主”的思維障礙的主要原因是學生對生活中的現(xiàn)象并沒有充分地加工，也缺乏選取正確的視角去審視對象的習慣，因此往往形成錯誤的物理表象.當教師把貌似熟悉的現(xiàn)象與事實重新呈現(xiàn)在學生面前的時候，在教師的引導下，學生會發(fā)現(xiàn)他們原來并沒有關注的東西，就能夠通過思維加工形成正確的物理表象.

當形成了正確的物理表象，中學生就開始形成概念、掌握規(guī)律.在這一過程中，中學生往往會產生相似或相近物理概念之間的混淆.相似或相近物理概念之間的混淆從根本上講是對物理概念的內涵與外延理解不清晰、不確切而造成的.造成這種認識不精確的原因是多種多樣的，有客觀因素，也有主觀因素；有教師教學的原因，也有學生學習的原因.作為教師，進行“易混概念”教學的基本原則應該是充分認識客觀因素，組織符合學生思維規(guī)律和特點的教學，培養(yǎng)學生科學思維的方法和習慣.作為學生，要區(qū)分這些“易混概念”應做好這些概念的比較與分類.從概念的形成過程進行比較，從概念的內涵、外延進行比較，從概念的運用進行比較.對“易混概念”按照某一標準進行分類也可以起到相互區(qū)分且相互關聯(lián)的作用.教師可引導學生從概念的從屬關系進行分類，也可從概念的對應關系進行分類.

我們認為，克服中學生物理公式數(shù)學化的主要措施有：加強物理公式的物理意義的教學，理解物理公式所描述的物理現(xiàn)象、物理實事之間的因果關系、決定關系；明確物理公式的來龍去脈，增強物理公式的物理色彩，突出對問題的物理意義的分析，防止將物理公式按單純數(shù)學關系理解，減少純數(shù)值帶入計算的訓練，讓學生善于運用數(shù)學知識、數(shù)學方法描述物理問題，真正建立起物理上的數(shù)量關系，增強運用數(shù)學知識的意識，提高運用數(shù)學工具的能力.［7］

無論是物理概念、規(guī)律和原理，還是物理公式，要能夠在解決物理問題中真正應用，首先必須記憶.問題是怎樣幫助學生在理解其意義和本質的基礎上，借助于物理表象（現(xiàn)象與過程）、物理思維方法的力量，運用多種方法進行識記.物理概念、規(guī)律、原理和公式都是在一定情景中抽象出來的，是有適用的條件與范圍的.中學生錯誤應用物理概念、規(guī)律、原理和公式的根本原因是情景錯誤與消極思維定勢.因此，雖然中學生的抽象語義記憶能力已經得到了一定發(fā)展，由于物理內容本身的情景性特征，教師仍然要重視情景記憶.當然，為了讓學生利用已經得到一定發(fā)展的抽象語義記憶能力對“深”、“難”物理概念、規(guī)律、原理和公式進行準確識記，教師應該通過對比列表、直觀圖示、概念圖等方法，力求在幫助學生理解各種物理概念、規(guī)律原理和公式的異同的基礎上，尋找方便記憶的途徑.

1 喬際平，刑紅軍.物理教育心理學.南寧：廣西教育出版社，2003.188

2 母小勇，倪漢彬.The flow diagram of thinking in physics teaching，Phys.Educ.Vol.24，No.5，Sept.1989.

3 雷樹人.試論我國中學 物理教學的傳統(tǒng).物理教學，1982（8）：8

4 喬際平，刑紅軍.物理教育心理學.南寧：廣西教育出版社.2003.27

5 喬際平，刑紅軍.物理教育心理學.南寧：廣西教育出版社.2003.31

6 王甦，汪安圣.認知心理學.北京：北京大學出版社，1992.171

7 李新鄉(xiāng)等.物理教學論.北京：科學出版社，2005.79