高一學生常見思維障礙的成因及對策

(江蘇省青山高級中學，江蘇 無錫 214000)

學好物理確實不容易，需要較強的能力，尤其是思維能力，它是學生順利完成學習任務的關鍵和保障.從信息論的角度來看，思維是人腦對信息的加工過程.學生平時已經從日常生活經驗和書本雜志以及互聯網上獲取了大量的信息，但是這些信息對物理問題的思考并不都有效，需要教師去引導、啟發、歸納、分析和過濾，然后經過學生思維加工內化為學生掌握的知識和技能.高一學生常常因為思維定式和生活經驗的誤導，出現了一些思維障礙，造成學習物理的困難.

1 思維障礙的成因

1．1 生活負遷移

學生不自覺地繞過科學概念，從個人的日常經驗和觀念出發，想當然地對物理問題進行判斷，得到錯誤結論.

圖1

例1 如圖1所示，一個輕質彈簧豎直放在水平地面上，小球A由彈簧正上方某高度自由下落，與彈簧接觸后，開始壓縮彈簧，設此過程中彈簧始終服從胡克定律，那么在小球壓縮彈簧的過程中，以下說法中正確的是( ).

A.小球速度一直增大

B.小球速度一直減小

C.小球速度先增大后減小

D.小球速度先減小后增大

在學生的答案中，第一次選擇B的占70%以上，理由是“人運動中遇到障礙就會自我保護而減速，因此運動物體遇到彈簧彈力的阻礙也應該減速”.正確答案是C.

例2 甲、乙兩隊舉行拔河比賽，甲隊獲勝，如果甲隊對繩的拉力為F甲，地面對甲隊的摩擦力為f甲；乙隊對繩的拉力為F乙，地面對乙隊的摩擦力為f乙，繩的質量不計，則有F甲F乙，f甲f乙.(答案：=、>)

在學生的答案中，第一空填“=”的占80%左右，而第二空填“>”的不足10%，理由 是“只有F甲>F乙時，受力不平衡了，運動狀態改變，導致向甲隊方向移動，最后甲隊獲勝”.

例3 物體A、B同時從同一地點、沿同一方向運動，A以10m/s的速度勻速前進，B以2m/s2的加速度從靜止開始做勻加速直線運動，A、B再次相遇前，它們的間距變化情況是( ).

A.一直增大 B.一直減小

C.先增大后減小 D.先減小后增大

在學生的答案中，選擇B的占60%以上，理由是“因為在日常生活的追打吵鬧中獲得了成功，所以只要去追，就應該縮小距離”.答案是C.

1．2 習題“慣性”負遷移

學生在相近或相關問題上多次獲得成功的基礎上形成了“慣性”，形成一種主觀的、僵硬的、帶有頑固性的心理準備，把思維限制在狹窄的通道上，得到錯誤的結論.

例4 在針對“例1”講解后，為了鞏固學生正確的解題思維過程，就問“那么，小球再次被彈出過程中，速度和加速度又如何變化呢？”引導學生再次從小球的受力分析、加速度大小和方向的變化以及與速度方向的關系分析，得到相同的結論，即“加速度先小后大，速度先大后小”.這時，部分學生很快從中總結得出“速度變化總是先大后小，而加速度的變化趨勢總是與之相反”.

例5 一個物體從傾角為37°、足夠長的斜面上水平拋出，初速度為10m/s,經過多長時間，物體離斜面最遠？

為了分解難點，引導學生先解決另一個問題：物體被拋出，到達離斜面最遠點時，有什么特點？學生們很快說出“速度為零”，其理由是“物體由于慣性沖上斜面的運動和豎直上拋相似，在最高點的速度都是零”.而正確的說法是：物體到達離斜面最遠點時，其速度在與斜面垂直方向上的分量為零，與斜面平行方向上的分量不一定為零.

2 克服思維障礙的對策

2．1 一題多變

通過對某一題目進行圖形變換、條件變換、結論探索、類比等多角度和多方位的探究，使一道題變為一類題，達到舉一反三、觸類旁通的目的，培養學生良好的思維品質.為克服例4中出現的思維障礙，筆者運用了如下變式.

圖2

變式1：把例1中的彈簧和小球相連，倒置在升降電梯中(如圖2)，當電梯帶著彈簧和小球勻速上升后，電梯突然停住，小球由于慣性壓縮彈簧，那么在小球壓縮彈簧的過程中，小球的加速度和速度大小如何變化？學生答：小球的加速度大小一直增加，速度一直減小.

變式2：在變式1中，電梯突然停止后改為突然加速上升，且做勻加速運動，小球由于慣性拉伸彈簧，那么在小球拉伸彈簧的過程中(設彈簧在彈性限度內)，小球的加速度和速度大小如何變化？學生答：小球的加速度大小先增加后減小，速度一直增加.

變式3：各題中小球的動能、重力勢能及彈簧的彈性勢能如何變化？

通過變式3，引導學生比較各題中的能量變化情況，歸納出解決問題的步驟：先確定研究對象，然后進行受力分析，確定合外力大小、方向的變化，以及合外力(加速度)方向與物體初始運動狀態的關系，最后得到物體運動狀態的變化或能量變化的結論.

2．2 一題多解

對同一個問題，鼓勵、啟發、引導學生在所學知識范圍內，盡可能提出不同的解題構想和方法，拓寬學生的思維空間，培養學生發散思維、創新意識.在克服例3中出現的思維障礙，筆者采用了如下做法.

2．2．1 物理分析法

物體A做速度vA=10m/s的勻速直線運動，B做初速度為零、加速度a=2m/s2的勻加速直線運動.根據題意，在開始的一段時間內，A的速度大于B的速度，它們間的距離逐漸變大，當B的速度加速到大于A的速度后，它們間的距離又逐漸變小.

2．2．2 數學極值法

則A、B間的距離Δs=10t-t2，可見，這是一個開口向下的拋物線方程.在t≥0的范圍內，Δs是先變大后變小的.

2．2．3v-t圖像法

圖3

根據題意，作出A、B兩物體的v-t圖像(如圖3)，由圖可知：A、B再次相遇前它們之間距離有最大值的臨界條件是vA=vB，即t1時Δs有最大值，之后Δs又逐漸變小.

解析四：相對運動法

因為本題求解的是A、B間距離的變化，所以可利用相對運動求解.選B為參考系，則A相對B的初速度、末速度、加速度分別是v0=10m/s、vt=vA-vB=0、a=-2m/s2.因此，A相對B先做勻減速遠離運動，減速到零后，再反向勻加速靠近，即Δs先變大后變小.

2．3 生活類比法

對于一些極為陌生、抽象的物理概念或規律，用熟悉的、形象化的生活事例去類比，那么往往會產生“一語道破天機”的驚人作用，幫助學生加速認識.例如，在解決例3中出現的思維障礙，筆者這樣進行教學.

教師問：你有沒有這樣的經歷，你的某科成績落后于你的同學，你經過一段時間的努力和追趕，取得了進步(學生基本上答“有”)？教師接著問：那么，你們的差距是變大、不變還是縮小了(學生回答不一)？教師引導學生分析得出結論：自己進步的同時，同學也可能在進步，各自的進步程度不同，導致差距變化不同.由此類比到例3的追及問題，這樣類比，可以使學生領略“類比”這一重要的認識問題的思維方法，既加強了物理與生活間的橫向聯系，又激發了學生學習的興趣；既降低了某些物理新知識、新規律的教學難度，又增強了學生學好物理的信心.

2．4 假設法

當某一變化因素的存在形式限定在有限種可能時，假設該因素處于某種情況，并以此為條件進行推理的方法，它是科學探究中的重要思想方法，是一種創造性的思維活動.通過對假設狀態的分析、判斷，使物理過程進行的情況迅速暴露出來，學生能從錯綜復雜的諸多因素的“糾纏”中解脫出來，大大縮短了分析和推理的時間，達到化難為易、快速解決物理問題的目的.

2．5 針對性實驗

這是一種有目的性的操作實驗.學生天生好奇好動，而物理實驗有很強的吸引力，讓他們觀察生動有趣的實驗，甚至親手操作實驗，極易喚起他們的直接興趣，提高他們的注意力，有時出乎他們的意料之外的實驗現象，更使他們興趣盎然、印象深刻.具體措施：讓學生近距離接觸基本儀器，熟悉基本儀器的使用；讓學生獨立又熟練地完成實驗的操作；逐步培養學生對實驗數據的處理能力和對實驗結果的分析能力，從而排除日常生活經驗的干擾，突破思維障礙.例如，在解決例2中出現的思維障礙，筆者引導學生設計DIS實驗來模擬兩支隊伍的拔河比賽，最后讓學生分組處理數據及討論、歸納實驗的結果，反思拔河實例中兩個拉力、兩個摩擦力的大小關系.

總之，在學生學習過程中，不同程度地存在著各種各樣的思維障礙，而造成思維障礙的原因是多方面的，教師應針對學生錯誤的或模糊的看法以及不合理的思維方式，加強教學的預見性和針對性，幫助學生練好基本功，及時排除他們存在的各種思維障礙，并且在運用中不斷鞏固、深化、提高思維能力.

參考文獻：

黃生功．高中物理教學中學生思維能力的培養．長沙：湖南師范大學，2005．