從學生的思維障礙談物理概念的有效教學

杜永長

摘 ? ?要： 物理概念教學是中學物理教學的重點之一，其教學有效性始終是高中物理教師探究實踐的主題。物理學本質上是一門帶有方法論性質的科學，本文從高中生學習物理概念時經常產生的思維障礙入手，側重從物理思想方法角度探究解決物理概念學習障礙的有效方法和手段，使物理概念教學質量切實得到提高。

關鍵詞： 物理概念 ? ?思維障礙 ? ?有效教學策略

筆者在多年教學實踐過程中發現一些學生因物理考試成績不理想而影響學習物理的積極性，產生畏懼物理的心理。認真分析發現相當一部分學生存在著對物理概念的學習思維障礙。物理概念是客觀事物的物理本質屬性在人們頭腦中的反映，是人們進行物理思維的基礎，由于它具有高度的概括性和抽象性，導致學生理解物理概念及運用概念進行物理思維時，常常會產生一些思維障礙，如果能對這些思維障礙的產生原因進行深入分析，并有針對性地進行有效教學，就能有效避免或減少學生在物理概念學習中的思維障礙，從而提高物理概念教學的有效性。

一、學生常見的物理概念學習障礙分析

（一）缺乏感性材料或感性認識造成物理概念學習障礙。因為到了高中，物理是按一定知識體系進行編排的，且由于內容較多，語言表述變得更抽象和概括。這與初中物理基本上是敘述簡單、圖文并茂，且公式規律都可以從生活經驗和實驗中得來，非常感性有很大差別，導致學生感到抽象，思維跟不上。盡管高中物理概念來源于實際生活，但它是現實生活的高度概括，學生如果沒有獲得相關事物足夠正確的感性材料，就很難充分理解物理概念的內涵和外延，形成正確的物理概念。因此，缺乏足夠的感性認識是學生學習物理概念的主要思維障礙之一，要減少思維障礙，就必須想方設法使學生獲得必要的正確的感性認識。如“電場強度”這個概念，由于電場看不見摸不著，很多同學一開始學習時感到非常茫然，沒有頭緒、不知所措，只有通過多舉實例、多畫電場線等方法加強學生的想象和感性認識，學生才會慢慢有具體的“感覺”。可見，有些感性材料雖然不屬于思維范疇，但是是理性思維的基礎，是形成和掌握物理概念的必要條件。

（二）思維定勢的負面影響造成物理概念學習障礙，即通常所說的知識負遷移。如電場中有一道題講的是一靜止點電荷放在一個只知其中一條電場線是直線的電場上，問其可能做什么運動？其中有一選項是：此點電荷將從靜止做勻加速直線運動，很多同學因多選了此項導致整題失分。表面上看是錯在誤認為電場線是直的就是勻強電場勻強，所以做勻加速直線運動。根本原因是勻強電場概念思維定勢導致知識負遷移引起的。思維定勢是造成中學生物理學習障礙的主要原因之一。我們在平時教學中應積極防止思維定勢的負面影響。特別是生活常識對物理本質的干擾，由于中學生缺乏生活經驗或本來對一些事物和現象形成只是表面的看法和觀點，干擾對物理現象本質的認識，使思維誤入歧途。

（三）缺乏思維的邏輯性造成物理概念學習障礙。物理概念的建立離不開思維，同樣，學習物理概念也離不開思維。如“加速度”這個概念，只有通過正確的思維邏輯過程才能形成對加速度的正確理解。即首先讓學生理解什么是速度（表示物體運動的快慢，單位時間內位移變化大小），其次是讓學生清楚速度也會變化，且理解什么是速度變化量（ΔV=V■-V■），最后讓學生清楚速度變化也有快慢，即理解單位時間內速度變化的大小（a=■=■），這個過程要求邏輯思維嚴密，學生只要其中一個環節出現思維阻礙，就可能導致對加速度的不理解。由于學生的思維缺乏邏輯性，往往對概念建立的思維過程不清導致學習障礙。

（四）概念的混淆造成概念學習障礙。高中階段的物理概念具有高度的概括性和抽象性，物理學中相關概念很多，雖然指根據同一類物理現象而引入的，反映不同本質屬性的不同概念，它們既有聯系又有區別。學生學習時若不能真正把握概念的內涵、聯系及區別，在運用物理概念進行物理思維時，往往會產生一些思維障礙，出現各種各樣的錯誤，如亂套公式、張冠李戴、思維混亂等現象。如速度與加速度，平衡力和相互作用力，動量和沖量，發射速度與運行速度，熱量與內能、固有頻率和驅動頻率，電動勢和電勢差，等等，學生往往因不清楚它們的區別和聯系導致思維障礙。

以上分析大致可以歸納為兩類：一是由于缺乏必要的生活經驗、正確的、典型的物理情景，而難于建立模型形成概念。即通常所說的缺乏“感性認識”。二是由于缺乏運用嚴密的邏輯推理、對比等科學思想方法，而難于深化理解概念。即我們通常所說的“理性思維”。

二、有效的物理概念教學策略和實踐

（一）多從學生生活中熟悉的、感興趣的典型實例引入加強物理概念感性認識，培養學生構建物理概念的能力，從而提高概念教學的有效性。如《機械波的形成與傳播》這節課教學中首先通過多媒體播放兩組日常實景錄像片段：一組是各種運動形式（直線運動、曲線運動、圓周運動等），另一組為波動（足球比賽中看臺上的人浪、大型團體操——紅旗飄飄、藝術體操——長綢舞）。通過類比方法讓學生明白：波動也是一種運動形式。鮮活的實例讓學生學習氣氛活躍，處于積極思維狀態，不僅強化學生對波的感性認識，建立波的概念模型，而且讓學生深刻感受到物理既來源于社會生活又高于生活，提高概念教學的有效性。

（二）多通過實驗演示探究建立情景或模型加強物理概念感性認識和理解，從而提高物理概念教學的有效性。在《自感》一節教學中，我們常用鎮流器做實驗，讓學生親身體會“被電”的感覺，這樣學生自然理解什么是自感現象，比教師口頭傳授效果好很多，而且學生還能很好地與“互感”區別開來。又如“安培力就是磁場對電流的作用力”也應通過實驗演示說明，如果條件允許最好讓學生親自操作，通過改變電流的大小，改變導線長度和方向感受對安培力的影響，這樣學生一定會對安培力有強烈的感性認識，形成對F=BIL的適用條件更深刻的記憶和理解，這樣運用公式解決問題時，學生自然就不容易出錯。平時教學中應多做實驗，教材有要求的一定要演示，沒有要求的也要盡量創造條件演示。很多物理教師因怕麻煩往往忽略這一點，認為演示實驗隨便講解學生了解就可以了，其實遠遠不是這樣的，不符合新課改理念和精神，教師精心設計的實驗可以很好地簡化和純化學生的感性認識，對學生摒棄錯誤的前概念有一針見血的效果，讓學生透過現象看到本質，是物理概念教學非常有效的一種手段。

（三）多從人文、哲學和藝術等不同角度闡述物理概念加強感性思維，提高物理概念教學的有效性。教學中注重引導學生找出概念的本質屬性，讓學生真正理解概念的內涵和外延。因為物理概念是對客觀事物本質屬性的抽象和概括，要讓學生正確地理解概念，就必須引導學生找出概念的本質屬性，讓學生真正理解概念的內涵和外延，從而正確掌握概念。教科書往往只從正面以單一方式敘述，教師倘若只是機械地照本宣科，就會使學生對概念的理解有片面性，缺乏立體感。從不同角度定義物理概念可以深化學生對概念的理解。如對“機械波”的概念理解，可以引導學生思考和討論意大利著名畫家、雕刻家、建筑師達·芬奇關于麥浪形成波的精彩描述。從不同視角探討問題，從不同角度深化理解機械波，讓學生感受物理學也有人文、哲學和藝術美，從而真正達到立體掌握物理概念的目的。

（四）多從物理學史實的有機闡述中加強物理概念感性認識，培養學生深化理解物理概念的能力。如對“力”和“光”的概念教學中，引入人類歷史上不同時期物理學家對力和光的看法和認識，特別是曾經錯誤的描述，如何去偽存真最終得到正確的概念，既讓學生有更深刻的認識和正確理解，又教育學生學會如何正確對物理概念進行科學抽象的方法。幾乎高中物理涉及的每個物理概念其實都有其發展演變的“歷史”，若在平時教學中能恰當引入相關物理學史運用于物理概念教學，同時融入辯證唯物主義哲學方法教育，讓學生了解其來龍去脈，物理概念教學有非常廣闊的展示平臺，學生會在多方位快樂學習過程中輕松而深刻掌握，強化對物理概念的理解，從而切實提高概念教學的有效性。這恰恰是新課改理念在新教材中的充分體現。

（五）多進行嚴密的邏輯推理演示、訓練，培養學生嚴謹的思維能力，從而提高物理概念教學的有效性。由于初中物理知識較為簡單，很多知識物理概念可能不需要通過嚴密邏輯推理，自然在學習過程中弱化對嚴密邏輯推理能力的培養。高中物理概念不僅具有高度概括性、抽象性，還具有嚴密的邏輯性和準確性。教學必須加強邏輯嚴密性思維訓練和思想滲透。即使如“重力是由于地球的吸引產生的”這樣簡單的概念，教師在教學過程中一定要講清楚重力為什么不是引力，通過“咬文嚼字”的辨析讓學生體會物理概念的準確性和嚴密性。又如摩擦力的概念教學中必須讓學生根據摩擦力方向產生條件進行大量摩擦力方向判斷，平時教學只有這樣不斷滲透嚴謹的思維訓練意識，才能在長期教學中培養學生嚴謹的物理思維能力，達到對物理概念準確理解和熟練運用的目的，從而實現物理概念的有效教學。

（六）多引導學生運用類比方法對概念進行對比分析，深化物理概念的理解，從而提高物理概念教學的有效性。在物理概念教學中如果能引導學生對相似概念進行對比分析，讓學生了解相似的地方和本質不同的地方，可以深化學生對概念的理解，達到防止概念混淆的良好效果。如講解電動勢這一概念，教師應與電勢差這個概念對比，通過數學式表達看出電動勢是E=■，而電勢差是U=■，讓學生很好地把二者區別開來，真正掌握“電動勢”這一概念。倘若不講清楚其本質意義并加以對比，學生容易與電勢差混淆形成錯誤理解。

（七）多運用科學方法，引導學生從數學表達式中深刻領悟物理概念的內涵，從而提高概念教學的有效性。由于數學表達式具有高度概括性特征和簡捷又嚴密的邏輯思維方式，能為描述具有深刻內涵的物理概念和規律提供最佳表達形式;簡化和加速人們進行物理思維的進程。如“電容”這個概念，它的比值定義式是C=■=■，在教學過程中一定要讓學生領會比值定義式概念科學方法及特點，學生很容易判斷出電容與電量或電壓無關，而是由本身性質決定的，即從決定式C=■中輕易判斷出電容與正對面積和電介質成正比與距離成反比，這樣既簡單又記憶深刻。要實現物理概念的有效教學，千萬不能只進行單純的文字說明，或讓學生死記硬背公式，這都是不可取的。在物理教學中如果充分發揮數學方法和數學思維在處理、分析、表述和解決物理問題中的作用，引導學生自覺地、有針對性地將物理概念和數學方法有機結合起來，真正做到既能把物理問題轉化為數學問題，又能從數學表達式中深刻領悟其物理概念的內涵，那么物理概念教學就會事半功倍。

總之，在物理概念教學過程中，教師必須認真研究分析學生對物理概念學習產生障礙的種種根源，并采取相應教學手段，切實糾正學生在概念學習過程中的錯誤偏差，加強學生的“感性認識”和“理性思維”培養，使學生習得正確的物理概念思維方法，提高能力。不僅有利于提高物理概念的教學有效性，而且促進物理思想方法在教學中的有效滲透，很好地培養學生的科學素養。

參考文獻：

[1]廖伯琴.物理教育學.北京：高等教育出版社，2012.

[2]楊東冬.中學物理概念教學研究.陜西師范大學，2012.

[3]陸永華.物理概念有效教學內涵解讀與實施.教育研究與評論（中學教育教學），2009（06）.