談初中科學教學中學生的思維障礙

吳以瑞

[摘要]學習障礙是學生學習過程普遍存在的現象，本文從思維定勢干擾、直觀現象、錯誤生活經驗、邏輯性、條件制約、概念混淆、公式數學等化七個方面對科學學習中的思維障礙進行多角度闡述分析和排障。在科學教學中，有意識地幫助學生分析和排除思維障礙對提高科學學習效率具有重要作用。

[關鍵詞]初中科學 學習思維 障礙分析

科學知識由概念、規律、實驗等組成，是人們解決科學問題的基礎。科學知識具有高度的概括性和抽象性，學生學習時若不能真正把握知識的內涵、聯系及其區別，在運用科學知識時，往往會產生一些思維障礙，會出現各種各樣的錯誤，如張冠李戴、亂套公式等現象。學生正確理解科學知識不但受自身的心理認識水平和生活經驗的制約還受學習內容的概括性、抽象性程度的制約。因此分析學生的學習思維障礙，并為他們排除這些障礙，對培養學生思維和提高科學教學效率具有重要意義。本人結合教學實際，對學生學習思維障礙的形成原因分析如下：

一、由思維定勢干擾形成的思維障礙

所謂思維定勢，就是人腦多次受到某種外來信號的刺激作用而形成的一種固定的思維方法。這種思維方法對人的大腦思維活動存在兩種作用：既有積極的作用，又有消極的作用。從正面說，思維定勢的形成表明學生不僅掌握了知識，并且也形成了一定的思維推理能力；從反面說，這種思維定勢對分析解決能力的發展和提高也具有一定的阻礙作用，是不可取的。這種思維方法最大特點是不善于區分研究對象和舊有經驗之間的差異，僅僅憑借舊有經驗就直接套用在新研究對象上，往往跳不出舊有的“框架模式”，使思維誤入岐途。科學教學中的定勢思維通常有以下兩種情況：

1、日常生活的思維定勢對學習自然科學的干擾

學生在沒有學習科學以前，往往從自己狹隘的生活經驗出發，對于許多自然科學現象和一些事物形成有一定的看法和觀點，并形成概念。這些概念很多是浮淺的、不完整的，甚至是錯誤。即形成一定的定勢思維，嚴重地干擾了學生對自然科學現象、自然科學本質的認識。如“鐵比木頭重”，“重的物體下沉，輕的物體上浮”，“運動物體受到向前的力大于向后的力”等等概念，這些過去曾經確認是“事實”的，實際上是來自生活經驗的錯誤判斷，已形成了定勢思維。為了排除這種錯誤的定勢思維的干擾，應引導學生認真地分析現象，反映本質。例如①：分析物體的沉浮時，不能片面分析物體的輕、重，還要通過分析物體排開液體所受到的重力大小即浮力大小。只有比較浮力和物重的大小，才能確定物體的浮沉，如浮力小于物重則物體下沉。例如②：在公路上運動的轎車通過剎車的作用而使其停止運動，轎車停下來的原因是什么呢？許多同學會認為是剎車的橡皮和鋼圈之間摩擦力迫使其停下來，這是來自生活經驗的錯誤判斷，要通過分析其現象反映本質：剎車后滾動摩擦改滑動摩擦，增大了摩擦，是車輪和地面之間的摩擦力迫使轎車停下來。由此可見，思維定勢在人們接受新思想、新知識時，在對問題進行分析和判斷時的影響是消極的，有害的。

2、舊知識的思維定勢對新研究現象的干擾

在教學過程中，講授某些問題時，可能因為側重講授主要因素而忽視了某些次要因素。由于這些純粹的側重點對學生大腦的強力刺激，容易使學生將側重因素認為是唯一因素，造成思維定勢。例如：圖1所示，水平放置的彈簧秤A在G1、G2的作用下處于平衡狀態，G1=G2=10N，則圖中彈簧秤的示數T是多少呢(秤自重不計)？許多學生回答：T=20N。原因是同學受圖2所示的定勢思維干擾，把圖2中的側重點“彈簧秤測得力的大小是作用在秤鉤上的一個拉力”這一定勢思維干擾，根據圖1分析，左、右各有一個等大力作用于秤鉤上，容易得到T=20N。要克服這種思維定勢，最佳的做法是實驗加分析，其次變式情境分析如圖3所示，彈簧秤示數是多少牛？墻對彈簧秤的拉力是多少牛呢？上述兩種方法都可以比較容易讓學生克服頭腦中的原有思維定勢，促成概念的正確建構。

二、先入為主的錯誤生活經驗形成的思維障礙

科學的研究對象是自然界中的客觀物體及其結構和運動規律等等，學生天天置身于千變萬化的世界中，會自然地獲得有關科學方面的感性認識，形成一定的生活觀念和經驗，這是學生學習科學知識的前提條件。先入的生活經驗有的是正確，對學習有積極的促進作用；也有的是錯誤，對概念的建構、規律的正確理解和運用，將起一定的消極作用，造成的學習障礙。如七年級科學(下)講到“運動和力”時，要讓學生正確建立“力不是維持物體的運動原因，而是改變物體運動狀態原因”是非常不容易的。這主要是學生受到先入為主的錯誤生活經驗的影響。他們平時所感受到的是用力推車，車才前進，停止用力，車就要停下來，推車的力越大，車運動的就越快，速度就越大，實際上，這種生活中形成的經驗是片面的，結論是錯誤的，已在學生頭腦中牢固形成。但是，仍有一部分學生，因為受原有錯誤的生活經驗的干擾和影響，運用科學概念和規律時，思維判斷被阻斷，不能聯系所學的知識，想當然、習慣性的按錯誤的生活經驗進行判斷，所以妨礙了科學概念的建立和鞏固。

三、直觀教學中直觀現象對理性思維的障礙

由于初中學生的抽象邏輯思維仍以經驗型為主，教師在教學中必須加強直觀教學，應運用大量學生已經具備的感性認識，對于缺乏感性認識的則應運用實物、模型、圖片，配備演示實驗。但直觀教學有時也很難準確、全面地反映其本質，對解決某些問題會造成干擾、負遷移的作用。例如：燒杯中盛有50克水能否漂浮起質量為50克的木塊？絕大數的同學都回答：不可能。分析這種思維障礙產生的原因，是課堂中演示實驗的干擾。學生在課堂演示實驗中能直觀地看到，“浸在液體中的物體受到浮力大小等于物體排開液體的重”。即Ｆ浮=Ｇ排＝Ｇ水=m水g，而這杯水只有50克，也就是說：當這杯水都排凈時，更談不上有浮力，故得出不能托起50克的錯誤結論或更不能托起大于50克的錯誤結論。為排除這種直觀現象的干擾，可引導學生進行如下變通：把燒杯的口徑換成比木塊稍大的，設法使薄水層所包圍的空間體積大于薄水層自身的體積，也就是說使薄水層所包圍的空間體積里水的重大于薄水層自身的重。引導學生正確理解阿基米德定律中所指的“Ｖ排”與包圍這個“Ｖ排”的水的體積大小是相等關系。通過這樣變通可排除干擾，同時還可深化知識使知識延深。

四、邏輯性的思維障礙

學生學習自然科學過程的主要心理活動是思維，而思維是在一定的基礎知識上按某種規律進行的。如找不到規律就會產生邏輯性障礙。所以，在解題時要認真仔細分析題意，把握問題實質，如找關系式，挖掘隱含條件等，就會收到意想不到的效果。如圓柱形容器中裝滿熱水，冷卻時，容器底部壓強有何變化？（設容器的容量不隨溫度變化）。學生易錯解：根據液體壓強計算公式P=ρgh，熱水溫度降低，體積變小，而容器底部面積不變，因此h將變小，所以壓強P變小。正確分析：錯解的原因是只考慮到由于熱水溫度降低，h變小這一因素，未考慮到水質量不變，體積變小、密度ρ變大的因素。正確答案：容器底部壓強不變。

五、因果條件制約的思維障礙

事物的因果聯系總是受條件制約的。對條件的認識是一種比較復雜的思維過程，一些思維能力不強的學生難于進行這類思維；對教材不理解或理解不透的學生也無法對一些條件進行分析和選用，從而使得在有條件關系的習題面前一些學生顯得無能為力。關于功的定義及計算，絕大多數學生都能流暢地表達出來，但解答具體問題時，很多學生又往往不自覺地把“在力的方向上”這一限制條件拋在腦后，從而出現錯誤。如起重機鋼絲繩吊著重2000N的物體，沿水平方向移動5米，求鋼絲繩對重物做的功？學生易錯解：鋼絲繩的拉力F=G=2000N，鋼絲繩對重物做的功W=Fs=2000N×5m=104J。正確分析：上述解答不加分析地套用功的公式W=Fs，對公式中s的自然科學意義不明確。公式W=Fs中，F是作用在物體上的力，s是物體在力的方向上通過的距離。正確解答：鋼絲繩的拉力F和物體的重力是一對平衡力，拉力F的方向是豎直向上。雖然物體沿水平方向移動了5米，但物體在拉力F的方向——豎直向上的方向上沒有移動，即物體在拉力F的方向上移動的距離為零，由功的公式W=Fs可知，拉力做的功為零，即鋼絲繩對重物做的功為零。

六、由概念混淆形成的思維障礙

在學習概念時，若學生不能掌握概念的來龍去脈，不能掌握概念的含義，學生學習新概念又受到舊概念的干擾，從而引起新舊概念的混淆，這是由于學生沒有真正理解掌握概念形成的。例①：木炭燃燒時質量逐漸減少，而鐵絲燃燒時質量會增加。例②：在密封的容積里裝1克水，加熱使其變成水蒸汽。許多同學誤認為：①不遵守質量守恒定律，②符合質量守恒定律。這就說明同學對質量守恒定律沒有真正理解，只片面理解質量相等。質量守恒定律是指物質發生化學變化，而且1克水變成1克水蒸汽，只是狀態發生改變，即發生了物理變化，沒有發生化學變化，所以不符合質量守恒定律。例①這兩個實驗現象是遵循質量守恒定律：因為木炭燃燒時，其中一部分木炭與空氣中的O2發生反應生成CO2擴散到空氣中，這樣在燃燒過程中，帶走了木炭中的炭，使質量逐漸減少，實際上，被燃燒碳的質量+參加反應的O2質量=生成CO2的質量。

七、科學公式數學化形成的思維障礙

學生在學習科學概念和科學規律時，常常不理解科學概念和科學規律的意義，而用數學方法代替科學概念和規律，致使產生不應有的錯誤。科學規律既可用文字表達，也常用數學關系式來表述。數學表達式簡潔地建立了各量之間的一定函數關系，對表述和應用原理、定律提供了方便，但是，定量的方法不能代替原理、定律等的全部自然科學內容。所以，部分學生在解題時，只死記公式、亂套公式，忽視了公式的條件及適用范圍，易產生數學化傾向。例如①：公式R=U/I，R表示某段導體的電阻值，U表示這段導體兩端的電壓，I表示通過這段導體的電流。相當一部分學生分析R、U、I之間關系會產生數學化。即R與U成正比，R與I成反比，其實這種說法是錯誤的。當導體確定后，因導體的電阻由導體本身性質決定，它的大小只取決于導體的材料、長度、橫截面積，另外還跟溫度有關；R不隨U增大而增大，也不隨I的增大而減少。當U增大幾倍，I也隨著增大幾倍，U與I的比值總是為一定值。

綜上所述，教師在教學過程中應能清楚地了解學生各種思維障礙，給予排除，設置懸念，激發學生的積極思維，幫助學生分析事物之間本質聯系，充分讓學生自己動腦、動口、動手，這樣才有利于排除障礙，提高學生思維能力。

參考文獻：

【1】《科學》、《科學教學參考書》，浙江教育出版社，2006年。

【2】張璞揚等：《中學物理教學法》，華東師范大學出版社，1990年。