物理學(xué)習(xí)的思維障礙探源及對策
人的認(rèn)知遵循一定的認(rèn)識規(guī)律,要研究學(xué)生物理學(xué)習(xí)中的思維障礙到底是怎樣產(chǎn)生的這個(gè)問題,應(yīng)該把學(xué)生這個(gè)學(xué)習(xí)的主體和學(xué)習(xí)的內(nèi)容結(jié)合起來,了解二者之間的相互制約關(guān)系。首先,學(xué)生學(xué)習(xí)物理受自身的心理認(rèn)識水平和生活經(jīng)驗(yàn)的制約;其次,還受學(xué)習(xí)內(nèi)容的概括性、抽象性程度的制約。物理知識由物理概念、物理規(guī)律、物理實(shí)驗(yàn)和物理研究思想方法等組成,是人們解決物理問題的基礎(chǔ)。初中階段的物理知識具有一定的概括性和抽象性,學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)若不能真正把握知識的內(nèi)涵、聯(lián)系及其區(qū)別,在運(yùn)用物理知識進(jìn)行物理思維時(shí),往往會產(chǎn)生一些思維障礙,出現(xiàn)各種各樣的錯誤,如亂套公式、張冠李戴、思維混亂等現(xiàn)象。本文擬就學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中經(jīng)常出現(xiàn)的幾種思維障礙的形成原因作以的分析,并提出相應(yīng)的矯正辦法。
(一)、先入為主的生活觀念形成的思維障礙
物理學(xué)的研究對象是自然界中的客觀物體及其運(yùn)動規(guī)律,學(xué)生天天置身于千變?nèi)f化的物理世界中,會自然地獲得有關(guān)物理方面的感性認(rèn)識,形成一定的生活觀念和經(jīng)驗(yàn),這是學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的前提條件。先入的生活觀念有的基本正確,對學(xué)習(xí)有積極的促進(jìn)作用,也有的觀念是錯誤的,對物理概念的形成、物理規(guī)律的正確理解和運(yùn)用,將起一定的消極作用,造成一定的學(xué)習(xí)障礙。主要表現(xiàn)有兩點(diǎn):一是妨礙概念理解的全面性、完整性,造成對概念的片面理解;二是阻斷知識間的內(nèi)在聯(lián)系,造成知識與應(yīng)用脫節(jié)。例如,在學(xué)習(xí)力和運(yùn)動的關(guān)系這部分知識之前,許多學(xué)生都有這種看法,認(rèn)為靜止的物體,用力推動它時(shí),它才會運(yùn)動,力停止作用時(shí),它就會停下來,推物體的力越大,物體運(yùn)動的就越快,速度就越大,實(shí)際上,這種生活中形成的觀念是片面的,結(jié)論是錯誤的。而等學(xué)生學(xué)完了力和運(yùn)動的這部分知識之后,才對此有了正確的認(rèn)識,但是,仍有一部分學(xué)生,因?yàn)槭茉绣e誤的生活觀念和經(jīng)驗(yàn)的干擾和影響,運(yùn)用物理概念和規(guī)律的思維判斷被阻斷,不能聯(lián)系所學(xué)的知識,想當(dāng)然、習(xí)慣性的按錯誤的生活觀念進(jìn)行判斷,所以妨礙了物理概念的建立和鞏固。同時(shí),原有的錯誤觀念和經(jīng)驗(yàn)還有一大特點(diǎn),就是比較頑固、不是一朝一夕就能改正。
總之,先入為主的生活觀念、錯誤經(jīng)驗(yàn)往往驅(qū)使學(xué)生作出想當(dāng)然地錯誤判斷,阻礙學(xué)生對物理知識的掌握。要克服和糾正這類錯誤觀念,可采取如下幾個(gè)做法:一是講解概念時(shí),應(yīng)展開充分的分析、討論,讓學(xué)生弄清概念的來龍去脈,明確概念的形成過程,以達(dá)到對概念內(nèi)涵的準(zhǔn)確理解和掌握。二是加強(qiáng)知識訓(xùn)練環(huán)節(jié),反復(fù)矯正反復(fù)鞏固,加深理解。三是用一些生動的物理實(shí)驗(yàn)或物理現(xiàn)象給學(xué)生以更強(qiáng)烈地刺激,形成鮮明的對比,說明原有觀念的錯誤所在,使原有觀念發(fā)生動搖,直至清除。
(二)、 相近物理概念混淆形成的障礙
物理上有許多相近的物理概念,它們既相互聯(lián)系又相互區(qū)別,具有不同的本質(zhì)屬性。有的學(xué)生對它們的物理意義理解不透,區(qū)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(guān)系簡單化,要么同時(shí)變大,要么同時(shí)變小。如壓力和壓強(qiáng)二者都是有關(guān)力的一個(gè)物理量,壓力是垂直作用在物體上的力,壓強(qiáng)是單位面積上受到的壓力,是表示壓力的作用效果,有些學(xué)生認(rèn)為壓力越大壓強(qiáng)越大。要克服這種思維障礙,可以抓住兩個(gè)概念的差異,從不同的角度突出這種差異,進(jìn)行區(qū)別。一是可以通過列舉具體的典型例子加以糾正,使概念深化,找出兩者之間的內(nèi)在聯(lián)系和區(qū)別,如同樣用力打木樁,為什么鈍的難打進(jìn)去,而削尖的容易打進(jìn)地面去,學(xué)生通過這一物理情境就可以具體地理解這兩個(gè)量的區(qū)別,避免混淆。二是可以運(yùn)用圖象進(jìn)行區(qū)別。
(三)、類比不當(dāng)形成的思維障礙
類比是一種重要的推理方式,是人們認(rèn)識新事物或有所新發(fā)現(xiàn)的重要思維方式。但類比不是一種嚴(yán)密的推理,類比推理的結(jié)果是否正確,還需要經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的過程中,正確恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用類比,可以幫助學(xué)生掌握所學(xué)的知識。如可以把原子中電子繞核的圓周運(yùn)動與人造衛(wèi)星繞地球的圓周運(yùn)動進(jìn)行類比。這樣的學(xué)習(xí),既可以加強(qiáng)知識之間的聯(lián)系,深化對知識的理解,也能提高學(xué)習(xí)的效率,促進(jìn)思維方式的發(fā)展。同時(shí),也要讓學(xué)生認(rèn)識到,有時(shí)類比不當(dāng),反而會造成學(xué)習(xí)知識的思維障礙。速度和功率這兩者就不可作類比聯(lián)想,否則就會作出錯誤的結(jié)論。只因這一差別,使兩個(gè)圖象的物理內(nèi)容、物理意義完全不同。學(xué)生如果忽略了這一點(diǎn),就會形成思維上的障礙,思維的結(jié)果就是錯誤的。我認(rèn)為,克服這種思維障礙的有效辦法,就是抓住兩個(gè)現(xiàn)象之間的突出差別,分析其差異,找出類比不具備的前提條件,才能消除這種思維障礙,培養(yǎng)學(xué)生良好的類比思維方法。
(四)、物理公式數(shù)學(xué)化形成的思維障礙
數(shù)學(xué)是學(xué)習(xí)和研究物理學(xué)的重要工具,運(yùn)用數(shù)學(xué)工具解決物理問題的能力是中學(xué)物理教學(xué)大綱和中考說明中要求的一項(xiàng)重要能力。在教學(xué)中,我們往往發(fā)現(xiàn),學(xué)生在運(yùn)用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的過程中,經(jīng)常撇開公式的物理意義,忘記公式所表達(dá)的物理現(xiàn)象之間的因果關(guān)系,因而造成了運(yùn)用公式分析物理問題的思維偏差。如F。溅岩篻V排,左端代表一物理事實(shí),而右邊僅代表一種定義的方法,測定方法?朔@種思維偏差的主要措施,一是要強(qiáng)調(diào)公式的物理意義,理解公式所描述的物理現(xiàn)象、物理實(shí)事之間的因果關(guān)系、決定關(guān)系。二是要明確公式的來龍去脈,增強(qiáng)公式的物理色彩,突出對問題的物理意義的分析,防止單純數(shù)學(xué)公式的教學(xué)法,減少純公式數(shù)值代入計(jì)算的訓(xùn)練,讓學(xué)生善于運(yùn)用數(shù)學(xué)知識、數(shù)學(xué)方法描述物理問題,真正建立起物理上的數(shù)量關(guān)系,增強(qiáng)運(yùn)用數(shù)學(xué)知識的意識,提高運(yùn)用數(shù)學(xué)工具的能力。
(五)、概念內(nèi)涵和外延的模糊形成的思維障礙。
任何一個(gè)物理概念都是內(nèi)涵和外延的統(tǒng)一,我們通常所說的使學(xué)生掌握物理概念,一方面指的是要理解物理概念的內(nèi)涵,同時(shí)也要求明確其外延。所謂外延,即概念所涉及的范圍和條件,公式的適用范圍和成立條件。教學(xué)實(shí)踐告訴我們,使學(xué)生弄清概念的外延是深化對概念的理解、正確運(yùn)用物理概念解決實(shí)際問題的前提條件。但由于概念的外延指的是適用該概念的一切有關(guān)事物,因此,學(xué)生在理解或?qū)嶋H運(yùn)用概念時(shí),有時(shí)會不自覺地縮小或擴(kuò)大概念的外延,因而造成錯誤的結(jié)果。縮小概念外延主要表現(xiàn)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(gè)別的圖景代替圖景的全部。如在水平方向勻速飛行正在空投求援物資收音機(jī)的策略能變化情況,只考試高度對勢能的影響,忽略了質(zhì)量的影響等。發(fā)生這一錯誤的原因,一方面由于學(xué)生頭腦中的物理情景建立的不全面,同時(shí)也暴露出學(xué)生思維缺乏周密性。
相反,也有無意識地?cái)U(kuò)大外延的情況,如P=ρgh,液體壓強(qiáng)跟密度和深度有關(guān),而有的學(xué)生認(rèn)為氣體壓強(qiáng)跟高度也成正比,忽略了空氣密度的變化 。為了克服這種思維障礙,在教學(xué)中必須把基本概念的物理意義講清楚,講清公式的適用范圍,配合練習(xí)加強(qiáng)運(yùn)用,在運(yùn)用中進(jìn)行檢查,深化理解,逐步達(dá)到正確掌握基本知識的目標(biāo)。
(六)、思維定勢干擾形成的思維障礙。
學(xué)生運(yùn)用掌握的知識,形成了一套切實(shí)有效的分析解決問題的推理方式和方法,變成了學(xué)生的一種能力,一定的思維模式,這種現(xiàn)象叫思維定勢。但這種現(xiàn)象具有雙重性,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(xué)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(fā)展和提高也具有一定的阻礙作用,這種現(xiàn)象在教學(xué)中是很常見的。比如,在物理中常用的正負(fù)號,可表示方向,如表示溫度的高低,也可以表示物體的性質(zhì),如電荷的性質(zhì),有的學(xué)生片面理解為表方向,忘記表示性質(zhì)。再如,學(xué)生學(xué)完初中力學(xué)后,解決動力學(xué)問題的方法主要有兩種,一是運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律,用來分析簡單的力和運(yùn)動的問題;二是運(yùn)用功能觀點(diǎn),即能量守恒定律,雖然兩種規(guī)律的認(rèn)識,學(xué)生能夠達(dá)到的知識水平有限,但在教學(xué)大綱和中考說明的范圍內(nèi),對一些典型問題的分析上,仍然可以暴露出學(xué)生思維上的障礙和慣性。事實(shí)上,有許多典型的問題是應(yīng)該用能量守恒觀點(diǎn)容易解決的,學(xué)生仍往往用力和運(yùn)動定律來分析,這就說明這種方法對能量守恒的知識的理解和提高產(chǎn)生了阻礙作用。要克服這種思維定勢,應(yīng)該注意運(yùn)用典型的事例加強(qiáng)練習(xí),增強(qiáng)訓(xùn)練的新穎性,增強(qiáng)題目的靈活性,重在提高具體問題具體分析的能力,切實(shí)加強(qiáng)審題能力的培養(yǎng),使學(xué)生形成正確的分析習(xí)慣和方法,克服想當(dāng)然的按頭腦中的思維套路來解題的不良習(xí)慣。
總之,為了有效克服以上所述的各種思維障礙,就必須認(rèn)真研究學(xué)生思維障礙產(chǎn)生的根源,采取各種教學(xué)手段,增強(qiáng)預(yù)見性和針對性,切實(shí)糾正學(xué)生思維過程中的錯誤偏差,并且在運(yùn)用中不斷鞏固、深化、提高思維能力。
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