探討物理學習中的思維障礙3

1、探討物理學習中的思維障礙關注高中生的思維能力培養(yǎng) 物理學是以實驗為基礎的研究物質的結構，物質間的相互作用和物質運動規(guī)律的自然科學，物理學的相關知識具有高度的概括性和抽象性，而物理的學習過程，就是觀察、思維、探索和應用的過程。在物理課程的學習中，學生極易產(chǎn)生畏難情緒，覺得學習起來很困難。這是由于學生在學習過程中不能真正把握知識的內涵、知識間的聯(lián)系及其區(qū)別，產(chǎn)生了思維障礙，才導致出現(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。一、影響學生物理學習中的思維障礙的主要因素1教材因素 高中物理的學習要求學生具備分析推理、綜合歸納等抽象思維能力，要求學生能夠熟練的應用數(shù)學知識來解決物理問題。對于

2、多個研究對象、多個狀態(tài)、多個過程的復雜問題，從物理現(xiàn)象到構建物理模型，再到數(shù)學化的描述，建立一系列的方程，這一過程學生接受起來難度大，不易理解。另外，高中物理教材與所需數(shù)學知識的銜接不緊密，也讓學生的物理學習變得困難。如高一新生尚未學到極限的概念，在學習瞬時速度時就難以理解；沒有接受過微元思想，用v-t圖像與相應時間軸所圍成的面積來表示勻變速直線運動的位移就難以被接受；沒有三角函數(shù)的知識，就不能靈活處理力的合成與分解；沒有函數(shù)圖像的知識，用圖像法研究各種問題就很困難。由于學科之間橫向聯(lián)系的失調，也加大了物理學習的難度，使學生一開始在物理學習上就產(chǎn)生了思維障礙。 2 學生因素高中學生具備一定的認

3、知能力和邏輯思維能力，但由于他們的物理基礎知識有限，物理思維沒有經(jīng)過系統(tǒng)訓練，物理思維方法和思維能力還不成熟。具體表現(xiàn)為：思維具有片面性，缺乏邏輯性和嚴密性。有些學生往往只考慮那些能直接從日常生活的經(jīng)驗中所構建的事物的意義，而不能全面地分析問題，抓住事物的本質和解決問題的關鍵。思維的組織性、條理性差。有些學生的思維缺乏目的性和條理性，不善于將陌生、復雜、困難的問題轉化為熟悉、簡單、容易的問題，遇到問題往往簡單直接的靠直覺經(jīng)驗進行判斷，憑想當然推理。思維缺乏靈活性、變通性。以解題為例，對于一部分學生來說，在讀題、解題中，習慣于生搬硬套公式，而不是努力弄懂問題的含義，不善于根據(jù)具體問題靈活選擇方法

4、，將實際問題轉化為物理問題。很難做到通過弄清物理過程而得出清晰的解題思路。3教師因素教師在教學過程中，往往將大量的時間用于備課做題，忽視了對課堂教學中知識呈現(xiàn)的方法、知識構建的邏輯思維的過程以及與學生交往的方式等方面的精心設計。缺乏課堂教學與學生的實際情景相匹配，沒有認真分析學生的現(xiàn)有知識狀況，對于學生的知識能力有時估計過高，常常覺得有些物理概念很簡單，學生一看就懂，沒有必要花費時間引導學生去探討、挖掘物理概念的內涵和外延，游離于學生思考和生生互動之外門，甚至有些教師只關注解題能力的教學，技巧和“二級規(guī)律”的教學。教授新課時常是“一個定義，幾項注意”、“10分鐘新課，35分鐘習題講解訓練”。這

5、樣，導致不能真正理解物理概念和規(guī)律，從而在物理學習上出現(xiàn)了思維障礙。二、高中學生在物理學習中思維障礙的主要表現(xiàn)1物理概念混淆導致學習思維障礙 物理概念是物理基礎理論知識中一個最重要的組成部分，是構建知識體系的基本元素，它準確地反映了物理現(xiàn)象及過程的本質屬性。學生學習物理知識的過程，實際上就是不斷地建立物理概念，弄清物理規(guī)律的過程。在解決物理問題時，由于對某些概念的理解不到位，導致挖掘不出有效信息，不能快速建立未知量與已知量之間的聯(lián)系，常常出現(xiàn)選擇題選不全，計算題解題效率低下的現(xiàn)象。例如：在地球赤道上的物體受到幾個力的作用？多數(shù)學生回答，受到4個力的作用，分別是萬有引力、重力、支持力和向心力。錯

6、因分析：首先向心力是按照力的作用效果來命名的，它可能是某一個力來提供，也可由某個力的分力來提供，還可以是幾個力的合力來提供，不能說受到向心力。更何況可進行受力分析的應是性質力，不能將效果立混為一談。這個問題暴露出學生沒有真正理解重力和萬有引力之間的關系，出現(xiàn)概念混淆從而導致思維障礙。2思維定勢的消極影響導致學習思維障礙思維定勢是人們在思維中普遍存在的一種心理現(xiàn)象，當人們采取特定的思路去思考問題并取得成功時，以后遇到其他問題時也會采取同的思路去分析思考，這種沿著固定思路和模式去考慮問題的現(xiàn)象，稱之為“思維定勢”。它是人思維活動的慣性，表現(xiàn)為思維的傾向性和專注性。思維定勢具有雙重性、既有積極的作用

7、，又有消極的作用。積極一面是思維定勢的形成有助于學生快速掌握某一類知識和物理規(guī)律，形成了一定正向遷移；消極一面是使思維陷入固定模式，造成思維的惰性和呆板性，壓抑了學生的思維發(fā)散。案例1（江蘇省2012年高考第8題）2011年8月，“嫦娥二號”成功進入了繞“日地拉格朗日點”的軌道，我國成為世界上第三個造訪該點的國家，如圖1所示，該拉格朗日點位于太陽和地球連線的延長線上，一飛行器位于該點，在幾乎不消耗燃料的情況下與地球同步繞太陽做圓周運動，則此飛行器的（ ）太陽地球拉格朗日點圖1A線速度大于地球的線速度B向心加速度大于地球的向心加速度C向心力僅由太陽的引力提供D向心力僅由地球的引力提供思維障礙分析

8、 許多同學一看到該題，就把“嫦娥二號”飛行器和地球看成是環(huán)繞太陽運行的兩顆行星，認為是由于太陽的引力使得它們圍繞太陽做圓周運動，因此太陽的引力提供了它們在各自軌道上做圓周運動所需要的向心力。即 GMmr2=mv2r 得v=GMr ，GMmr2=man得an=GMr2 于是得出軌道半徑越大，線速度和向心加速度則越小，結果認為A.B和D 都是錯誤的。形成這一錯誤的原因是由于受到地球的幾個衛(wèi)星繞地球做圓周運動的模型影響，形成了思維定勢。正確思維分析 由于兩者繞太陽同步移動，角速度相同。根據(jù)公式 v=r 和a=2r得出半徑越大，線速度和向心加速度越大。至于飛行器做圓周運動所需向心力是由太陽和地球對它的

9、引力的合力提供。因此正確答案為A.B。3不能正確建立物理模型導致學習思維障礙物理模型是一種理性化的物理狀態(tài)或物理過程，是物理學中最常見、最重要的科研方法之一。模型思維方法是對研究對象加以簡化和抽象，突出主要因素，忽略次要因素，是分析研究物理問題的一種思維方法，建立一個清晰簡潔的物理模型是分析問題和解決問題的關鍵所在。學生在分析和解答物理問題的過程中，就是識別和還原，開發(fā)和利用物理模型的過程。如果在研究和解決物理問題時，不懂得通過科學的抽象，剔粗取精、去偽存真，就不能建立正確的物理模型，導致碰到比較抽象的物理情景時形成思維障礙。4物理問題的復雜性導致學習思維障礙 高中物理知識不僅要求觀察、實驗能

10、力，還要求具備分析歸納以及綜合等抽象思維能力，能熟練地應用數(shù)學知識來解決物理問題。對于多個研究對象、多個狀態(tài)、多個過程的復雜問題，從物理現(xiàn)象到構建物理模型，從物理模型到數(shù)學化的描述，建立一系列的方程，學生接受起來難度大，從而形成思維障礙。案例2 地球赤道上有一物體隨地球自傳而做圓周運動，所受到的向心力為F1，向心加速度為a1，線速度為v1，角速度為1；繞地球表面附近做圓周運動的人造衛(wèi)星（高度忽略）所受到的向心力為F2，向心加速度為a2，線速度為v2，角速度為2 ；地球同步衛(wèi)星所受到的向心力為F3，向為心加速a3，線速度為v3，角速度為3；地球表面的重力加速度為g，第一宇宙速度為v，假設三者質量

11、相等，則（ ）A. F1= F2 > F3B. a1= a2=g> a3C. v1= v2=v> v3D. 1=3<2思維障礙分析：該題涉及的研究對象有三個，描述每個研究對象的物理量就有4個，而各個研究對象和相關物理量之間的關系又較為復雜，從而導致學生產(chǎn)生思維障礙，具體表現(xiàn)在：1 學生對各個物理量的概念理解不透學生不能正解建立地球赤道上物體，近地衛(wèi)星、地球同步衛(wèi)星三者做圓周運動的物理模型學生找不出各研究對象及相關物理量之間的聯(lián)系，挖掘不出隱含的條件。正確思維分析：建立三者做圓周運動的物理模型，找出三者之間的聯(lián)系，挖出隱含的關系，明確向心力的來源。三者向心力的來源不同：同

12、步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星繞地球運行的向心力由地球對它們的萬有引力提供，而赤道上的物體隨地球自轉的向心力由萬有引力和支持力的合力提供。由于向心力的來源不同，所以萬有引力提供向心力的表達方式不同。三者周期不同；赤道上的物體隨地球自轉的周期為了T1=24h，近地衛(wèi)星的周期約為T2=84min，同步衛(wèi)星的周期T3=24h?？梢奣1= T3> T2三者軌道半徑不同：赤道上的物體隨地球自轉的軌道半徑r1=R，近地衛(wèi)星的軌道半徑r2=R，同步衛(wèi)星的軌道半徑r3=R+h。可見r1= r2< r3由此找出各物理量之間的關系應是：向心力關系F2>F3>F1，向心加速度關系a2=g>a3>

13、;a1，速度關系v2=v>v3>v1，角速度關系1=3<2 三、克服思維障礙、培養(yǎng)思維能力的關鍵策略 思維能力是智力發(fā)展的核心問題，也是中學物理教學中培養(yǎng)學生能力發(fā)展的核心問題。因此培養(yǎng)學生的思維能力，是物理教學的重要任務之一。思維能力是在思維活動中發(fā)展起來的，要發(fā)展學生的思維能力前提就是激發(fā)學生的積極思維，并且引導他們掌握正確的思維方法。怎樣培養(yǎng)學生的思維能力呢？1創(chuàng)設物理情景，營造和諧氣氛，激發(fā)啟迪思維學起于思，思源于疑，疑則誘發(fā)探究，誘發(fā)思維，誘發(fā)創(chuàng)新。在課堂教學中教師應創(chuàng)設情境，營造和諧的氛圍，建立師生平等的互動溝通平臺，引導學生敢于質疑，鼓勵學生積極思考，激發(fā)學生不

14、斷思維，讓學生自主學習，主動參與，充分調動學生的學習興趣和積極性。案例3 “自由落體運動“創(chuàng)設情境教學片斷多媒體片頭播放落體運動情景（伴背景音樂）（創(chuàng)設意圖：創(chuàng)設物理情景，激發(fā)學生的學習興趣和求知欲望）1 活動設計：創(chuàng)設情景導入 課前設計好“測反應時間的刻度尺”引問：一般刻度尺是用來測量什么的呢？學生答：用來測量長度的。老師：老師手中的這把尺很神奇，它還能用來測量反應時間，誰想知道自己大腦反應的時間是多少？可以用我的這把尺來測量。（選幾個同學上來測反應時間，比比誰反應快。）創(chuàng)設意圖：充分調動學生積極參與，激發(fā)學生思維。2 引入課題師：同學們一定想知道這把尺為什么能測出你的反應時間，它的奧妙與我

15、們今天所要認知和研究的一種運動密切相關。播放視頻動畫 蹦極運動；雨滴從屋檐下落；樹葉從空中飄落 引問：觀察并指出以上畫面情景中物體相似的運動特點。教師在學生表述的基礎上提出問題；畫面中的物體都做下落運動，這類下落的運動稱為落體運動，這節(jié)課我們一起來研究落體運動是否具有一定的規(guī)律。創(chuàng)設意圖：從生活情景中創(chuàng)設物理情景，以培養(yǎng)學生在生活中聯(lián)系物理的習慣。3 物理學史情景導入簡單介紹亞里士多德和伽利略關于落體運動的研究。創(chuàng)設意圖；創(chuàng)設物理學史情景，以培養(yǎng)學生的科學方法和素養(yǎng)。2強化物理概念和規(guī)律形成過程，培養(yǎng)抽象思維能力物理概念是抽象思維的成果，物理概念教學的目標之一就是培養(yǎng)學生的思維能力。良好的物理

16、抽象思維能力不是與生俱來的，后天的生活和學習經(jīng)歷才是培養(yǎng)它的主要途徑。首先，在物理概念和規(guī)律教學中，教師應該積極引導學生在感性材料的基礎上運用分析與綜合、抽象與概括、歸納與演繹、比較與分類、還有科學推理的等抽象思維方法來建立概念。其次，在解決物理問題過程中，教師應引導學生從不同調度、不同側面去分析問題。做到一題多思、一題多變、一題多解、多題一解。教師應當有目的地對學生進行各種思維訓練。例如：邏輯思維、直覺思維、逆向思維、聚合和發(fā)散思維、類比和聯(lián)想思維、局部和整體思維、批判和創(chuàng)新思維等等。3引導學生設計實驗，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力實驗是物理教學的核心，任何物理概念和規(guī)律建立的過程都是不斷實驗的過程。若

17、沒有實驗的過程，學生的思維能力就成了無本之源。教師要重視實驗，多開展些設計性實驗。設計實驗過程是一個不斷設計、探索和創(chuàng)新的過程，應鼓勵學生根據(jù)教師提供的實驗目的，根據(jù)已有實驗條件，自主查閱參考資料，設計實驗方案，自選實驗設備，自似實驗步驟，多次實驗后，還要對實驗結果進行系統(tǒng)的分析和調試，逐步完善實驗方案。在這一過程中需要學生動腦思考、動手操作，既培養(yǎng)了學生的實踐能力，又訓練了學生的創(chuàng)新思維能力。案例4 要求學生運用已學過的物理知識和規(guī)律，設計測量當?shù)刂亓铀俣鹊膶嶒灧桨?。學生積極思考，設計方案如下：1 利用打點計時器測出當?shù)刂亓铀俣龋? 利用單擺的周期公式測出當?shù)刂亓铀俣?；利用頻閃照相機拍

18、出做自由落體運動物體的頻閃照片，測出當?shù)刂亓铀俣?；根?jù)物體自由下落，由h=12gt2，測出自由下落時間，從而求出加速度。設計的方案很多，凡是涉及重力加速度的物理規(guī)律，都可以作為設計測定實驗方案的依據(jù)，但從實踐上看，并非所有的方案都可行，需綜合考慮，甚至要通過不斷實驗、再完善，再改進，最后選出最佳實驗方案。通過這一系列的探索過程和不斷地思考，不僅大大激發(fā)了學生的學習興趣，學生的創(chuàng)新思維能力也受到了系統(tǒng)的訓練和培養(yǎng)。4滲透科學方法教育，提高思維能力 物理知識是在應用了一定的物理方法的前提下產(chǎn)生的，學習和掌握物理知識也必須遵循一定的方法。只有掌握了科學方法，才能提高學生的思維能力，才能使學生在以后的學習和工作中少走彎路。正如笛卡爾所說：“最有價值的知識是關于方法的知識”，也就是說學校教育給學生的最具生命力的教育成果應該是教會學生