打破物理實驗中的思維定勢

摘要：在深入開展素質教育的今天，物理教學工作者越來越重視物理實驗，它是物理教學的一種重要手段，使學生學習物理知識的一種基本方法和途徑，但物理實驗自然也存在著好與壞的問題，運用得好可以提高授課質量和學生的物理思維能力、技能，運用得不好也會產生一定的負面影響和思維定勢。本人經過歸納分析總結，思維定勢表現在4個方面，并提出了在教學實驗中如何克服思維定勢，培養學生創造性的具體方法，在今后的物理實驗教學中或許能起到拋磚引玉的作用。

關鍵詞：物理教學 物理實驗 思維能力 思維定勢

美國太空總署曾經進行了一次難題招標，其內容是設計一種超級太空筆，要求這種筆能在真空和失重狀態下使用，而且長時間不需用墨水，必要時可以倒著寫。于是許多專家和設計者都拿出了不少設計圖紙和實施方案，但那復雜的結構無不使招標委員會的人望筆興嘆。

一天，太空總署又收到了一個包裹，工作人員打開一看，不由全怔著了。好大一會兒才嘩然大笑，拍手稱妙。原來這包裹是一名小學生寄來的，里面裝著一只鉛筆，兩端已經削尖，隨附的一張紙條上寫著：“何不試試鉛筆。”

對于這個事例，現在的共同解釋是：人們在分析和解決問題的時候，經常會按某一種思維方式處理問題，不能開拓自己的思維能力，從而形成了一定的思維定勢，很大程度上束縛了人們的創造發明能力。可見，打破思維定勢，培養思維能力，對科研活動是多么重要。

筆者在物理教學過程中發現，由于受傳統的應試教育影響，經常會發現學生頭腦中存在著各種思維定勢。有些學生在做物理實驗時往往是先入為主，以偏概全。有些學生不能正確驗證物理概念和規律，往往是死記硬背，似懂非懂，對物理實驗停留在表面現象的認識上，缺乏從本質上作科研分析，缺乏一定的科學探索和研究能力。常見的物理實驗上的思維定勢表現在以下幾個方面。

1.受類似實驗影響而形成的思維定勢

有些學生在物理實驗中，受類似實驗現象的影響，缺乏對具體問題的深入分析而形成的錯誤認識。

例如：把一木塊直立在小車上，使小車與木塊一起沿水平面運動，當小車遇到障礙物而突然停止，問木塊是否傾倒？如果會，傾倒的方向如何?試分析之。

有些學生回答會先前傾倒。理由是木塊與小車一起運動，當小車突然傾倒時，木塊上部因慣性仍在運動，而下部因摩擦而靜止，所以向前傾倒。——這顯然是受類似初中慣性實驗的影響。

有的學生回答不會傾倒。理由是：若小車底板光滑，小車與木塊無摩擦力，木塊上下兩端因慣性而一起向前勻速運動，故不會傾倒。—— 這顯然是受高一另一類慣性實驗結果（表面光滑）的影響。

其實上述兩種觀點都有一定道理，但都只是表面認識，沒有深入思考。由此可以看出，教學實驗處理不好對學生的負面影響之大。其實木塊傾倒與不傾倒與木塊的幾何尺寸及木塊與小車之間的摩擦系數有關。正確分析如下：

可見，傾倒與不傾倒，與μ和木塊的幾何尺寸有關，不能一概而論。

2.因教學演示方法不當而形成的思維定勢

阿基米德定律這樣表述：“浮力的大小等于物體排開液體的重量。”不過教師在做演示實驗中，常把物體放在盛滿水的杯子中，把物體“排開”所溢出的水流入容器內，稱其容器內水重就是物塊所受浮力的大小。這就給人一種錯覺，即“排出即流出”的錯誤結論。

為了糾正這個錯誤結論，現在設一個問題：“1N水最多能產生多大浮力？”若按“排出即流出”的結論則應該是：“1N水最多能產生1N的浮力”，因為1N的水既是全部排出，也只能有1N。

我們可以做這樣一個實驗來證明上述結論的錯誤。

3.只注重實驗現象忽視了本質而形成的思維定勢。

講到“沸騰”概念時做的實驗是：取半杯水放在酒精燈上加熱，當液面發生劇烈汽化時，這個過程就叫沸騰，于是給出“沸騰”的定義：給液體加熱，當液體升到一定溫度時，液體內部出現大量的氣泡，升到液面破裂，放出汽體，這是整個液面出現劇烈變化，這種現象叫沸騰。

如果向學生提出這樣一個問題：鍋里的水燒開后，舀入鋁勺里一些，放在燒開的水面，再繼續對鍋加熱，鍋里的水繼續沸騰，而勺里的水會沸騰嗎？

絕大部分學生都以為勺里的水會沸騰。實際上勺里的水是不會沸騰的。原因是①水即使燒到100℃也還要繼續吸收熱量（汽化熱）才能沸騰，鍋里的水就是不斷地吸收熱量而沸騰的。②水在沸騰時溫度不會再升高，鍋里和勺里的水溫相同（100℃），它們之間沒有熱傳遞，因此勺里的水不會沸騰。

4.在物理實驗中受日常生活的影響而形成的思維定勢

在牛頓第一、第二定律的實驗中，學生仍然在重復亞里士多德關于“力是物體運動的原因”這個錯誤觀點，而這個觀點早在幾百年前就已被伽利略推翻，而現在有些學生仍然是認識不清，往往錯誤認為：合外力的方向就是物體的運動方向，若物體沿斜面向上運動，就會錯誤地認為物體一定有受斜面向上的力。又如“大馬拉小車”問題，總認為馬拉車的力一定大于車拉馬的力。這類問題不一而足。究其根源在于日常生活觀察或經驗中由知覺造成的錯誤認識。但去解釋這類現象時，學生往往不自覺地拋開科學概念和規律，憑主觀感覺做出錯誤的結論，這種現象往往影響著人們的思維和創造能力。

法國物理學家貝爾納說：“構成我們學習的最大障礙是已知的東西，而不是未知的東西。”教師要善于在物理實驗中打破學生的思維定勢，培養學生的創造性思維能力，具體做法有以下幾點。

(1)培養學生的發散性思維。試驗決不能視為一種孤立的過程或事件，而是與思維相關的。實驗課要有開展創造性思維活動的過程，教師要善于提出問題，珍惜學生實驗時的“閃光點”。

(2) 鼓勵學生對問題的合理猜測，然后進行實驗來驗證，培養直覺思維。即使學生的猜測是錯誤的，也應積極予以鼓勵。

(3) 加強對學生應變能力的訓練，教師對實驗內容提一些新的變化，讓學生再實驗，看結果又如何。

(4) 要適當增加一些探索性實驗，以激發學生的探索精神。讓學生進行探索性實驗，自己“發現”規律。可以使學生學到探索物理知識的方法，進一步受到科學實驗的熏陶。這類實驗比較復雜、困難，教師要首先就實驗的目的，研究的對象，使用的儀器及觀測什么現象，記錄哪些數據，控制條件，數據處理，誤差分析等一些列問題對學生進行指導，使每個學生做完一個探索性實驗都有所收獲，得到教益。

正如愛因斯坦所說：“科學的創造性精神的活動的開展，需要不斷地爭取兩類自由，即外在的自由和內在的自由。”任何一種實驗都對學生理解基本物理概念，原理等都有幫助，但是，是否可以引入教學，關鍵是看其能否有益于提高學生分析和解決問題的能力，試驗內容要精心挑選、精心設計、精心安排，以求達到最佳的教學效果。

參考文獻：

［1］平頂山日報.

［2］朱一新.1N水能產生幾牛浮力.中學物理教學參考，1999、8、5第6頁.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。