五年制高職物理思維障礙的成因及突破

摘 要：如何減輕學生學習物理的負擔？如何提高我們五年制高職物理教學的實效性？本文通過對五年制高職物理思維障礙的成因及突破方法的分析，以起到拋磚引玉的作用。

關鍵詞：物理思維；思維障礙；成因

思維是人腦對客觀現實的概括和間接的反映，反映的是事物的本質及內部的規律性。所謂五年制高職物理思維，是指學生在對高職物理感性認識的基礎上，運用比較、分析、綜合、歸納、演繹等思維的基本方法，理解并掌握高職物理內容而且能對具體的物理問題進行推論與判斷，從而獲得對高職物理知識本質和規律的認識能力。高職物理的物理思維雖然并非總等于解題，但我們可以這樣講，高職物理的物理思維的形成是建立在對高職物理的基本概念、定理、公式理解的基礎上的；發展高職大專生的物理思維最有效的方法是通過解決問題來實現。然而，在學習高職物理過程中，我們經常聽到學生反映上課聽老師講課，聽得很“明白”，但到自己解題時，總感到困難重重，無從入手；有時，在課堂上待我們把某一問題分析完時，常常看到學生拍腦袋：“唉，我怎么會想不到這樣做呢？”事實上，有不少問題的解答，同學發生困難，并不是因為這些問題的解答太難以致學生無法解決，而是其思維形式或結果與具體問題的解決存在著差異，也就是說，這時候，學生的物理思維存在著障礙。這種思維障礙，有的是來自于我們教學中的疏漏，而更多的則來自于學生自身，來自于學生中存在的非科學的知識結構和思維模式。因此，研究高職大專生的物理思維障礙對于增強高職物理教學的針對性和實效性有十分重要的意義。

一、 高職物理的物理思維障礙的形成原因

根據布魯納的認識發展理論，學習本身是一種認識過程，在這個課程中，個體的學習總是要通過已知的內部認知結構，對“從外到內”的輸入信息進行整理加工，以一種易于掌握的形式加以儲存，也就是說學生能從原有的知識結構中提取最有效的舊知識來吸納新知識，即找到新舊知識的“媒介點”，這樣，新舊知識在學生的頭腦中發生積極的相互作用和聯系，導致原有知識結構的不斷分化和重新組合，使學生獲得新知識。但是這個過程并非總是一次性成功的。一方面，如果在教學過程中，教師不顧學生的實際情況（即基礎）或不能覺察到學生的思維困難之處，而是任由教師按自己的思路或知識邏輯進行灌輸式教學，到學生自己去解決問題時往往會感到無所適從；另一方面，當新的知識與學生原有的知識結構不相符時或者新舊知識中間缺乏必要的“媒介點”時，這些新知識就會被排斥或經“校正”后吸收。因此，如果教師的教學脫離學生的實際，如果學生在學習高職物理過程中，其新舊數學知識不能順利“交接”，那么這時就勢必會造成學生對所學知識認知上的不足、理解上的偏頗，從而在解決具體問題時就會產生思維障礙，影響學生解題能力的提高。

二、 高職物理的物理思維障礙的具體表現

由于高職物理的物理思維障礙產生的原因不盡相同，作為主體的學生的思維習慣、方法也都有所區別，所以，高職物理的物理思維障礙的表現各異，具體可以概括為：

（1）物理思維的膚淺性。由于學生在學習物理的過程中，對一些物理概念或物理規律的發生、發展過程沒有深刻地去理解，一般的學生僅僅停留在表象的概括水平上，不能脫離具體表象而形成抽象的概念，自然也無法擺脫局部事實的片面性而把握事物的本質。由此而產生的后果是：學生在分析和解決問題時，往往只順著事物的發展過程去思考問題，注重由因到果的思維習慣，不注重變換思維的方式，缺乏沿著多方面去探索解決問題的途徑和方法。

例1 ：氣球以10m/s的速度勻速豎直上升，從氣球上掉下一個物體，經17s到達地面。求物體剛脫離氣球時氣球的高度。（g=10m/s2）

【錯解】物體從氣球上掉下來到達地面這段距離即為物體脫離氣球時，氣球的高度。因為物體離開氣球做自由落體運動，據h=gt2，則有h=×10×172=1445(m)，所以物體剛脫離氣球時，氣球的高度為 1445m。【錯解原因】由于學生對慣性定律理解不深刻，導致對題中的隱含條件即物體離開氣球時具有向上的初速度視而不見，誤認為v0=0。實際上，物體隨氣球勻速上升時，物體具有向上10m/s的速度。當物體離開氣球時，由于慣性物體繼續向上運動一段距離，在重力作用下做勻變速直線運動。

例2：一條寬為L的河流，河水流速為v1，船在靜水中的速度為v2，要使船劃到對岸時航程最短，船頭應指向什么方向？最短航程是多少？

【錯解】要使航程最短，船頭應指向與岸垂直的方向。最短航程為L。

【錯解原因】上面錯解的原因是對運動的合成不理解。船在水中航行并不是船頭指向什么方向就向什么方向運動。它的運動方向是船在靜水中的速度方向與水流方向共同決定的。要使航程最短應是合速度垂直于岸。

上面例題，恰好反映了學生在思維上的膚淺，反映了學生缺乏足夠的抽象思維能力，學生往往善于處理一些直觀的或熟悉的物理問題，而對那些不具體的、抽象的物理問題常常不能抓住其本質，轉化為已知的物理模型或過程去分析解決。

（2）物理思維的差異性。由于每個學生的數學基礎不盡相同，其思維方式也各有特點，因此不同的學生對于同一物理問題的認識、感受也不會完全相同，從而導致學生對物理知識理解的偏頗。這樣，學生在解決物理問題時，有時就可能不大注意挖掘所研究問題中的隱含條件，抓不住問題中的確定條件，影響問題的解決。例如這樣的題目：若使一小球沿半徑為R的圓形軌道從最低點上升，那么需給它最小速度為多大，才能使它達到軌道的最高點？

【錯解】如圖1所示，根據機械能守恒，小球在圓形軌道最高點A時的勢能等于它在圓形軌道最低點B時的動能（以B點作為零勢能位置），所以為mg·2Rmv2B，從而得VB=.

【錯解原因】小球到達最高點A時的速度vA不能為零，否則小球早在到達A點前離開圓形軌道。要使小球到達A點（自然不脫離圓形軌道），則小球在A點的速度，就必須滿足mg+NA=m.式中，NA為圓形軌道對小球的彈力。上式表示小球在A點作圓周運動所需要的向心力由軌道對它的彈力和它本身的重力共同提供。

（3）物理思維定式的消極性。由于高職大專生已經有相當豐富的解題經驗，因此，有些學生往往對自己的某些想法深信不疑，很難使其放棄一些陳舊的解題經驗，思維僵化，不能根據新問題的特點作出靈活反應，常常阻抑更合理有效的思維甚至造成歪曲的認識。

例3：一個物體從塔頂落下，在到達地面前最后一秒內通過的位移為整個位移的9/25，求塔高（g=10m/s2）。

【錯解】因為物體從塔頂落下，做自由落體運動，最后一秒內的位移根據h10×1.解得H=13.9m.

【錯解原因】物體從塔頂落下時，對整個過程而言是初速為零的勻加速直線運動。而對部分最后一秒內物體的運動則不能視為初速為零的勻加速直線運動。因為最后一秒內的初始時刻物體具有一定的初速。由于整體和部分的關系不清，導致規律用錯，形成錯解。

由此可見，學生物理思維障礙的形成，不僅不利于學生物理思維的發展，而且也不利于學生解決物理問題能力的提高。所以，在平時的物理教學中注重突破學生的物理思維障礙顯得尤為重要。

三、 高職物理的物理思維障礙的突破

（1）在高職物理起始教學中，教師必須著重了解和掌握學生的基礎知識狀況。尤其在講解新知識時，要嚴格遵循學生認知發展的階段性特點，照顧到學生認知水平的個性差異，強調學生的主體意識，發展學生的主動精神，培養學生良好的意志品質，同時要培養學生學習物理的興趣。學生對物理學習有了興趣，才能產生物理思維的興奮灶，也就是更大程度地預防學生思維障礙的產生。教師可以幫助學生進一步明確學習的目的性，針對不同學生的實際情況，因材施教，分別給他們提出新的更高的奮斗目標，使學生有一種“跳一跳，就能摸到桃”的感覺，提高學生學好高職物理的信心。

例4：如圖2，有一水平傳送帶以2m／s的速度作勻速運動，現在，將一物體輕輕放在傳送帶上，若物體與傳送帶間的動摩擦因數為0.5，則傳送帶將該物體傳送10m的距離所需時間為多少？

【錯解】由于物體輕放在傳送帶上，所以v0=0，物體在豎直方向合外力為零，在水平方向受到滑動摩擦力（傳送帶施加），做v0=0的勻加速運動，位移為10m.根據牛頓第二定律F=ma，則有f=μmg=ma，a=μg=5m/s2. 據初速為零的勻加速直線運動位移公式s2s.

【錯解原因】上述解法的錯誤出在對這一物理過程的認識。傳送帶上輕放的物體的運動有可能分為兩個過程，一是在滑動摩擦力作用下作勻加速直線運動，二是達到與傳送帶相同速度后，無相對運動，也無摩擦力，物體開始作勻速直線運動。關鍵問題是應分析出什么時候達到傳送帶的速度，這樣，才好對問題進行解答。

（2）重視物理思想方法的教學，指導學生提高物理意識。物理意識是學生在解決物理問題時對自身行為的選擇，它既不是對基礎知識的具體應用，也不是對應用能力的評價，物理意識是指學生在面對物理問題時該做什么及怎么做，至于做得好壞，當屬技能問題。有時一些技能問題不是學生不懂，而是不知怎么做才合理。有的學生面對物理問題，首先想到的是套哪個公式，模仿哪道做過的題目求解，對沒見過或背景稍微陌生一點的題型便無從下手，無法解決，這是物理意識落后的表現。物理教學中，在強調基礎知識的準確性、規范性、熟練程度的同時，我們應該加強物理意識教學，指導學生以意識帶動雙基，將物理意識滲透到具體問題之中。

例5：如圖3，木塊B與水平桌面間的接觸是光滑的，子彈A沿水平方向射入木塊后留在木塊內，將彈簧壓縮到最短。現將子彈、木塊和彈簧合在一起作研究對象，則此系統在從子彈開始射入木塊到彈簧壓縮到最短的過程中（ ）

A．動量守恒，機械能守恒

B．動量不守恒，機械能不守恒

C．動量守恒，機械能不守恒

D．動量不守恒，機械能守恒

【錯解】以子彈、木塊和彈簧為研究對象。因為系統處在光滑水平桌面上，所以系統水平方向不受外力，系統水平方向動量守恒。又因系統只有彈力做功，系統機械能守恒。故A正確。

【錯解原因】錯解原因有兩個：一是思維定式，一見光滑面就認為不受外力，二是規律適用條件不清。

因此，在物理教學中，只有加強物理意識的教學，如“因果轉化意識”“類比轉化意識”等的教學，才能使學生面對物理問題得心應手、從容作答。所以，提高學生的物理意識是突破學生物理思維障礙的一個重要環節。

（3）誘導學生暴露其原有的思維框架，消除思維定式的消極作用。在高職物理教學中，我們不僅僅是傳授物理知識，培養學生的思維能力也應是我們的教學活動中相當重要的一部分。而誘導學生暴露其原有的思維框架，包括結論、例證、推論等對于突破學生的物理思維障礙會起到極其重要的作用。

例6：甲、乙兩人手拉手玩拔河游戲，結果甲勝乙敗，那么甲乙兩人誰受拉力大？

【錯解】因為甲勝乙，所以甲對乙的拉力比乙對甲的拉力大。就像拔河一樣，甲方勝一定是甲方對乙方的拉力大。

【錯解原因】產生上述錯解原因是學生憑主觀想象，而不是按物理規律分析問題。按照物理規律我們知道，物體的運動狀態不是由哪一個力決定的而是由合外力決定的。甲勝乙是因為甲受合外力對甲作用的結果。甲、乙兩人之間的拉力根據牛頓第三定律是相互作用力，甲、乙二人拉力一樣大。生活中有一些感覺不總是正確的，不能把生活中的經驗當成規律來用，要運用物理規律來解決問題。

總之，使學生暴露觀點的方法很多。例如，教師可以與學生談心；可以用精心設計的診斷性題目，事先了解學生可能產生的錯誤想法；可以運用延遲評價的原則，即待所有學生的觀點充分暴露后，再提出矛盾，以免暴露不完全，解決不徹底。有時也可以設置疑難，展開討論，用疑難問題引人深思；或選擇學生不易理解的概念，不能正確運用的知識或容易混淆的問題讓學生討論，從錯誤中引出正確的結論，這樣學生的印象特別深刻。而且通過暴露學生的思維過程，能消除消極的思維定式在解題中的影響。當然，為了消除學生在思維活動中只會“按部就班”的傾向，教學中還應鼓勵學生進行求異思維活動，培養學生善于思考、獨立思考的方法，不滿足于用常規方法得到正確答案，而是多嘗試用最簡單、最好的方法解決問題的習慣。發展思維的創造性，也是突破學生思維障礙的一條有效途徑。

當前，素質教育已經向我們傳統的高職物理教學提出了更高的要求。但只要我們堅持以學生為主體，以培養學生的思維發展為己任，則勢必會提高高職物理教學質量，擺脫題海戰術，真正減輕學生學習物理的負擔，從而為提高學生的整體素質作出我們數學教師應有的貢獻。

參考文獻：

[1]任樟輝.數學思維論[M].南寧:廣西教育出版社，1994.

[2]郭思樂.思維與數學教學[M].北京:人民教育出版社，1991.

（揚州高等職業技術學校）