高中生解決物理問題時存在的主要思維障礙及成因分析

李華騮

（云南省玉溪師范學院附屬中學 云南 玉溪 653100）

物理學是一門與生產和生活實際緊密聯系的學科.物理學的適用性、趣味性深受廣大學生所喜愛，但在物理教學中，不少學生又感到物理難學，尤其是物理題目難做，考試不易得高分等.如何處理物理難學、題目難做等問題呢？

本文從思維規律入手，結合筆者多年的教學實踐，對中學生解決物理問題時存在的主要思維障礙及其成因作一些粗淺的分析，旨在與同仁們共商榷，達到互相促進，共同提高的目的.

1 日常觀念的誘惑直覺印象的影響

中學生在學習物理之前，已接觸了大量的物理現象，他們已按自己的認知水平對此形成了一些日常經驗，即日常觀念.在日常觀念中，有的對科學概念的學習具有一定積極的影響，而更多的則是片面的先入之見，錯誤印象和誤解.這些錯誤觀念對正確認知，形成思維障礙［1］.當接觸到具體的物理問題，特別是與日常生活聯系較為緊密的問題時，這些日常觀念便會先入為主，迅速產生相異構想，導致思維方向偏離科學概念，因而得出錯誤結論.如相當數量的學生在學習過牛頓第一定律之后，還保留著“力是運動的原因”的錯誤認識.有這樣一道題目，我們對學生進行了測試.

【例1】一物體在光滑水平面上，在水平力F作用下，從靜止開始向東運動1s，通過2m路程時，水平力改為反向，但大小不變，又經過1s時間，那么

A.物體回到出發點，速度為零

B.物體回到出發點，速度不為零

C.物體離出發點4m，速度為零

D.物體離出發點4m，速度不為零

測試結果表明，38%的學生誤認為力反向后，物體將反向運動而錯選A.實際上，力反向后物體因獲得了初速度而是做勻減速直線運動.說明來源于直覺的日常觀念根深蒂固，難于改變，它嚴重妨礙著正確概念的建立，也嚴重阻礙解決物理問題的思維途徑.

為了克服日常觀念的誘惑以及直覺印象對解決物理問題的影響，在物理教學中要重視實驗驗證，邏輯推理，強調物理學的研究方法，今天學生所犯的錯誤，正是物理概念建立之前，前人犯的錯誤，重視物理學史在教學中的滲透，以便有力地排除錯誤的觀念，從而使學生抓住物理概念、規律的本質，培養學生解決物理問題的正確思維.

2 定勢思維的束縛

定勢思維是指人用某種固定的思維模式去分析問題和解決問題.認知心理學認為，當某些知識結構較之其他知識結構更容易為人所想起時，就會發生定勢效應.在學習中，學生由于經常接觸同一類問題或同一種直觀模式，因而往往形成一種習慣性思維方向，這種思維定勢對問題的解決有促進作用，但也有造成思維障礙的消極作用.比如，當我們在學生非常熟悉的一類題上改變條件，使物理情境發生變化時，學生往往不會認真分析題設條件變化帶來的差異，而是拿到題目一看似曾相識，馬上就按習慣的思路、方法求解.

【例2】如圖1所示，質量為m的小球由長為L的細線系著，在豎直面內繞O點做圓周運動.

（1）若小球剛好能通過軌道的最高點P，求小球過軌道最低點Q時線對它的拉力大小；

（2）若把線換成輕桿，其他條件均不變，再求小球過軌道最低點時桿對球的拉力大小.

分析：本題第一問大部分學生都能得到6mg，但由于思維定勢的影響，第二問只有少數學生解出5mg的正確答案，而大部分學生仍然把小球在最高點P的速度當做處理而得到6mg的錯誤結論.

圖1

當改變一些問題的題設條件，與學生熟悉的問題稍有不同時，思維定勢也會引起消極影響.

【例3】小球由O點以25m／s的速度豎直向上拋出，經過1s速度變為10m／s，求它上升的最大高度.

分析：由于題設中有“豎直”字樣，學生很快用“豎直上拋”作為解題的模式，顯然落入圈套.

練習或考試中，學生常會將一些簡單問題做錯，在一些能夠解出的題目前束手無策，其中思維定勢是一個重要因素.針對定勢思維在解決物理問題中對學生思維的消極影響，在教學中，我們回答學生問題時，要留有余地；在建立概念和總結規律的教學中要利用定勢的積極作用，但在運用概念、規律解決問題時，要重視變式的作用，采用一題多變，一題多解，多題一解等方式打破定勢思維的束縛，培養學生的創造性思維能力.

3 表面現象對物理本質的沖擊

學生在解決物理問題時，往往需要根據給定的條件，結合他們學過的知識進行綜合分析和解答.有些問題表面現象幾乎掩蓋了物理本質，對學生的思維起干擾作用，有些條件的給定和問題的提出又是以十分隱蔽的方式表現出來的，造成學生思維過程的障礙.

【例4】相同型號的載貨汽車與空載汽車，以相同的速度在同一水平路面上滑行，試比較兩車滑行的時間與距離.

錯解：不少學生根據載貨汽車質量大這一特征，忽視物理的本質，認為載貨汽車滑行的時間長，距離大.其理由為，載貨汽車質量大，慣性大，難以停下.

正解：載貨汽車雖然質量大，慣性大，但受路面摩擦力也大，根據牛頓第二定律可得汽車滑行時的加速度a＝μg，與汽車質量無關，由運動學規律可知，兩車滑行的時間和距離均相同.

為了提高學生排除干擾，去偽存真，抓住物理本質，解決物理問題的能力，教學中要讓學生弄清概念的內涵和外延，重視物理規律的建立過程，理解物理規律的適用條件和范圍.通過易錯習題，訓練學生揭示表面現象，尋求物理本質的思維能力，提高學生利用物理知識，克服不正確的心理傾向，解決物理問題的能力.

4 數學負遷移的影響

教育心理學上把一種學習對另一種學習的影響稱之為遷移.這種影響可能是積極的，也可能是消極的，積極的影響叫正遷移，消極的影響叫負遷移［2］.數學知識在解決物理問題時起著巨大的作用，但它畢竟只是解決問題的工具，作為工具的數學必須與物理內容相統一，而且還要受到具體物理條件的制約.若從純數學這個角度來理解和使用物理概念、規律，這必將造成思維障礙.

從數學式子看，當r→0，F→!，于是認為靜電力可達到無限大.

物理教學中，為避免數學負遷移的影響，既要重視運用數學方法解決物理問題的訓練，又要充分注意物理事實對數學方法的制約；既要考慮到數學方法在分析問題，解決問題的簡潔性、嚴密性，但又絕不能把物理問題純數學化，而完全失去物理意義，形成一種不利于物理學習的傾向.

5 觀察思考不深入邏輯推理不嚴密

學生解決物理問題時，往往觀察事物和思考問題不全面，容易產生局部滿足而忽視隱含條件的分析，致使物理現象不完整，對于與問題相關的多個因素顧此失彼，有時會因邏輯思維不嚴，推理不當而導致錯誤.

【例5】如圖2所示，傳送帶與水平面夾角為θ＝37°，并以v0＝10m／s運行，在傳送帶一端A處輕輕放上一小物塊（初速為零），物塊與皮帶間的動摩擦因素為μ＝0.5，AB＝16m，求物塊從A到B的時間.

圖2

常見的錯誤：

小物塊放上皮帶后，相對于皮帶向后運動，故受到皮帶向下的摩擦力，其大小為

小物塊運動的加速度可根據牛頓第二定律求得

代入數據得

代入數據得

解析：錯解者滿足于一孔之見，沒有對物塊運動的全過程作深入剖析.設物塊運動到C點時速度為10m／s，而速度從0～10m／s和10m／s后，物塊所受的摩擦力方向不同，所以速度10m／s時是問題的轉折點.

設vC＝10m／s，則A至C過程

從C至B，由

和

可解得

故物塊從A到B運動的時間為

6 小結

中學生解決物理問題時存在的思維障礙成因很多，在教學過程中，認真分析、研究學生的思維障礙，是形成正確教學策略的起點，對于提高物理教學質量，進行物理教學改革具有重要的意義.

1 閻金鐸，查有梁.物理教學論.南寧：廣西教育出版社，1996.378～387

2 張世富.心理學.北京：人民教育出版社，1988.209