力學(xué)學(xué)習(xí)思維障礙與教學(xué)策略

白石

一、前概念思維障礙的排除。

學(xué)生在學(xué)習(xí)力學(xué)部分時，會由于對前面所學(xué)的概念理解不夠深入、不夠全面，導(dǎo)致解決問題時出現(xiàn)錯誤，這就是前概念障礙。如問題：“兩個體積相等的金屬球，其中一個的重量是另一個的兩倍，兩球同時從二樓頂落下。”有近30%分學(xué)生認為物體越重，下落得越快。又如問題：“一個小球在光滑水平面上從a勻速運動到b，在b點小球受到一個來自同一水平面的瞬間垂直沖撞。”有一部分學(xué)生認為小球受到?jīng)_撞后運動路線為沿著沖撞方向的直線。理由是小球開始做勻速直線運動，所受合外力為零，當(dāng)受到向上的沖撞后，就沿著這條直線運動。可見，力的方向決定速度的方向這種觀念在學(xué)生思維中根深蒂固。再如問題：“豎直上拋一小球，忽略空氣阻力，在小球從拋出到回到地面過程中，作用在小球上得力。”有些學(xué)生認為，受力物體脫離施力物體后，物體仍受引力的作用。認為小球被拋出后豎直上升的過程中，速度逐漸減小，則受到向上逐漸減小的力的作用；下降過程中，速度逐漸增大，則受到向下逐漸增大的力的作用。學(xué)生在學(xué)習(xí)新的物理知識時，并不是簡單的“輸入、儲存”，而是根據(jù)原有的知識結(jié)構(gòu)和思維方式去理解，當(dāng)新知識與原有知識結(jié)構(gòu)相符時，這些新知識就被吸收、儲存，否則這些新知識就會被排斥或經(jīng)“修改”后再吸收，而這種修改后的知識往往是非科學(xué)的，于是新知識與舊知識、科學(xué)的思維方式與原有的思維方式相互混雜，派生出形形色色的錯誤概念。當(dāng)學(xué)生的前概念與新的物理知識相沖突時，怎樣才能促成認知結(jié)構(gòu)的順應(yīng)呢？關(guān)鍵是設(shè)法給學(xué)生一個巨大的“震顫”，以動搖其頑固信念的基礎(chǔ)。可以按三個步驟來實現(xiàn)概念的徹底轉(zhuǎn)變。第一步，教師有步驟的誘導(dǎo)學(xué)生暴露其原有的概念框架，包括結(jié)論、例證、推論等，并在適當(dāng)時候提出矛盾，給其原有錯誤理論框架以沉重打擊。第二步，組織討論乃至爭論，揭露學(xué)生前概念的不合理性，從而使學(xué)生自愿放棄舊概念。第三步，引導(dǎo)學(xué)生接受新的概念框架。

二、邏輯思維障礙的排除。

問題：“小汽車推著卡車試圖加速到某速度前進的過程，分析受力情況。”一部分學(xué)生會認為小汽車推動卡車的力大于卡車推動小汽車的力。理由是如果小汽車推動卡車的力等于卡車推動小汽車的力，卡車就不會加速到某一速度，它只能靜止或勻速運動。這里，學(xué)生的思維被“加速”兩個字所束縛，未能正確運用牛頓第三定律進行思考。實質(zhì)上物體之間相互作用力的性質(zhì)與物體的質(zhì)量、運動狀態(tài)無關(guān)，學(xué)生因混淆力與運動這兩個概念的內(nèi)涵而導(dǎo)致錯誤。就是說學(xué)生在運用概念、規(guī)律進行思維操作時出現(xiàn)偏差，形成邏輯性思維障礙。

物理抽象思維的邏輯性是物理學(xué)科學(xué)性的表現(xiàn)，普通邏輯和辯證邏輯的規(guī)律是物理抽象思維的基本規(guī)律，思維不符合邏輯是得不出正確結(jié)論的。物理學(xué)是以基本概念為基石，已基本規(guī)律為骨架，已基本方法為紐帶所構(gòu)成的邏輯體系。物理學(xué)的知識結(jié)構(gòu)包括實驗基礎(chǔ)、理論體系（概念、定律、定理）、數(shù)學(xué)表達、物理方法、延伸與應(yīng)用等內(nèi)容。這些內(nèi)容之間有緊密的邏輯關(guān)系。因此，在教學(xué)過程中，應(yīng)抓住這種關(guān)系，精心設(shè)計教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程，使之具有合理的邏輯結(jié)構(gòu)。首先，物理概念即是物理思維的產(chǎn)物，又是更高層次物理思維的工具。物理思維只有借助于概念才能提高推理和判斷能力，才能深刻揭露物理現(xiàn)象和物理過程的本質(zhì)規(guī)律。在物理概念的教學(xué)中，首先應(yīng)按以下三個步驟進行教學(xué)。第一步，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，建立物理概念的“生長點”。第二步，科學(xué)的思維加工，形成物理概念。第三步，聯(lián)系實際，積極運用、鞏固、深化物理概念。其次，在課堂教學(xué)中，應(yīng)按照提出問題-分析問題-解決問題的邏輯主線展開教學(xué)內(nèi)容，做到提出疑問以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，吸引學(xué)生注意力，分析疑問以啟發(fā)學(xué)生積極思考，正確推理以培養(yǎng)學(xué)生思維的邏輯性與嚴(yán)密性，得出簡練結(jié)論鍛煉學(xué)生善于抽象和概括的能力，并便于學(xué)生牢固記憶。

三、表象性思維障礙的排除。

對于問題：“一個小球在光滑水平面上從a勻速運動到b，在b點小球收到一個來自同一水平面的瞬間垂直沖撞。”有相當(dāng)一部分學(xué)生認為小球受到?jīng)_撞后的運動路線為拋物體，理由是可以把小球的運動當(dāng)作拋物體運動。這些學(xué)生雖然能夠呈現(xiàn)出兩個速度的表象，卻不能進行分析綜合。

要排除這些障礙應(yīng)著重注意這樣幾個問題。首先，物理學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，，在實驗過程中通過觀察和操作，獲得豐富的視覺想象、觸覺形象和其它感知形象，從而儲存豐富的表象。其次，物理概念不是具體個別實體的形象，也不是主觀的心理圖象，而是有別于一種物理現(xiàn)象獲一類物理過程的一種現(xiàn)象或過程的理論和概括，是觀察試驗與科學(xué)思維的產(chǎn)物，既具有鮮明的客觀性又具有強烈的主觀性；既具有高度的概括性又具有高度的抽象性。

四、直覺經(jīng)驗性思維障礙的排除。

在解決問題：“小球從靜止開始，沿軌道傾斜直線-圓弧-傾斜直線運動，不計摩擦，標(biāo)出各位置加速度方向。”時學(xué)生認為，小球被彈簧豎直彈上去的過程中，因速度逐漸減小，所以加速度也逐漸減小，小球到達最高處時速度為零，所以加速度也為零。這表明學(xué)生不能從受力與加速度的因果關(guān)系中尋找各運動階段加速度的統(tǒng)一特征， 而是將速度與加速度概念混淆在一起，企圖由并無必然因果關(guān)系的速度情況判斷加速度情況。

直覺經(jīng)驗性障礙不同于我們常說的直覺思維。直覺思維是以具有整體功能的知識組塊為思維材料而進行的思維；指人腦不借助于邏輯推理而綜合運用已有知識、表象和經(jīng)驗知覺，以高度省略、簡化、濃縮的方式洞察事物的物理實質(zhì)，并迅速作出猜測、設(shè)想或突然領(lǐng)悟的思維。

五、遷移性思維障礙的排出。

遷移作用是指先前一些問題的解決對以后解決問題的影響，主要表現(xiàn)在思維定勢。思維定勢就是人腦多次受到某種外來信號的刺激作用而形成的一種固定思維方法。在學(xué)習(xí)物理時，這種思維方式對人的大腦思維活動有兩種作用：當(dāng)它對新認知的對象產(chǎn)生正遷移時，即人們把自己頭腦中的已有的思維模式恰當(dāng)?shù)倪\用到新的物理情況中去，用于學(xué)習(xí)和理解新的物理知識，解決新的物理問題，它的作用是積極的；但當(dāng)它對新認知對象產(chǎn)生負遷移時，人們把自己頭腦中已有的、習(xí)慣的思維方式不恰當(dāng)?shù)倪\用到新的物理問題中去，它的作用是干擾的、消極的。排除遷移性思維障礙的主要途徑是促進正遷移，抑制負遷移。在教學(xué)中應(yīng)做到：1、在講授知識時，講清物理概念、規(guī)律，使學(xué)生掌握完整的基礎(chǔ)知識。2、傳授方法時，注意講明方法的使用條件，防止學(xué)生將相對真理和局部經(jīng)驗絕對化。3、引導(dǎo)學(xué)生在解決問題時，從正向、倒向、反向去思維，善于發(fā)現(xiàn)問題中新的因素、新的關(guān)系，采用新的方法。4、注意培養(yǎng)學(xué)生分析比較能力，不同事物重在比同，相似的事物重在比異，促進知識和經(jīng)驗的正遷移、抑制負遷移。