例談學生高考物理思維障礙及對策

摘 要：考生的錯誤是絕佳的教育資源，結合2017年高考學生答題情況，剖析學生存在的思維障礙，探索消除思維障礙提升物理思維品質的策略，促進錯誤問題研究由經驗研究向科學研究轉變，更好地促進學生物理核心素養的提高.

關鍵詞：高考物理；思維障礙；理性思維；遷移思維；深度思維；創新思維

作者簡介：曹義才（1973-），男，江西九江人，教育碩士，高級教師，研究方向：物理教育教學.

我國新一輪高中物理課程改革，將以發展學生的物理核心素養（物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度和責任）為目標，其中科學思維是核心素養的重要組成部分，也是高中物理學科能力的構成要素.高考是考生物理綜合素養的集中展現，在一定程度上折射出物理學科考生思維的品質、深度和質量[1].

1 例談學生高考物理思維障礙

結合2017年高考學生答題情況，剖析學生存在的思維障礙，從信息加工心理學角度看，學生在高考過程中的主要障礙有：信息提取發生障礙、信息加工順序混亂和信息加工機制不力，導致這些障礙的主要原因是思維認知缺陷，基于思維表現和思維缺陷分析，高考學生幾種常見的思維障礙歸類分析如表1所示[2].

1.1 信息提取發生障礙，知識再現失靈

如果在試題情境中呈現給學生的信息量過多或信息呈現形式發生改變，知識再現就會失靈，影響學生提取和加工關鍵信息，從而產生錯誤.

案例1 （2017全國I卷第24題）一質量為8.00×104 kg的太空飛船從其飛行軌道返回地面.飛船在離地面高度1.60×105 m處以7.5×103 m/s的速度進入大氣層，逐漸減慢至速度為100 m/s時下落到地面.取地面為重力勢能零點，在飛船下落過程中，重力加速度可視為常量，大小取為9.8 m/s2.（結果保留2位有效數字）

（1）分別求出該飛船著地前瞬間的機械能和它進入大氣層時的機械能；

（2）求飛船從離地面高度600 m處至著地前瞬間的過程中克服阻力所做的功，已知飛船在該處的速度大小是其進入大氣層時速度大小的2.0%.

試題圍繞當今太空飛行的科技熱點，以太空飛船經大氣層返回地面為背景，試題以文字形式敘述情境.信息量較多，呈現的信息主要有：太空飛船的質量，飛船進入大氣層的瞬時速度和離地面的高度，飛船下落到地面的瞬時速度、飛船在600m高度的瞬時速度等.加工處理的信息主要有：飛船著地前瞬間的機械能、進入大氣層時的機械能和飛船從離地面高度600 m處至著地前瞬間的過程中克服阻力所做的功.

陳述性知識缺陷導致知識再現失靈的主要問題：

（1）概念錯誤：問的是“機械能”，列式卻是動能、重力勢能、機械守恒定律、動能變化或機械能變化等等.

（2）過程混淆：將狀態量與過程量混淆，將著地前瞬間與進入大氣層時的機械能顛倒.

（3）規律混亂：從600m高度至落地過程的動能定理或功能原理，列式不規范，正負功符號錯誤，動能、勢能下角標不對應，誤認為至落地的動能為零.

3 提升學生思維品質對策研究

3.1 科學建模，理性思維

物理學中的核心概念是物理知識體系的重要組成基石，通過核心概念統領分散的知識點，有利于學生對物理概念全面和深刻的認識和理解，形成理性思維的習慣.教學中讓學生經歷與體驗核心知識結構的構建，更好地理解主要知識，形成穩固的陳述性知識.

理性思維與科學建模有直接關系.科學建模是將復雜問題形象化、模型化和簡單化，是通過形象思維上升到理性思維的過程.案例1如果學生能建構圖1所示的情境，對實際問題簡化為物理模型，有助于信息的提取和加工，降低思維難度，防止臺階過高而出錯，有效提升學生的物理學科素養[2].

3.2 縱橫聯系，遷移思維

現代教育理論認為，一種學習活動會影響到另一種類似的學習活動，稱之為學習遷移.在物理教學過程中，幫助學生發掘知識之間的內在聯系，鞏固主要知識結構，引導學生的思維向縱橫兩個方向正遷移的能力，進一步拓展知識結構，形成遷移思維的習慣.通過縱橫聯系訓練，形成相應的程序性知識，促進遷移思維的進階.

案例3中的勻減速直線運動遷移思維如圖2所示：

豎直上拋運動遷移帶電油滴在豎直電場方向上勻減速直線運動

物理學中有許多學習活動影響到另一種學習活動，比如平拋運動（帶電粒子在電場中的運動）、自由落體運動（其他天體上的自由落體運動）、圓周運動（萬有引力與天體）等等；另一種學習活動反過來會促進前一種活動的深刻認識.

3.3 演繹推理，深度思維

深度思維就是對物理知識的認識從現象上升到本質，從普遍性上升到規律性的理解，鞏固較為豐富的知識結構，積累高層次的方法和策略性知識，讓學生在學習過程中體會邏輯思維和演繹推理，形成深度思維的習慣.

案例3演繹推理思維如圖3所示.

圖3分析了案例3中的思維過程，從文字情境轉化為運動情境，不同的運動對應不同的規律，但均是從動力學和運動學的角度去分析思考，從普遍上升到規律，形成策略性知識，促進深度思維不斷進階.

3.4 變化角度，創新思維

案例1和案例3，均以文字敘述的形式設置情境，改變試題呈現方式，考查考生能根據解決問題的需要建構恰當的物理模型；2017年高考第22題從紙帶情形變化為滴水情境中去判斷小車運動情況；第18題設置新穎的問題情境（STM中隔離振動噪聲）等等，變化角度，考查創新思維.物理教學應注重知識遷移和實際應用的能力，克服思維慣性，在新的問題情景中運用方法和策略性知識，避免狹隘地理解物理問題，引導學生具體問題具體分析，從新的角度去看舊的問題，在解決一個問題的基礎上提出新的問題，形成創新思維的習慣.

在剖析學生思維障礙的基礎上，探索消除思維障礙有效對策，有利于促進錯誤問題研究由經驗研究向科學研究轉變， 提升學生物理思維品質，更好地促進學生物理核心素養的提高.

參考文獻：

[1]曹義才. 高中物理教學中學生錯誤資源的分析和利用[J].湖南中學物理，2008（5）：7-9.

[2]曹義才.學生錯誤解題案例分析與教學建議——基于信息加工心理學視角[J].教學月刊，2015 （12） ：59-61.endprint