物理師范生科學思維習慣的現狀調查

雷靖嫻 顧國鋒

(廣西師范大學物理科學與技術學院 廣西 桂林 541004)

在智力結構的諸多要素中，思維居核心位置.人們從認識客觀世界到改造客觀世界，思維承擔著不可替代的作用.因此，在教育改革持續推進的今天，對思維的要求逐步滲透在基礎教育的課程標準中,我國新修訂的2017版《普通高中物理課程標準》提出“引導學生經歷科學探究的過程，體會科學研究方法，養成科學思維習慣，增強創新意識和實踐能力”[1].

這在一定程度上反映了課程標準對學生物理科學思維習慣的要求,物理教師是課程實施的主體，在落實物理學科核心素養的過程中扮演著重要角色，其本身的思維習慣規約著教學觀念和行為，同時也將潛移默化地影響著下一代.物理師范生作為物理教師的后備人才，對其物理科學思維習慣進行研究與討論，有助于正確制定師范生培養策略，以符合新時代教師的培養要求.鑒于此，本文通過問卷調查法結合訪談法，對物理師范生在解決具體物理問題時的思維習慣進行較深入研究，以期探悉其中所存在的問題，反映和預測其教學實踐的發展態勢，進而更具有針對性地推動物理師范生的教育改革.

1 物理科學思維習慣的概念界定

物理科學思維是從物理學視角對客觀事物的認識方式；是基于經驗事實構建物理模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等方法在科學領域的具體應用；是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑和批判，進行檢驗和修正，進而提出創造性見解的能力和品格[1].思維習慣也稱思維傳統，是指人們在一定歷史條件下，在長期的學習、工作和生活實踐過程中所形成的相對穩定的、有較大影響的思維模式[2].

學生在解決物理問題的過程中是需要依據科學的步驟解題的，因此，把物理科學思維習慣定義為：學生在解決物理問題的過程中，形成的穩定的、科學的思維步驟.例如，在求解物體行駛的速度時，我們自然而然地在頭腦中出現物體運動的狀態，物體運動得快，我們就會想到物體的速度較大，反之，物體運動得慢，我們就會想到物體的速度會比較小.這涉及到具體形象思維，我們會通過構想模型從而將物理問題直觀化,學生在解決理科問題時，把學習到的科學概念和原理與已有經驗聯系起來，從而進一步理解和分析，這就涉及了抽象邏輯思維.我們在判斷速度這個概念時，會認為一般飛機的速度比汽車的速度要大，在遇到電學問題時，會默認家庭用電器的額定電壓是220 V，分析物體在地球上的受力情況時，會使用“一重二彈三摩擦”的順序去進行受力分析，這就涉及到了經驗思維,這些思維習慣都可以認為是科學思維的良好體現.

2 研究設計與實施

本文對廣西某師范類院校208名物理學專業師范生的科學思維習慣進行了調查研究.因物理科學思維習慣是一個涉及多個物理思維層面的復雜問題，本文主要采用質性研究的方式.本研究通過文本分析，對田世昆《物理思維論》一文進行分析、歸納和比較[3]，提取關于物理思維具有的特性，對相關的論述進行總結，為訪談提供理論依據，以保證訪談具有一定的科學性.題目選取了學生在高中階段常常做錯、做不全面的涉及多種思維方法和過程分析的物理問題,基于質性研究的結果，擬定相契合的問卷，以期達到深度了解的目的，輔助質性研究進行整體分析.在問卷調查過程中，讓學生也對自己的物理學習進行了一定程度上的回憶與反思.研究實施路徑如圖1所示.

3 研究結果與討論

3.1 學生在物理學習過程中的思考情況與習慣

【題1】如圖2所示，長為3L的輕桿可繞光滑水平轉軸O轉動，在桿兩端分別固定質量均為m的球A和球B，球A距軸O的距離為L.現給系統一定能量，使得桿和球在豎直平面內轉動，當球B運動到最高點時，水平轉軸對桿的作用力恰好為零，忽略空氣阻力，則球B在最高點時，球A和球B的速度分別為多少？桿對球B的彈力方向是什么？

圖2 題1題圖

【題2】質量為m1=0.2 kg的小物塊A，沿水平面與小物塊B發生正碰，小物塊B的質量m2=1 kg,碰撞前，A的速度大小為v0=3 m/s，B靜止在水平面上,兩物塊的材料未知，已知A，B與地面間的動摩擦因數均為μ=0.2，試求碰后B在水平面上滑行的時間.

題1和題2的典型代表解答如圖3所示.

1.家長助教可以拓展課堂教學內容和有效補充教師專業知識的不足。家長資源是幼兒園不可或缺的可利用資源，家長利用自身資源將其專業知識、工作經驗和社會經驗帶入課堂中，不僅可以幫助幼兒園和教師完善人力資源、物質資源、信息資源等方面的不足，還可以拓展課堂教學內容，豐富幼兒相關的知識經驗。如，在開展體育活動中，體育教師一個人的精力有限，無法組織幼兒完成大型體育活動游戲，而有了家長的參與和幫助，教師便可以更好地帶領大家共同完成內容豐富的體育活動；另外，對于專業性較強的特色課程內容，家長助教也可以補充教師專業知識的不足。

題1 典型代表解答案例受訪者甲:受訪者乙:題2 典型代表解答案例受訪者丙:受訪者丁:

結合問卷調查，從而進一步得到學生如何思考問題，是獨立思考還是不加思考就直接放棄的人數比例.統計結果如圖4所示，從圖中可知，4.33%的學生在遇到物理難題時，不會進行思考直接放棄作答，說明仍有一定數量的學生存在畏難心理.“查閱輔導書”“尋求老師幫助”“與同學討論”，這3個選項說明了66.83%的學生在遇到物理難題時會依靠外界幫助，只有26.92%的學生選擇“獨立思考解決”.

圖4 師范生解決物理問題情況統計結果

3.2 學生解決物理問題時存在的思維習慣的現狀

【題3】有3種說法： 當質點沿圓周運動時，

(1)質點所受指向圓心的力即向心力.

(2)維持質點做圓周運動的力即向心力.

這3種說法是否確切,你如何認為呢？

圖5 題4題圖

選用題4作為訪談題目，目的在于調查學生物理思維的靈活性，進一步研究學生對于思維定勢的情況.不同于物體的靜態受力分析，這個題目的物理模型處于運動中，且桿為剛性彎折桿，因此不能簡單地認為桿對球的力沿著桿的方向.通過訪談發現，有的學生會認為桿對小球的作用力沿著桿的方向，直接把桿對小球的作用力進行正交分解.這是因為學生在處理輕繩模型的時候會使用力的方向沿著繩子的方向這一結論，這類問題處理多了，便導致了思維定勢，在處理相似的輕桿模型時，就會對知識進行負遷移，想當然地認為此時桿對小球的作用力沿著桿.就訪談內容上看，有的師范生并沒有意識到小車具有的加速度對球的影響，而將球作為靜止的狀態進行受力分析，形成不了物理問題的動態圖景也是導致回答錯誤的原因之一.

為了調查師范生在解決物理問題的過程中，是否會因為具有相同的物理思維習慣而在同一個問題上犯相同的錯誤.根據物理思維品質的調研，本問卷設置了如表1所示的題目，調查學生對于以下物理思維習慣所具有的“共性”情況,統計結果如下:

表1 物理思維習慣調查數據匯總表

3.3 學生對物理思維習慣的重視程度

根據統計結果所示，物理思維習慣在物理師范生學習中，占有一定的重要地位,而在物理思維習慣是否會影響解題效率這個問題上， 97.6%的學生則認為物理思維習慣會影響物理問題的解題效率,解決物理問題的效率是物理思維靈活性的體現，而97.6%的學生都認為物理思維習慣與物理思維的靈活性有關,這說明了良好的物理思維習慣會讓學生解決問題的速度更快，更高效.

4 研究總結與展望

通過具體的物理情景，進行較深入的訪談后發現，在完成相應習題時，物理科學思維習慣有利于學生分析計算題的題干，找到隱藏的條件，并運用相應的物理思維方法，多個角度分析物理過程.物理科學思維習慣的養成前提條件在于主動、獨立、積極地思考物理問題,獨立思考解決物理問題是物理學習的關鍵.教材中的定理和公式的推導過程是可以輔助學生理解物理知識，學生常常誤以為讀一遍教材，推導一遍物理相關公式就能把物理知識掌握下來了，這是因為近在眼前的答案讓他們產生了能力錯覺，但是根本就沒有通過思考，談不上形成思維習慣.從調查的結果上看，學生獨立思考的情況是不理想的,因此,培養學生物理科學思維習慣的首要任務在于培養學生獨立思考問題的能力.

師范生要明確物理科學思維習慣的重要性,可以結合具體物理實際情景，深入思考物理規律，加深對物理知識的理解，促進物理思維的發展，形成科學的思維習慣.可以就物理問題與老師、同學進行討論，從多個角度思考問題，而不只是從自己最熟悉、最直觀的角度出發，單一、片面地思考問題，從而克服自己的思維定勢.

總的來說，物理科學思維習慣對物理學習的影響是顯而易見的，這一研究的起點較為新穎，期待能夠有更多的學者去研究學生存在的物理思維習慣，研究其是否科學合理，找到不良思維習慣形成的原因，進而再提出培養良好學習思維習慣的措施和方法，并落實在課堂教學和課外學習活動中.通過師生的共同努力，一定會收到良好的成效，以求幫助更多的學生學好物理課程.