高中物理力學問題解決的思維障礙及突破途徑

高中物理涉及力學基礎概念、牛頓運動定律、功和能、動量守恒、機械振動等多個核心內容，是學生探索物理世界奧秘、培養科學思維的關鍵課程。然而，力學問題的復雜性和抽象性，易讓學生在解題過程中感到困惑，甚至產生挫敗感。這種困惑和挫敗感會嚴重削弱學生的學習興趣，也會在一定程度上限制其物理思維的拓展和深化。學生在面對紛繁復雜的力學問題時，若感到力不從心，難以找到解題的突破口，既會影響學生的學習成效，又會對其綜合能力的長遠發展構成潛在的阻礙。因此，深入探討學生在解決高中物理力學問題時遇到的思維障礙，并尋找有效的突破途徑，對于提高物理教學效果具有重要意義。

一、高中物理力學問題解決的思維障礙分析

從認知心理學和教育學的角度來看，學生在解決高中物理力學問題時面臨的思維障礙是多方面的。認知心理學關注個體如何獲取、存儲、轉換和使用信息，而教育學則關注如何有效地傳授知識和技能。結合這兩個視角，教師可以更深入地理解學生在學習力學中的困境。

（一）易混淆概念

在力學的學習中，學生對基本概念的理解程度直接關系到他們解題的準確性和效率。力學概念的抽象性和復雜性，使得學生容易混淆相似或相關的概念[]。以“力”和“加速度”為例，這兩個概念在物理力學中占據著舉足輕重的地位，但部分學生對它們的理解卻常常停留在表面，即使能夠復述出“力是改變物體運動狀態的原因”和“加速度是速度變化快慢的量度”這樣的定義，但在實際解題過程中，他們卻難以準確區分這兩個概念的內涵和外延。

（二）形成思維定式

在長期的學習過程中，學生容易形成思維定式。思維定式雖然在一定程度上有助于學生快速解決問題，但在面對新問題時，卻可能成為他們思維的枷鎖[2]。在力學的學習中，這種思維定式尤為明顯。例如，學生在解決涉及多個物體和復雜運動狀態的問題時，往往難以擺脫適用于單個物體的思維模式，習慣將問題錯誤地簡化為單個物體的情況。

（三）邏輯推理能力不足

力學問題的解決需要較強的邏輯推理能力，然而部分學生在邏輯推理方面存在明顯的短板，這直接影響了他們解題的準確性和效率。以“牛頓第二定律的應用”為例，學生在解題過程中需要準確判斷物體的受力情況和運動狀態，并據此推導出物體的加速度和速度等物理量。然而，邏輯推理能力的不足會導致學生難以準確判斷物體的受力情況和運動狀態，解題頻頻出現錯誤。

（四）缺乏解題策略與技巧

在力學的學習中，部分學生常因缺乏解題策略與技巧而難以有效運用牛頓運動定律。以“牛頓運動定律的應用”為例，在分析多物體相互作用時，需準確分析受力，列出方程，并考慮相互作用力。然而，部分學生因無法準確畫出受力圖，列出方程或忽視牛頓第三定律而陷入困境。

二、突破高中物理力學問題解決的思維障礙的途徑

基于上述學生在解決高中物理力學問題時所面臨的思維障礙，結合認知心理學和教育學理論分析，以人教版高中物理教材為例，教師可以采取以下途徑來幫助學生突破思維障礙。

（一）深化概念理解

深化概念理解是解決物理力學問題的基礎。教師應通過生動的實例和實驗，幫助學生直觀感受力學概念，從而避免概念混淆。從認知心理學的角度來看，具體實例和實驗可以增強學生的記憶，深化學生的理解，有助于學生形成穩固的知識結構[3]以“牛頓第二定律”為例，教師可以設計一個簡單的實驗：用不同大小的力推動同一輛小車，觀察小車的加速度變化。通過對比實驗數據，學生可以直觀地感受到“力越大，加速度越大”的規律。例如，一輛質量為 2kg 的小車，在水平地面上受到一個大小為6N的向右的水平推力作用，求小車的加速度。教師可以先引導學生在紙上將小車受力圖畫出來，如圖1所示。可以看出，垂直于地面方向的合力為_0N ；平行于地面方向的合力 ，通過牛頓第二定律 F=ma ，可以求出小車的加速度 a=F/ m=6/2=3 （ ）。

（二）培養靈活思維

培養靈活思維是解決復雜物理力學問題的關鍵。教師應引導學生打破思維定式，從不同角度和層面去分析問題[4]。從教育學的角度來看，多樣化的練習題和問題解決策略可以鍛煉學生的思維，提高他們的問題解決能力。以“拋體運動”為例，教師可以設計一系列涉及不同拋體角度、初速度等參數的練習題，讓學生在解決這些問題的過程中鍛煉思維。

案例題目：一個物體以初速度 u₀=20m/s 做斜上拋運動，拋射角為 45^° ，求物體上升的最大高度和水平射程。

解析思路：首先，理解題目。題目描述了一個物體以初速度 u₀=20m/s 、拋射角 45^° 做斜上拋運動，需要求解物體上升的最大高度和水平射程。其次，分解運動。斜上拋運動可以分解為“水平方向上的勻速直線運動”和“豎直方向上的勻變速直線運動”兩個獨立的分運動，如圖2所示。最后，分析運動過程，計算并求解。通過分析兩個獨立的分運動，可以分別求解出物體上升的最大高度和水平射程，獲得最終答案。

（三）加強邏輯推理訓練

邏輯推理能力是解決物理力學問題的核心。教師應注重培養學生的邏輯推理能力，通過講解邏輯推理的基本方法和技巧，引導學生進行邏輯推理練習[5]。從認知心理學的角度來看，邏輯推理訓練可以提高學生思維的嚴密性和條理性。以“牛頓運動定律的應用”為例，教師可以借助題目對解題思路進行講解，加強對學生的邏輯推理訓練。

案例題目：一個質量為 2kg 的物體從傾角為30^° 的光滑斜面頂端由靜止開始下滑，斜面長度為 5m 。斜面底端連接一個水平傳送帶，傳送帶以3m/s 的速度順時針勻速運動，長度為 10m ，物體與傳送帶間的動摩擦因數為0.2。求物體從斜面頂端開始下滑到完全離開傳送帶所需的總時間，以及物體在傳送帶上因摩擦產生的熱量。

解題思路：首先，理解題目。物體先沿斜面下滑，后進入傳送帶，需計算運動總時間和因摩擦產生的熱量。其次，受力分析。在斜面上，物體受重力、支持力，沿斜面下滑；在傳送帶上，物體受重力、支持力、摩擦力（根據物體到達斜面底端的速度與皮帶速度大小的關系，判斷物體受到的摩擦力方向與傳送帶速度方向是相反還是相同）。再次，應用牛頓第二定律，結合運動學求解，并判斷物體后續運動。最后，進行綜合求解。匯總物體運動的各部分時間得出總時間，并根據物體在傳送帶上的運動情況，計算相對位移，求出物體因摩擦產生的熱量。本題綜合應用了牛頓第二定律、運動學公式和能量守恒定律（通過熱量體現）。通過本題，學生可學會分解復雜物理問題，綜合運用多個定律和公式求解。

（四）傳授解題策略與技巧

傳授有效的解題策略與技巧是提高學生解題效率的重要途徑。教師應總結并講授一些常用的解題方法和技巧，如受力分析、運動學公式、動量守恒等，并引導學生在實際解題中靈活運用這些方法和技巧。以“連接體問題”為例，教師可以講解如何運用整體法和隔離法分析連接體的受力情況和運動狀態，從而求出連接體的加速度、速度等物理量[6]。

案例題目：一個質量為 M 的斜面體靜止在水平地面上，斜面的傾角為 θ_i 。斜面上放置一個質量為m 的小物塊，小物塊與斜面間的動摩擦因數為 μ 現給斜面體施加一個水平向右的恒力 F ，使斜面體在水平地面上做勻加速直線運動，同時小物塊恰好不上滑。已知斜面體的加速度為 a ，重力加速度為 g， 0求：（1）斜面體對地面的壓力 F_N 和摩擦力f；（2）斜面對小物塊的支持力 F_N^′ 大小和摩擦力 f^′ 大小。

解題思路：第一，應用整體法分析斜面體。將斜面體和小物塊看作一個整體，運用牛頓運動定律分析其在豎直方向上和水平方向上的受力情況，求出斜面體對地面的壓力 F_N 和摩擦力 f 第二，應用隔離法分析小物塊。小物塊在斜面上恰好不上滑，則小物塊受到沿斜面向下的最大靜摩擦力為f，小物體與斜面體相對靜止，具有相同的加速度，即其加速度沿水平方向，大小為 a ；小物塊受到重力mg、斜面的支持力 F_N^′ 和摩擦力 f^′ （將小物塊的加速度沿不同方向分解后可進行求解）。

本題通過整體法和隔離法的綜合應用，既考察了學生對牛頓第二定律的理解，又鍛煉了學生分析復雜連接體問題的能力。在講解結束后，教師應對解題策略與技巧進行總結（1）在解決連接體問題時，先判斷整體法是否適用。（2）當整體法不適用或需要驗證整體法的結果時，可用隔離法分別分析各個物體的受力情況。（3）在分析受力情況時，要注意考慮所有可能的力和它們的方向。（4）將各個物體之間的相互作用力（如支持力、摩擦力等）正確地作用到相應的物體上，以便求出最終的受力情況。

（五）其他創新突破途徑

信息技術手段如虛擬現實和仿真實驗，能為學生提供直觀、生動的力學學習環境，加深他們對力學概念的理解。小組合作學習鼓勵學生團隊協作，通過討論和分享拓寬思路，可有效鍛煉學生團隊協作能力。教師應組織分組討論、共同設計實驗等活動，讓學生在互動中深化對物理概念的理解[7]。此外，個性化教學方案能更好地滿足學生需求，提高教學效果。教師應根據學生特點提供有針對性的輔導和練習，如為易混淆概念的學生設計練習題和講解視頻，為邏輯推理能力不足的學生設計邏輯推理訓練等。通過個性化教學計劃，教師可幫助學生克服學習障礙，提升學習效果。

三、總結

高中物理力學問題解決的思維障礙是影響學生學習效果的重要因素。為了幫助學生克服這些障礙，教師應從深化概念理解、培養靈活思維、加強邏輯推理訓練以及傳授解題策略與技巧等方面入手，為學生提供全方位的支持和指導。同時，利用信息技術手段、開展小組合作學習以及實施個性化教學等創新途徑，可激發學生的學習興趣和積極性。通過這些措施的實施，教師可以有效地提升學生的解題能力，為他們后續的物理學習打下堅實的基礎。

[參考文獻]

[1］施美娜.高中力學解題的思維障礙及其解決策略研究［D］.大連：遼寧師范大學，2019.

[2]王嘉慧．芻議高中生在物理力學學習中存在的思維障礙［J］.中國校外教育，2017（5）：77-78.

[3]李素珍.高中物理力學問題的解題技巧研究[J].數理化解題研究，2023（9）：66-68.

[4］林松.高中物理力學解題思路與方法應用[J].教育觀察，2024，13（14）：7-10.

[5］拉布敦.高中物理機械能守恒定律問題的解題技巧探究［J］.理科愛好者（教育教學），2021（1）：86-87.

[6］段石峰，物塊在斜面體上運動的力學問題再研究［J].物理通報，2024（8）：123-126.

[7］劉紅莉.高中物理力學教學中解題方法研究[J].數理天地（高中版），2022（8）：77-79.