嚴(yán)仁東

(江蘇省灌云縣侍莊中學(xué),江蘇灌云 222207)

在高中物理教學(xué)中,對(duì)學(xué)生的物理抽象思維障礙成因進(jìn)行分析,采取針對(duì)性和實(shí)效性的教學(xué)對(duì)策,這對(duì)于解決學(xué)生抽象思維障礙、提高學(xué)生物理學(xué)習(xí)的成效、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力等都具有十分重要意義.本文將高中學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中抽象思維障礙的成因及相應(yīng)的教學(xué)對(duì)策做初步的探討.

1 由概念引發(fā)的抽象思維障礙成因分析與教學(xué)對(duì)策

1.1 成因分析

(1)概念內(nèi)涵和外延模糊不清

學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中,由于對(duì)概念的內(nèi)涵理解不夠,常給分析問(wèn)題帶來(lái)一定的障礙.例如服務(wù)員手托著盤子向前走,有的學(xué)生錯(cuò)誤地認(rèn)為有力有位移出現(xiàn),人肯定做了功.造成這一障礙的原因就是學(xué)生不了解物理學(xué)中功的真正意義.任何一個(gè)物理概念都是內(nèi)涵和外延的統(tǒng)一,學(xué)生在理解或?qū)嶋H運(yùn)用概念時(shí),有時(shí)會(huì)不自覺地縮小或擴(kuò)大概念的外延,因而造成錯(cuò)誤的結(jié)果.擴(kuò)大外延的例子,如因忽視勻變速直線運(yùn)動(dòng)的平均速度公式的適用范圍,用它來(lái)分析其他非勻變速運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題.縮小概念外延則主要表現(xiàn)為,忽視了同一概念所包含的物理圖景的多樣性,以較熟悉的個(gè)別圖景代替圖景的全部.

(2)相近的物理概念混淆

物理學(xué)中有許多相近的物理概念,學(xué)生對(duì)它們的物理意義理解不透,區(qū)分不清,加上頭腦中沒(méi)有完整的物理情境,容易將它們之間的關(guān)系簡(jiǎn)單化,如對(duì)于表示物理變化量大小及物理量變化快慢的兩個(gè)量,學(xué)生就極易將其混淆.

1.2 教學(xué)對(duì)策

(1)追根溯源,讓學(xué)生進(jìn)行分析、討論,發(fā)揮抽象思維的能動(dòng)性特點(diǎn)

教師講解概念時(shí),要讓學(xué)生展開充分的“辨”與“析”,弄清概念的來(lái)龍去脈,明確概念的形成過(guò)程,以達(dá)到對(duì)概念的準(zhǔn)確理解和掌握.

(2)運(yùn)用“類比”法,順應(yīng)和同化知識(shí)

在物理教學(xué)中恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用類比,可使相似概念之間形成極強(qiáng)的反差,幫助學(xué)生在頭腦中建立穩(wěn)定、清晰的神經(jīng)聯(lián)系,增強(qiáng)記憶效果.例如位移、路程這兩個(gè)相似且易混的概念,運(yùn)用類比歸納,找出其間的聯(lián)系與區(qū)別.這樣一比較,學(xué)生中的模糊認(rèn)識(shí)就消除了.

(3)講練結(jié)合,加深對(duì)概念的理解

學(xué)習(xí)概念要體現(xiàn)“學(xué)以致用”的教育原則,通過(guò)對(duì)問(wèn)題的具體分析和實(shí)際應(yīng)用,鞏固和加深對(duì)概念的理解.當(dāng)每一個(gè)概念介紹以后,教師應(yīng)分析典型的例題,來(lái)啟發(fā)學(xué)生對(duì)概念的靈活運(yùn)用.同時(shí)布置一定數(shù)量的習(xí)題,通過(guò)問(wèn)題的解決,加深學(xué)生對(duì)概念內(nèi)涵和外延的理解,從而使概念得到進(jìn)一步的消化.只有注重講練結(jié)合,才能使學(xué)生對(duì)概念的掌握透徹、深刻.

2 由表象引發(fā)的抽象思維障礙成因分析及教學(xué)對(duì)策

2.1 成因分析

(1)表象缺乏

如果學(xué)生對(duì)特定條件下的物理現(xiàn)象和過(guò)程,在頭腦中沒(méi)有建立起正確的物理表象,不會(huì)利用物理表象進(jìn)行抽象思維,就難以把文字?jǐn)⑹觥?shù)學(xué)表達(dá)式和現(xiàn)實(shí)物理過(guò)程聯(lián)系起來(lái),也就難以正確地進(jìn)行分析、推理、判斷等邏輯思維活動(dòng).例如“天體運(yùn)動(dòng)”這一章,按理說(shuō)有了前面圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)的基礎(chǔ),學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)應(yīng)該容易些.可是不少學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)并不輕松,原因就是學(xué)生頭腦中沒(méi)有這種表象.當(dāng)然引起表象缺乏的原因有很多,有地域差別引起的,有缺乏生活實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)引起的,還有學(xué)生立體感不強(qiáng)引起的等.

(2)表象干擾

學(xué)生在分析、解決問(wèn)題時(shí),相似的表象常會(huì)對(duì)學(xué)生的思維起著一定干擾作用,從而引來(lái)抽象思維障礙.例如筆者在“全反射”教學(xué)中講到了海面上的“海市蜃樓”現(xiàn)象,這個(gè)蜃景當(dāng)時(shí)學(xué)生都比較理解.接下來(lái)在講沙漠中的蜃景時(shí),讓學(xué)生判斷這個(gè)蜃景與海面上的蜃景有什么不同的地方,當(dāng)時(shí)就有90%的學(xué)生都出現(xiàn)了“思維斷層”,一下子回答不上來(lái).其實(shí)海面上的蜃景和沙漠中的蜃景都是光在密度分布不均勻的空氣中傳播時(shí)發(fā)生全反射而產(chǎn)生的.海面上的蜃景,人們看到遠(yuǎn)方的景物正立懸在空中;而沙漠中的蜃景,人們看到遠(yuǎn)處物體的倒立的景像.可見這兩種蜃景雖然原理一樣,但形成的景象卻有區(qū)別,一個(gè)是正立的,一個(gè)是倒立的.出現(xiàn)這一判斷障礙的原因就是學(xué)生誤把海面上的蜃景這一表象想象成了沙漠中的蜃景的表象,出現(xiàn)了表象混亂,從而引發(fā)了抽象思維障礙.

2.2 教學(xué)對(duì)策

(1)板畫、草圖鋪設(shè)法

對(duì)于有些物理知識(shí),學(xué)生沒(méi)有表象,缺乏形象思維到抽象思維的過(guò)渡,這就需要教師借助板畫、草圖鋪設(shè)由形象思維到抽象思維的過(guò)渡.教師在黑板上的板畫、學(xué)生在練習(xí)本上的草圖簡(jiǎn)單實(shí)用,往往是形象思維發(fā)展的結(jié)果,這種圖形屢經(jīng)加工,就會(huì)抽象為程式化的形象,在物理學(xué)科中廣泛應(yīng)用.因此,教師要加強(qiáng)自身的草圖、板畫能力,為學(xué)生抽象思維鋪設(shè)一個(gè)簡(jiǎn)單而易懂的平臺(tái),幫助學(xué)生消除抽象思維的障礙.

(2)多媒體輔助教學(xué)法

物理學(xué)中存在著大量宏觀的或微觀的、極快的或極慢的物理過(guò)程,這些過(guò)程往往都比較抽象、難懂.例如宇宙中天體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程及規(guī)律,原子的核式結(jié)構(gòu)、玻爾氫原子模型、核反應(yīng)過(guò)程等等.此類的知識(shí)和內(nèi)容都是學(xué)生頭腦中比較混亂而又沒(méi)有辦法做實(shí)驗(yàn)的.這時(shí)我們可以用多媒體輔助教學(xué),借助計(jì)算機(jī)平臺(tái),突破時(shí)間和空間的束縛,進(jìn)行仿真的模擬,設(shè)計(jì)編制出高質(zhì)量的物理CAI課件,將這些一般情況下難以觀察到的物理現(xiàn)象和過(guò)程生動(dòng)形象地展現(xiàn)在學(xué)生面前,引導(dǎo)學(xué)生把抽象的物理知識(shí)形象化、動(dòng)態(tài)化,使之具有更強(qiáng)的教育性、觀察性、活潑性和能動(dòng)性,使課堂教學(xué)效率大大提高.

(3)深入生活,加強(qiáng)實(shí)踐

從生活走向物理,從物理走向生活,物理教學(xué)中應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生深入生活,加強(qiáng)實(shí)踐的能力.每當(dāng)向?qū)W生傳授新的物理知識(shí)時(shí),都應(yīng)聯(lián)系它在生活中或?qū)嶋H生產(chǎn)的某些應(yīng)用,同時(shí)要求學(xué)生細(xì)心觀察周圍的物質(zhì)世界,找出與所學(xué)知識(shí)相關(guān)的事例.例如對(duì)于螺旋測(cè)微器,筆者問(wèn)學(xué)生:“生活中有動(dòng)手?jǐn)Q過(guò)螺絲的嗎?”,有過(guò)這樣經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生馬上明白了其中的有關(guān)道理,而缺乏生活實(shí)踐的學(xué)生卻還是不能明白,只等到把螺旋測(cè)微器拿到他手里時(shí),讓他親自動(dòng)手來(lái)做時(shí)才明白.由此看來(lái)學(xué)生應(yīng)該深入生活,加強(qiáng)動(dòng)手機(jī)會(huì),這樣不但可以提高他們的實(shí)踐能力,還可以提高學(xué)生其他方面的能力.

3 由生活經(jīng)驗(yàn)引發(fā)的抽象思維障礙成因分析及教學(xué)對(duì)策

3.1 成因分析

(1)錯(cuò)誤經(jīng)驗(yàn)誘導(dǎo),進(jìn)入抽象思維誤區(qū)

先入為主的生活觀念、錯(cuò)誤經(jīng)驗(yàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的影響是很大的,往往驅(qū)使學(xué)生做出想當(dāng)然的錯(cuò)誤判斷,導(dǎo)致他們進(jìn)入抽象思維的誤區(qū).例如在“波的疊加”教學(xué)中,學(xué)生受生活經(jīng)驗(yàn)中實(shí)物相遇時(shí)會(huì)改變運(yùn)動(dòng)方向的影響,往往很難理解波相遇后像相遇前一樣,各自保持原有的形狀,繼續(xù)傳播.由于有了錯(cuò)誤生活經(jīng)驗(yàn)的誘導(dǎo),一開始學(xué)生就沒(méi)有辦法對(duì)問(wèn)題再去進(jìn)行正確的分析和判斷,從而造成抽象思維的障礙.

(2)遷移不當(dāng),出現(xiàn)抽象思維偏差

在學(xué)習(xí)物理的過(guò)程中,學(xué)生常常把自己頭腦中已有的、習(xí)慣了的思維不恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用到新的物理情境中去,不善于區(qū)分要認(rèn)識(shí)的對(duì)象和舊有經(jīng)驗(yàn)之間的差異,僅僅憑借原有經(jīng)驗(yàn)就直接套用在認(rèn)識(shí)對(duì)象上,跳不出舊認(rèn)識(shí)的“框架模式”,使思維誤入歧途,導(dǎo)致了遷移性的抽象思維障礙.例如在進(jìn)行“自由落體運(yùn)動(dòng)”教學(xué)時(shí),如果問(wèn)學(xué)生:在空氣中同樣的高度處釋放一個(gè)紙片和一個(gè)錢幣,哪一個(gè)先落地?如果把它們放在真空中哪一個(gè)先落地?學(xué)生們沒(méi)有考慮到空氣阻力條件的變化,由于遷移不當(dāng),出現(xiàn)了抽象思維障礙,就極易造成判斷的錯(cuò)誤.

3.2 教學(xué)對(duì)策

(1)加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動(dòng),驗(yàn)證錯(cuò)誤經(jīng)驗(yàn)

針對(duì)上述情況,設(shè)計(jì)必要的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),給學(xué)生形成鮮明、強(qiáng)烈的對(duì)比,說(shuō)明原有經(jīng)驗(yàn)的錯(cuò)誤所在,使其原有的經(jīng)驗(yàn)發(fā)生動(dòng)搖,直至清除.例如為了解決上面提到的落體運(yùn)動(dòng)中學(xué)生遇到的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),讓每個(gè)學(xué)生都來(lái)體會(huì)一下:讓一張紙片與一枚錢幣同時(shí)從同一高度落下,硬幣先落下.在抽真空的玻璃管中,小紙片、小紙團(tuán)、硬幣從同一高度落下,同時(shí)著落管底.說(shuō)明這里空氣阻力才是影響落地快慢的因素.通過(guò)這樣的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),學(xué)生的原有錯(cuò)誤經(jīng)驗(yàn)就馬上消除了.

(2)“原型啟發(fā)”法

有的物理現(xiàn)象和物理過(guò)程都很復(fù)雜,為了更好地揭示事物的本質(zhì),我們可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)和觀察所得的各種感性材料,舍去那些表面的、次要條件,把復(fù)雜、具體的物理事物用簡(jiǎn)單抽象的、理想化的物理模型來(lái)描述.這種具有啟發(fā)作用的事物稱作“原型”.在物理教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)建立模型,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)全面地分析問(wèn)題,要透過(guò)現(xiàn)象看到本質(zhì),幫助學(xué)生克服生活經(jīng)驗(yàn)引發(fā)的抽象思維障礙.物理學(xué)中的原型可以來(lái)源于生活、生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn),也可通過(guò)學(xué)習(xí)過(guò)程建立.在學(xué)習(xí)中,物理學(xué)概念模型(如質(zhì)點(diǎn)、理想氣體、點(diǎn)電荷等)、物理過(guò)程模型(如各種典型運(yùn)動(dòng)過(guò)程、碰撞、反沖等)、典型的解題過(guò)程(方法、技巧、思路)等都可以抽象為學(xué)習(xí)者頭腦中的“原型”.這種方法對(duì)于解決由表象、概念以及生活經(jīng)驗(yàn)引發(fā)的抽象思維障礙都是非常有效的.

4 由數(shù)學(xué)工具引發(fā)的抽象思維障礙成因分析及教學(xué)對(duì)策

4.1 成因分析

(1)數(shù)學(xué)知識(shí)的缺乏

物理和數(shù)學(xué)是緊密聯(lián)系的,數(shù)學(xué)為物理學(xué)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的研究工具,幾乎所有的物理概念和物理規(guī)律,都可以通過(guò)量化的方法用數(shù)學(xué)公式進(jìn)行描述,學(xué)生有好多抽象思維障礙也是由于數(shù)學(xué)知識(shí)缺乏而引發(fā)的.例如在講初速度為零的勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用時(shí),學(xué)生由于不會(huì)數(shù)學(xué)歸納法,所以推導(dǎo)不出最后的結(jié)論.對(duì)于一些應(yīng)用數(shù)學(xué)函數(shù)、圖像求解的物理問(wèn)題,例如 v-t圖像、s-t圖像、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖像、波形圖、交變電流圖像等等,由于一些學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)圖像的意義、規(guī)律不明確,通過(guò)圖像獲取不了有效的信息,就導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法得出正確的判斷和推理,出現(xiàn)了抽象思維障礙.

(2)忽視公式的物理含義

很多學(xué)生習(xí)慣于用數(shù)學(xué)公式代替物理概念、規(guī)律,見到數(shù)字就想到了數(shù)字運(yùn)算,很少再?gòu)奈锢硪饬x上去理解物理學(xué)公式.例如很多學(xué)生把物理學(xué)上出現(xiàn)的“+”、“-”與數(shù)學(xué)上的完全等同,再如對(duì)于電場(chǎng)強(qiáng)度公式有的學(xué)生認(rèn)為電場(chǎng)強(qiáng)度跟放入電場(chǎng)中的試探電荷所受的電場(chǎng)力成正比,跟電荷的電荷量成反比.這些事例說(shuō)明,僅用數(shù)學(xué)的抽象思維來(lái)學(xué)習(xí)物理也是行不通的.

(3)不分析物理問(wèn)題的情景,與物理事實(shí)相悖

有些學(xué)生把物理問(wèn)題的解決當(dāng)成數(shù)學(xué)的運(yùn)算,摒棄了其中內(nèi)蘊(yùn)的物理過(guò)程和意義,致使即便學(xué)會(huì)了物理規(guī)律,也不能恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用于問(wèn)題的解決,產(chǎn)生物理抽象思維的應(yīng)用性障礙.

4.2 教學(xué)對(duì)策

(1)加強(qiáng)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí),正確應(yīng)用數(shù)學(xué)工具解決物理問(wèn)題

有些物理教師教學(xué)生用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題時(shí)往往只側(cè)重結(jié)果的“機(jī)械計(jì)算”,缺少“過(guò)程與方法”,他們總認(rèn)為那是數(shù)學(xué)教師的事情.其實(shí)不然,物理教師在自己的教學(xué)過(guò)程中對(duì)數(shù)學(xué)方法與規(guī)律的滲透也是十分重要的,我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中要對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)、方法的應(yīng)用加以滲透,例如在講到勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí),涉及到數(shù)學(xué)歸納法的,應(yīng)先把數(shù)學(xué)歸納法簡(jiǎn)單地復(fù)習(xí)一下;講到恒定電流中電源的最大輸出功率時(shí),需先把均值不等式和數(shù)學(xué)配方法的應(yīng)用有意識(shí)地提示一下.這樣,學(xué)生應(yīng)用起來(lái)就順手多了,不會(huì)再產(chǎn)生前面舉例中所發(fā)生的一些障礙了.

(2)重視公式中的物理意義,明確因果關(guān)系

在物理教學(xué)中,要特別注意物理學(xué)科的特殊性,應(yīng)講清公式的物理意義、適用范圍,讓學(xué)生理解公式所描述的物理現(xiàn)象、物理實(shí)事之間的因果關(guān)系、決定關(guān)系,還要引導(dǎo)學(xué)生明確公式的來(lái)龍去脈,增強(qiáng)公式的物理色彩,突出對(duì)問(wèn)題的物理意義的分析,從而正確地理解、掌握和應(yīng)用好物理規(guī)律、公式,并且在學(xué)習(xí)過(guò)程中還要配合練習(xí)加強(qiáng)思維訓(xùn)練,使學(xué)生在扎實(shí)的物理知識(shí)的基礎(chǔ)上恰當(dāng)、靈活地應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題.

(3)加強(qiáng)檢驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生抽象思維的嚴(yán)密性和邏輯性

當(dāng)我們通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算得出結(jié)果后,一定要根據(jù)物理問(wèn)題的實(shí)際情況進(jìn)行檢驗(yàn),看所得出的結(jié)果是否與物理事實(shí)相符合.有時(shí)我們得到的解可能有幾個(gè),這時(shí)要一一代入分析,有時(shí)可能求得的解就只有一個(gè),平時(shí)學(xué)生要養(yǎng)成善于檢驗(yàn)的好習(xí)慣.因?yàn)橥鶛z驗(yàn)會(huì)讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)思維上的偏差與錯(cuò)誤,久而久之也就培養(yǎng)了學(xué)生思維的嚴(yán)密性和邏輯性.

1 閻金鐸,田世昆,胡衛(wèi)平.物理思維論.南寧:廣西教育出版社,1999.

2 朱龍祥.物理教學(xué)思維方式.北京:首都師范大學(xué)出版社,2001.

3 吳敏海.高中物理習(xí)題錯(cuò)解的常見思維障礙診斷.物理教師,2009(3).

4 陸一娣.高中物理教學(xué)中學(xué)生智能培養(yǎng)策略.現(xiàn)代教育科學(xué)(中學(xué)教師),2009(4).

5 王政良.展示思維過(guò)程,指導(dǎo)思維調(diào)節(jié)——淺談物理解題教學(xué)的策略.物理通報(bào),2009(3).