力学学习思维障碍与教学策略

白石

一、前概念思维障碍的排除。

学生在学习力学部分时，会由于对前面所学的概念理解不够深入、不够全面，导致解决问题时出现错误，这就是前概念障碍。如问题：“两个体积相等的金属球，其中一个的重量是另一个的两倍，两球同时从二楼顶落下。”有近30%分学生认为物体越重，下落得越快。又如问题：“一个小球在光滑水平面上从a匀速运动到b，在b点小球受到一个来自同一水平面的瞬间垂直冲撞。”有一部分学生认为小球受到冲撞后运动路线为沿着冲撞方向的直线。理由是小球开始做匀速直线运动，所受合外力为零，当受到向上的冲撞后，就沿着这条直线运动。可见，力的方向决定速度的方向这种观念在学生思维中根深蒂固。再如问题：“竖直上抛一小球，忽略空气阻力，在小球从抛出到回到地面过程中，作用在小球上得力。”有些学生认为，受力物体脱离施力物体后，物体仍受引力的作用。认为小球被抛出后竖直上升的过程中，速度逐渐减小，则受到向上逐渐减小的力的作用；下降过程中，速度逐渐增大，则受到向下逐渐增大的力的作用。学生在学习新的物理知识时，并不是简单的“输入、储存”，而是根据原有的知识结构和思维方式去理解，当新知识与原有知识结构相符时，这些新知识就被吸收、储存，否则这些新知识就会被排斥或经“修改”后再吸收，而这种修改后的知识往往是非科学的，于是新知识与旧知识、科学的思维方式与原有的思维方式相互混杂，派生出形形色色的错误概念。当学生的前概念与新的物理知识相冲突时，怎样才能促成认知结构的顺应呢？关键是设法给学生一个巨大的“震颤”，以动摇其顽固信念的基础。可以按三个步骤来实现概念的彻底转变。第一步，教师有步骤的诱导学生暴露其原有的概念框架，包括结论、例证、推论等，并在适当时候提出矛盾，给其原有错误理论框架以沉重打击。第二步，组织讨论乃至争论，揭露学生前概念的不合理性，从而使学生自愿放弃旧概念。第三步，引导学生接受新的概念框架。

二、逻辑思维障碍的排除。

问题：“小汽车推着卡车试图加速到某速度前进的过程，分析受力情况。”一部分学生会认为小汽车推动卡车的力大于卡车推动小汽车的力。理由是如果小汽车推动卡车的力等于卡车推动小汽车的力，卡车就不会加速到某一速度，它只能静止或匀速运动。这里，学生的思维被“加速”两个字所束缚，未能正确运用牛顿第三定律进行思考。实质上物体之间相互作用力的性质与物体的质量、运动状态无关，学生因混淆力与运动这两个概念的内涵而导致错误。就是说学生在运用概念、规律进行思维操作时出现偏差，形成逻辑性思维障碍。

物理抽象思维的逻辑性是物理学科学性的表现，普通逻辑和辩证逻辑的规律是物理抽象思维的基本规律，思维不符合逻辑是得不出正确结论的。物理学是以基本概念为基石，已基本规律为骨架，已基本方法为纽带所构成的逻辑体系。物理学的知识结构包括实验基础、理论体系（概念、定律、定理）、数学表达、物理方法、延伸与应用等内容。这些内容之间有紧密的逻辑关系。因此，在教学过程中，应抓住这种关系，精心设计教学内容和教学过程，使之具有合理的逻辑结构。首先，物理概念即是物理思维的产物，又是更高层次物理思维的工具。物理思维只有借助于概念才能提高推理和判断能力，才能深刻揭露物理现象和物理过程的本质规律。在物理概念的教学中，首先应按以下三个步骤进行教学。第一步，创设学习情境，建立物理概念的“生长点”。第二步，科学的思维加工，形成物理概念。第三步，联系实际，积极运用、巩固、深化物理概念。其次，在课堂教学中，应按照提出问题-分析问题-解决问题的逻辑主线展开教学内容，做到提出疑问以激发学生的学习兴趣，吸引学生注意力，分析疑问以启发学生积极思考，正确推理以培养学生思维的逻辑性与严密性，得出简练结论锻炼学生善于抽象和概括的能力，并便于学生牢固记忆。

三、表象性思维障碍的排除。

对于问题：“一个小球在光滑水平面上从a匀速运动到b，在b点小球收到一个来自同一水平面的瞬间垂直冲撞。”有相当一部分学生认为小球受到冲撞后的运动路线为抛物体，理由是可以把小球的运动当作抛物体运动。这些学生虽然能够呈现出两个速度的表象，却不能进行分析综合。

要排除这些障碍应着重注意这样几个问题。首先，物理学是以实验为基础的科学，，在实验过程中通过观察和操作，获得丰富的视觉想象、触觉形象和其它感知形象，从而储存丰富的表象。其次，物理概念不是具体个别实体的形象，也不是主观的心理图象，而是有别于一种物理现象获一类物理过程的一种现象或过程的理论和概括，是观察试验与科学思维的产物，既具有鲜明的客观性又具有强烈的主观性；既具有高度的概括性又具有高度的抽象性。

四、直觉经验性思维障碍的排除。

在解决问题：“小球从静止开始，沿轨道倾斜直线-圆弧-倾斜直线运动，不计摩擦，标出各位置加速度方向。”时学生认为，小球被弹簧竖直弹上去的过程中，因速度逐渐减小，所以加速度也逐渐减小，小球到达最高处时速度为零，所以加速度也为零。这表明学生不能从受力与加速度的因果关系中寻找各运动阶段加速度的统一特征， 而是将速度与加速度概念混淆在一起，企图由并无必然因果关系的速度情况判断加速度情况。

直觉经验性障碍不同于我们常说的直觉思维。直觉思维是以具有整体功能的知识组块为思维材料而进行的思维；指人脑不借助于逻辑推理而综合运用已有知识、表象和经验知觉，以高度省略、简化、浓缩的方式洞察事物的物理实质，并迅速作出猜测、设想或突然领悟的思维。

五、迁移性思维障碍的排出。

迁移作用是指先前一些问题的解决对以后解决问题的影响，主要表现在思维定势。思维定势就是人脑多次受到某种外来信号的刺激作用而形成的一种固定思维方法。在学习物理时，这种思维方式对人的大脑思维活动有两种作用：当它对新认知的对象产生正迁移时，即人们把自己头脑中的已有的思维模式恰当的运用到新的物理情况中去，用于学习和理解新的物理知识，解决新的物理问题，它的作用是积极的；但当它对新认知对象产生负迁移时，人们把自己头脑中已有的、习惯的思维方式不恰当的运用到新的物理问题中去，它的作用是干扰的、消极的。排除迁移性思维障碍的主要途径是促进正迁移，抑制负迁移。在教学中应做到：1、在讲授知识时，讲清物理概念、规律，使学生掌握完整的基础知识。2、传授方法时，注意讲明方法的使用条件，防止学生将相对真理和局部经验绝对化。3、引导学生在解决问题时，从正向、倒向、反向去思维，善于发现问题中新的因素、新的关系，采用新的方法。4、注意培养学生分析比较能力，不同事物重在比同，相似的事物重在比异，促进知识和经验的正迁移、抑制负迁移。