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物理學習的思維障礙探源及對策

二、相近物理概念混淆形成的障礙
物理上有許多相近的物理概念,它們既相互聯系又相互區別,具有不同的本質屬性。有的學生對它們的物理意義理解不透,區分不清,加上頭腦中沒有完整的物理情境,容易將它們之間的關系簡單化,要么同時變大,要么同時變小。如表示物理量大小及表示它變化快慢的兩個量,學生就容易混淆,以速度和加速度為例來說,二者都是描述物理運動的物理量,速度表示物體運動的快慢,而加速度則是表示速度變化的快慢。有的學生認為,物體的加速度大,速度就大,加速度變大時,速度就隨之也變大。要克服這種思維障礙,可以抓住兩個概念的差異,從不同的角度突出這種差異,進行區別。一是可以通過列舉具體的典型例子加以糾正,使概念深化,找出兩者之間的內在聯系和區別,如在物體的振動過程中,物體向平衡位置運動的過程中,加速度是變小的,直至為零,速度是變大的;而離開平衡位置的過程中,加速度是變大的,速度反而是變小的,直至為零。為了特別強調加速度和速度這兩個大小的差別和變化的不一致性,再讓學生分別說明始末位置它們的大小,學生通過這一物理情境就可以具體地理解這兩個量的區別,避免混淆。二是可以運用圖象進行區別,說明在v-t圖象中,斜率表示物體的加速度,縱坐標表示物體的速度,等等。
三、類比不當形成的思維障礙
類比是一種重要的推理方式,是人們認識新事物或有所新發現的重要思維方式。但類比不是一種嚴密的推理,類比推理的結果是否正確,還需要經過實踐的檢驗。學生在學習物理的過程中,正確恰當地運用類比,可以幫助學生掌握所學的知識。如可以把原子中電子繞核的圓周運動與人造衛星繞地球的圓周運動進行類比,它們遵守相同的向心力方程,解題的方法也相似,只是應用的具體知識不同。這樣的學習,既可以加強知識之間的聯系,深化對知識的理解,也能提高學習的效率,促進思維方式的發展。同時,也要讓學生認識到,有時類比不當,反而會造成學習知識的思維障礙。如機械波和光波在介質中的傳播速度大小的決定因素是不相同的,這兩者就不可作類比聯想,否則就會作出錯誤的結論。振動圖象和波的圖象是非常相近的兩個圖象,形同意不同,差別只在于橫軸表示的物理量不同。只因這一差別,使兩個圖象的物理內容、物理意義完全不同。它們的意義可用一個形象的例子來比喻,就象正在演出的舞蹈節目,振動圖象所表示的就是每一個演員的規定動作,而波的圖象所表示出來的就是整個群體所呈現的優美的造型。但學生往往把二者等同起來,畫波的圖象的變化按振動圖象的畫法延伸補畫,就象是拿一個演員表演當成了整體舞蹈造型。但由于整體造型跟單個演員的表演是兩碼事,整體造型是由個體演員的表演組合出來的。因此,振動圖象隨時間的變化和波的圖象隨時間的變化的畫法是不具有可類比性的。學生如果忽略了這一點,就會形成思維上的障礙,思維的結果就是錯誤的。我認為,克服這種思維障礙的有效辦法,就是抓住兩個現象之間的突出差別,分析其差異,找出類比不具備的前提條件,才能消除這種思維障礙,培養學生良好的類比思維方法。
四、物理公式數學化形成的思維障礙
數學是學習和研究物理學的重要工具,運用數學工具解決物理問題的能力是中學物理教學大綱和高考說明中要求的一項重要能力。在教學中,我們往往發現,學生在運用數學知識解決物理問題的過程中,經常撇開公式的物理意義,忘記公式所表達的物理現象之間的因果關系,因而造成了運用公式分析物理問題的思維偏差。如場強公式E=F/q,左端代表一物理事實,而右邊僅代表一種定義的方法,測定方法,并不存在E正比于F或反比于q的問題。克服這種思維偏差的主要措施,一是要強調公式的物理意義,理解公式所描述的物理現象、物理實事之間的因果關系、決定關系。二是要明確公式的來龍去脈,增強公式的物理色彩,突出對問題的物理意義的分析,防止單純數學公式的教學法,減少純公式數值代入計算的訓練,讓學生善于運用數學知識、數學方法描述物理問題,真正建立起物理上的數量關系,增強運用數學知識的意識,提高運用數學工具的能力。

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