略论中学生物理学习的思维障碍

万开琼

（重庆市渝北区教师进修学校，重庆 401120）

中学生物理学习受到学生的认识特点、物理课程内容和教师教学方式等因素的影响.学生自身的认知方式的缺陷与生活经验的匮乏、物理课程内容的高度抽象性与概括性以及教师不适当的教学方式都会导致中学生不能准确把握物理概念、规律的内涵与外延、区别与联系，在运用物理概念、规律解决物理问题的过程中会出现各式各样的思维障碍.对中学生物理学习的思维障碍，应该从其思维特点入手进行归因分析，才能够找到帮助学生解决学习困难的办法，从而有提高中学生物理学习的质量.

1 中学生物理学习的思维障碍

1.1 先入为主的生活经验形成的思维障碍

中学生每天生活在大千世界中，自然地获取了与物理相关的生活经验，这些生活经验先入为主，有些对物理学习有积极的促进作用，也有些生活经验干扰物理概念的形成、物理规律的掌握，造成物理学习的思维障碍.甚至学生即使形成物理概念、掌握物理规律，但在解决物理问题的过程中往往从个人的生活经验和日常概念出发，想当然地对物理问题进行判定，从而得出错误的结论.

常见的先入为主的生活经验所产生的思维障碍有：铁球比铝球下落得更快；要让箱子保持运动，就得有力不断作用在它上面；踢出去的足球向前运动，是因为有一个向前的力作用在它上面；摩擦力就是阻碍物体运动的力；甲把乙推倒了，说明甲推乙的力比乙椎甲的力大；冬天在室外摸铁比摸木头凉，这是由于铁比木头温度低；烧水时壶嘴上面出现的“白气”是水蒸气；水中的鱼和天上的星就在所看见的位置上.［1］从上面所举出的例子中可以看出，由于生活经验所产生的思维障碍大多出现在力学、光学、热学中，而对于电学、磁学等与日常生活联系不太密切的物理内容鲜有生活经验所产生的思维障碍.

先入为主的生活经验所产生的思维障碍比较顽固，不是短时间内就能纠正的.例如，中学生学完牛顿第三定律之后，已经掌握作用力与反作用力大小相等、方向相反、作用在同一直线和不同物体上.但是当遇到实际问题如一辆大卡车与小轿车相撞时，比较小轿车对大卡车的作用力与大卡车对小轿车的作用力大小时，学生往往是从力的作用效果做出错误判定：大卡车对小轿车的作用力大于小轿车对大卡车的作用力.

1.2 思维定势干扰形成的思维障碍

思维定势是指中学生运用已经掌握的、事先有准备的一套行之有效的分析解决物理问题的思维模式.思维定势既有积极性作用，也有消极性影响.思维定势的积极性作用往往表现为知识与技能、过程与方法的正向迁移，帮助学生运用已经掌握的各类知识与方法迅速解决新问题.例如，平抛运动的学习有助于学生快速地掌握电荷在电场中的运动规律.思维定势的消极性影响往往表现为知识与技能、过程与方法不恰当地运用到新的物理情境，不善于发现条件的变化，不善于挖掘情境中的新信息，不善于变换思考问题的角度，不善于改变解决问题的路径.

常见的思维定势干扰形成的思维障碍有：初中阶段用小学《科学》的静态为主的研究方法处理动态的物理问题，造成重结果、轻过程的现象和死记硬背的学习模式；高中阶段套用初中物理的条件限制较多的物理概念和规律，例如，将部分电路欧姆定律用于非纯电阻电路，造成分析错误；过去解决问题的成功经验错误地用于貌似旧问题的新问题，许多杂志讨论的所谓“上当题”多属于由于思维定势的影响而“上当”.例如，重视隔离法而忽视整体法；中学生还往往因为教师在分析推理时强调因果联系，而误认为物理推理是“一因一果”，而在处理“一因多果”和“多因一果”推理时陷入困境.［2］

思维定势干扰所形成的思维障碍伴随物理学习的全过程.例如，在物理概念形成过程中，学生常常采用抽象研究对象的本质特征、概括一类事物共同属性的方法形成物理概念，当遇到密度、电场强度等物理概念时就出现了思维定势，导致不能很好地理解和掌握这类采用比值定义法所定义的物理概念.在解决动力学问题的过程中主要有3种方法，用牛顿运动三定律结合运动学规律解决动力学问题；用动量定理和动量守恒定律解决动量问题；用动能定理和能量守恒定律解决功能问题，在解决相关物理问题的过程中有些问题用后两种办法容易解决，但是学生往往用运动学公式和牛顿运动三定律来分析，说明学生对动量和功能原理的理解和思维存在障碍.

1.3 物理公式数学化形成的思维障碍

数学与物理学是密不可分的两门学科，数学是学习和探究物理学的重要工具，物理概念的形成、物理规律的掌握、物理问题的解决离不开数学工具.但是中学生往往表现为对物理公式的顶礼膜拜，不甚了解物理公式背后的物理内涵、意义，将物理数学化，从纯粹数学的角度理解物理概念、规律，思考并解决物理问题，从而得到错误的结论.

物理公式数学化形成的思维障碍主要表现为：对物理公式及公式变形后的物理意义理解不清，混为一谈.例如F＝Eq是由E＝变形而来的，但它们的物理意义不同，前者表述了放置在电场中的点电荷与该点的电场强度和所受的电场里的3者关系；而后者反映电场的性质.在解决物理问题的过程中，学生往往把注意力集中在物理公式的变换、推导和计算上，造成乱套公式的坏习惯，从数学形式上理解物理概念而不考虑物理事实.例如，学生常常理解为电阻与电压成正比，与电流成反比.从纯粹数学的角度来分析并没有不妥的地方.但是事实上电阻是导体的一种属性，与导体两段的电压和流过导体的电流无关.

2 中学生物理学习的思维特点

在物理教学过程中，物理教师往往“在强调可接受性的时候，往往把学生估计过低，在强调发挥学生的潜力时，又往往把他们估计过高.”［3］根据瑞士心理学家皮亚杰的认知发展四阶段论，我国初中学生的物理思维基本上处于具体运算阶段和前运算阶段，［4］而高中学生的物理思维基本上处于具体运算阶段向形式运算过渡.［5］中学生思维水平较低及发展不健全是产生物理学习的思维障碍的原因.

2.1 中学生形成物理表象的特点

物理学是以观察和实验为基础的学科，中学生物理表象也是建立在对物理现象感知过程的基础之上.中学生利用原始表象材料进行创造新的表象能力较差，在物理问题的解决过程中仍然难以合理利用脑海中的各种表象进行抽象、类化、辨别，难以激活适当的表象和抑制不合适的表象.由于物理世界中的部分表象（如场表象、高速运动表象）往往不能被直接感知，学生需要从口头、文字材料中想象出这类表象，部分高中生的想象表象缺乏.

中学生形成物理表象的过程主要表现为：第一，物理表象不准确.他们在学习物理之前由于其他科目的学习和生活经验形成了大量所谓“物理表象”——这些“物理表象”往往是错误的或不准确的；第二，物理表象匮乏.一些物理学习内容（例如电阻、电功率、磁场、电磁感应等）在生活中较少涉及，在教学过程中学生难以建立这类表象；第三，物理表象难以唤醒.中学生在学习过程中由于教师的启发、诱导和点拨建立了相应的物理表象，但是在应用物理知识解决问题时唤醒业已形成的物理形象进行思维和推理比较差.

2.2 中学生物理思维的特点

中学生思维定势对物理学习起重要作用.初中生在学习物理的过程中，由于反复训练导致按照某种固定的思路和模式去思考并解决相关物理问题，这种思维定势往往带来消极影响.例如，“水应加热到100℃时才能沸腾”，这一概念在学生脑子里常被错误地“转换”成“水加热”到100℃时必然沸腾.因此，必须克服思维定势消极作用.中学生物理思维还表现出片面性和表面性.中学生的逻辑思维尚未形成，因而易于根据事物的表面现象和日常观念去分析相关物理问题.例如，初中生学完“牛顿第一定律”后，依然有一部分学生认为“力是维持物体运动的原因，没有力物体就会静止”的错误观念.

中学生的思维处于具体运算阶段向形式运算的转型期.许多刚进入中学阶段学习的学生感觉到物理难学，教师感到此阶段物理难教.产生这一现象的原因是中学物理内容与小学《科学》内容在思维水平上出现了“台阶”现象，就学生的思维台阶而言，中学生学习物理大多还是利用具体的形象思维，较少利用抽象、逻辑思维.

2.3 中学生物理记忆的特点

在学生学习物理的过程中，记忆是不可或缺的心理过程.记忆物理学的抽象的概念、规律和事实，不仅需要对语言表述和数学表达式的逻辑记忆，而且还需要与其相关的形象记忆、动作记忆和情感记忆.在认知心理学中，前者称为语义记忆，后者称为情景记忆.［6］把两者有机地结合起来，可以提高物理概念和规律长时记忆的效率.

中学生记忆的特点是：第一，物理记忆属于有意识记，即有预定目的并经过一定意志努力，采取一定方法进行物理概念、规律、图像、情境、方法等的识记；第二，物理记忆大多属于机械记忆，较少同学初步发展为理解记忆或意义记忆；第三，记忆表象易于发生畸变，由于中学生对物理情境与生活情境易于混记，常表现为“先入为主”的经验表象使记忆表象发生畸变，以及由于观察力和理解力的限制而使记忆表象的正确性、全面性和准确性较差.虽然高中生的物理记忆逐步从机械记忆向理解记忆转变，但是他们对物理概念、规律、原理、方法等的记忆往往习惯于机械记忆.

3 克服中学生物理学习思维障碍的策略

针对中学生的思维障碍和消极思维定势的干扰，在物理教学过程中，教师要首先因势利导，利用中学生形象思维占主导地位的特点，充分利用图片、教具模型、物理演示实验、学生探究活动、学生分组实验、多媒体模拟等能够提供直观感知信息的教学策略，丰富学生形成物理表象的感性材料，既引导学生形成准确的物理表象，也解决物理表象匮乏的问题.产生“先入为主”的思维障碍的主要原因是学生对生活中的现象并没有充分地加工，也缺乏选取正确的视角去审视对象的习惯，因此往往形成错误的物理表象.当教师把貌似熟悉的现象与事实重新呈现在学生面前的时候，在教师的引导下，学生会发现他们原来并没有关注的东西，就能够通过思维加工形成正确的物理表象.

当形成了正确的物理表象，中学生就开始形成概念、掌握规律.在这一过程中，中学生往往会产生相似或相近物理概念之间的混淆.相似或相近物理概念之间的混淆从根本上讲是对物理概念的内涵与外延理解不清晰、不确切而造成的.造成这种认识不精确的原因是多种多样的，有客观因素，也有主观因素；有教师教学的原因，也有学生学习的原因.作为教师，进行“易混概念”教学的基本原则应该是充分认识客观因素，组织符合学生思维规律和特点的教学，培养学生科学思维的方法和习惯.作为学生，要区分这些“易混概念”应做好这些概念的比较与分类.从概念的形成过程进行比较，从概念的内涵、外延进行比较，从概念的运用进行比较.对“易混概念”按照某一标准进行分类也可以起到相互区分且相互关联的作用.教师可引导学生从概念的从属关系进行分类，也可从概念的对应关系进行分类.

我们认为，克服中学生物理公式数学化的主要措施有：加强物理公式的物理意义的教学，理解物理公式所描述的物理现象、物理实事之间的因果关系、决定关系；明确物理公式的来龙去脉，增强物理公式的物理色彩，突出对问题的物理意义的分析，防止将物理公式按单纯数学关系理解，减少纯数值带入计算的训练，让学生善于运用数学知识、数学方法描述物理问题，真正建立起物理上的数量关系，增强运用数学知识的意识，提高运用数学工具的能力.［7］

无论是物理概念、规律和原理，还是物理公式，要能够在解决物理问题中真正应用，首先必须记忆.问题是怎样帮助学生在理解其意义和本质的基础上，借助于物理表象（现象与过程）、物理思维方法的力量，运用多种方法进行识记.物理概念、规律、原理和公式都是在一定情景中抽象出来的，是有适用的条件与范围的.中学生错误应用物理概念、规律、原理和公式的根本原因是情景错误与消极思维定势.因此，虽然中学生的抽象语义记忆能力已经得到了一定发展，由于物理内容本身的情景性特征，教师仍然要重视情景记忆.当然，为了让学生利用已经得到一定发展的抽象语义记忆能力对“深”、“难”物理概念、规律、原理和公式进行准确识记，教师应该通过对比列表、直观图示、概念图等方法，力求在帮助学生理解各种物理概念、规律原理和公式的异同的基础上，寻找方便记忆的途径.

1 乔际平，刑红军.物理教育心理学.南宁：广西教育出版社，2003.188

2 母小勇，倪汉彬.The flow diagram of thinking in physics teaching，Phys.Educ.Vol.24，No.5，Sept.1989.

3 雷树人.试论我国中学 物理教学的传统.物理教学，1982（8）：8

4 乔际平，刑红军.物理教育心理学.南宁：广西教育出版社.2003.27

5 乔际平，刑红军.物理教育心理学.南宁：广西教育出版社.2003.31

6 王甦，汪安圣.认知心理学.北京：北京大学出版社，1992.171

7 李新乡等.物理教学论.北京：科学出版社，2005.79