浅议高中物理教学中抽象思维障碍成因及其教学对策

严仁东

(江苏省灌云县侍庄中学,江苏灌云 222207)

在高中物理教学中,对学生的物理抽象思维障碍成因进行分析,采取针对性和实效性的教学对策,这对于解决学生抽象思维障碍、提高学生物理学习的成效、培养学生的创新思维能力等都具有十分重要意义.本文将高中学生在物理学习中抽象思维障碍的成因及相应的教学对策做初步的探讨.

1 由概念引发的抽象思维障碍成因分析与教学对策

1.1 成因分析

(1)概念内涵和外延模糊不清

学生在物理学习中,由于对概念的内涵理解不够,常给分析问题带来一定的障碍.例如服务员手托着盘子向前走,有的学生错误地认为有力有位移出现,人肯定做了功.造成这一障碍的原因就是学生不了解物理学中功的真正意义.任何一个物理概念都是内涵和外延的统一,学生在理解或实际运用概念时,有时会不自觉地缩小或扩大概念的外延,因而造成错误的结果.扩大外延的例子,如因忽视匀变速直线运动的平均速度公式的适用范围,用它来分析其他非匀变速运动的问题.缩小概念外延则主要表现为,忽视了同一概念所包含的物理图景的多样性,以较熟悉的个别图景代替图景的全部.

(2)相近的物理概念混淆

物理学中有许多相近的物理概念,学生对它们的物理意义理解不透,区分不清,加上头脑中没有完整的物理情境,容易将它们之间的关系简单化,如对于表示物理变化量大小及物理量变化快慢的两个量,学生就极易将其混淆.

1.2 教学对策

(1)追根溯源,让学生进行分析、讨论,发挥抽象思维的能动性特点

教师讲解概念时,要让学生展开充分的“辨”与“析”,弄清概念的来龙去脉,明确概念的形成过程,以达到对概念的准确理解和掌握.

(2)运用“类比”法,顺应和同化知识

在物理教学中恰当地运用类比,可使相似概念之间形成极强的反差,帮助学生在头脑中建立稳定、清晰的神经联系,增强记忆效果.例如位移、路程这两个相似且易混的概念,运用类比归纳,找出其间的联系与区别.这样一比较,学生中的模糊认识就消除了.

(3)讲练结合,加深对概念的理解

学习概念要体现“学以致用”的教育原则,通过对问题的具体分析和实际应用,巩固和加深对概念的理解.当每一个概念介绍以后,教师应分析典型的例题,来启发学生对概念的灵活运用.同时布置一定数量的习题,通过问题的解决,加深学生对概念内涵和外延的理解,从而使概念得到进一步的消化.只有注重讲练结合,才能使学生对概念的掌握透彻、深刻.

2 由表象引发的抽象思维障碍成因分析及教学对策

2.1 成因分析

(1)表象缺乏

如果学生对特定条件下的物理现象和过程,在头脑中没有建立起正确的物理表象,不会利用物理表象进行抽象思维,就难以把文字叙述、数学表达式和现实物理过程联系起来,也就难以正确地进行分析、推理、判断等逻辑思维活动.例如“天体运动”这一章,按理说有了前面圆周运动知识的基础,学生学习起来应该容易些.可是不少学生学习时并不轻松,原因就是学生头脑中没有这种表象.当然引起表象缺乏的原因有很多,有地域差别引起的,有缺乏生活实践经验引起的,还有学生立体感不强引起的等.

(2)表象干扰

学生在分析、解决问题时,相似的表象常会对学生的思维起着一定干扰作用,从而引来抽象思维障碍.例如笔者在“全反射”教学中讲到了海面上的“海市蜃楼”现象,这个蜃景当时学生都比较理解.接下来在讲沙漠中的蜃景时,让学生判断这个蜃景与海面上的蜃景有什么不同的地方,当时就有90%的学生都出现了“思维断层”,一下子回答不上来.其实海面上的蜃景和沙漠中的蜃景都是光在密度分布不均匀的空气中传播时发生全反射而产生的.海面上的蜃景,人们看到远方的景物正立悬在空中;而沙漠中的蜃景,人们看到远处物体的倒立的景像.可见这两种蜃景虽然原理一样,但形成的景象却有区别,一个是正立的,一个是倒立的.出现这一判断障碍的原因就是学生误把海面上的蜃景这一表象想象成了沙漠中的蜃景的表象,出现了表象混乱,从而引发了抽象思维障碍.

2.2 教学对策

(1)板画、草图铺设法

对于有些物理知识,学生没有表象,缺乏形象思维到抽象思维的过渡,这就需要教师借助板画、草图铺设由形象思维到抽象思维的过渡.教师在黑板上的板画、学生在练习本上的草图简单实用,往往是形象思维发展的结果,这种图形屡经加工,就会抽象为程式化的形象,在物理学科中广泛应用.因此,教师要加强自身的草图、板画能力,为学生抽象思维铺设一个简单而易懂的平台,帮助学生消除抽象思维的障碍.

(2)多媒体辅助教学法

物理学中存在着大量宏观的或微观的、极快的或极慢的物理过程,这些过程往往都比较抽象、难懂.例如宇宙中天体的运动过程及规律,原子的核式结构、玻尔氢原子模型、核反应过程等等.此类的知识和内容都是学生头脑中比较混乱而又没有办法做实验的.这时我们可以用多媒体辅助教学,借助计算机平台,突破时间和空间的束缚,进行仿真的模拟,设计编制出高质量的物理CAI课件,将这些一般情况下难以观察到的物理现象和过程生动形象地展现在学生面前,引导学生把抽象的物理知识形象化、动态化,使之具有更强的教育性、观察性、活泼性和能动性,使课堂教学效率大大提高.

(3)深入生活,加强实践

从生活走向物理,从物理走向生活,物理教学中应重视培养学生深入生活,加强实践的能力.每当向学生传授新的物理知识时,都应联系它在生活中或实际生产的某些应用,同时要求学生细心观察周围的物质世界,找出与所学知识相关的事例.例如对于螺旋测微器,笔者问学生:“生活中有动手拧过螺丝的吗?”,有过这样经验的学生马上明白了其中的有关道理,而缺乏生活实践的学生却还是不能明白,只等到把螺旋测微器拿到他手里时,让他亲自动手来做时才明白.由此看来学生应该深入生活,加强动手机会,这样不但可以提高他们的实践能力,还可以提高学生其他方面的能力.

3 由生活经验引发的抽象思维障碍成因分析及教学对策

3.1 成因分析

(1)错误经验诱导,进入抽象思维误区

先入为主的生活观念、错误经验对学生学习物理的影响是很大的,往往驱使学生做出想当然的错误判断,导致他们进入抽象思维的误区.例如在“波的叠加”教学中,学生受生活经验中实物相遇时会改变运动方向的影响,往往很难理解波相遇后像相遇前一样,各自保持原有的形状,继续传播.由于有了错误生活经验的诱导,一开始学生就没有办法对问题再去进行正确的分析和判断,从而造成抽象思维的障碍.

(2)迁移不当,出现抽象思维偏差

在学习物理的过程中,学生常常把自己头脑中已有的、习惯了的思维不恰当地运用到新的物理情境中去,不善于区分要认识的对象和旧有经验之间的差异,仅仅凭借原有经验就直接套用在认识对象上,跳不出旧认识的“框架模式”,使思维误入歧途,导致了迁移性的抽象思维障碍.例如在进行“自由落体运动”教学时,如果问学生:在空气中同样的高度处释放一个纸片和一个钱币,哪一个先落地?如果把它们放在真空中哪一个先落地?学生们没有考虑到空气阻力条件的变化,由于迁移不当,出现了抽象思维障碍,就极易造成判断的错误.

3.2 教学对策

(1)加强学生实验活动,验证错误经验

针对上述情况,设计必要的验证实验,给学生形成鲜明、强烈的对比,说明原有经验的错误所在,使其原有的经验发生动摇,直至清除.例如为了解决上面提到的落体运动中学生遇到的问题,设计了验证实验,让每个学生都来体会一下:让一张纸片与一枚钱币同时从同一高度落下,硬币先落下.在抽真空的玻璃管中,小纸片、小纸团、硬币从同一高度落下,同时着落管底.说明这里空气阻力才是影响落地快慢的因素.通过这样的验证实验,学生的原有错误经验就马上消除了.

(2)“原型启发”法

有的物理现象和物理过程都很复杂,为了更好地揭示事物的本质,我们可以根据实验和观察所得的各种感性材料,舍去那些表面的、次要条件,把复杂、具体的物理事物用简单抽象的、理想化的物理模型来描述.这种具有启发作用的事物称作“原型”.在物理教学中应加强建立模型,引导学生学会全面地分析问题,要透过现象看到本质,帮助学生克服生活经验引发的抽象思维障碍.物理学中的原型可以来源于生活、生产和实验,也可通过学习过程建立.在学习中,物理学概念模型(如质点、理想气体、点电荷等)、物理过程模型(如各种典型运动过程、碰撞、反冲等)、典型的解题过程(方法、技巧、思路)等都可以抽象为学习者头脑中的“原型”.这种方法对于解决由表象、概念以及生活经验引发的抽象思维障碍都是非常有效的.

4 由数学工具引发的抽象思维障碍成因分析及教学对策

4.1 成因分析

(1)数学知识的缺乏

物理和数学是紧密联系的,数学为物理学的发展提供了强有力的研究工具,几乎所有的物理概念和物理规律,都可以通过量化的方法用数学公式进行描述,学生有好多抽象思维障碍也是由于数学知识缺乏而引发的.例如在讲初速度为零的匀变速直线运动规律的应用时,学生由于不会数学归纳法,所以推导不出最后的结论.对于一些应用数学函数、图像求解的物理问题,例如 v-t图像、s-t图像、简谐运动图像、波形图、交变电流图像等等,由于一些学生对数学图像的意义、规律不明确,通过图像获取不了有效的信息,就导致学生无法得出正确的判断和推理,出现了抽象思维障碍.

(2)忽视公式的物理含义

很多学生习惯于用数学公式代替物理概念、规律,见到数字就想到了数字运算,很少再从物理意义上去理解物理学公式.例如很多学生把物理学上出现的“+”、“-”与数学上的完全等同,再如对于电场强度公式有的学生认为电场强度跟放入电场中的试探电荷所受的电场力成正比,跟电荷的电荷量成反比.这些事例说明,仅用数学的抽象思维来学习物理也是行不通的.

(3)不分析物理问题的情景,与物理事实相悖

有些学生把物理问题的解决当成数学的运算,摒弃了其中内蕴的物理过程和意义,致使即便学会了物理规律,也不能恰当地应用于问题的解决,产生物理抽象思维的应用性障碍.

4.2 教学对策

(1)加强数学学习,正确应用数学工具解决物理问题

有些物理教师教学生用数学知识解决物理问题时往往只侧重结果的“机械计算”,缺少“过程与方法”,他们总认为那是数学教师的事情.其实不然,物理教师在自己的教学过程中对数学方法与规律的渗透也是十分重要的,我们在教学过程中要对数学知识、方法的应用加以渗透,例如在讲到匀变速直线运动规律时,涉及到数学归纳法的,应先把数学归纳法简单地复习一下;讲到恒定电流中电源的最大输出功率时,需先把均值不等式和数学配方法的应用有意识地提示一下.这样,学生应用起来就顺手多了,不会再产生前面举例中所发生的一些障碍了.

(2)重视公式中的物理意义,明确因果关系

在物理教学中,要特别注意物理学科的特殊性,应讲清公式的物理意义、适用范围,让学生理解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,还要引导学生明确公式的来龙去脉,增强公式的物理色彩,突出对问题的物理意义的分析,从而正确地理解、掌握和应用好物理规律、公式,并且在学习过程中还要配合练习加强思维训练,使学生在扎实的物理知识的基础上恰当、灵活地应用数学知识解决物理问题.

(3)加强检验,培养学生抽象思维的严密性和逻辑性

当我们通过数学计算得出结果后,一定要根据物理问题的实际情况进行检验,看所得出的结果是否与物理事实相符合.有时我们得到的解可能有几个,这时要一一代入分析,有时可能求得的解就只有一个,平时学生要养成善于检验的好习惯.因为往往检验会让学生发现思维上的偏差与错误,久而久之也就培养了学生思维的严密性和逻辑性.

1 阎金铎,田世昆,胡卫平.物理思维论.南宁:广西教育出版社,1999.

2 朱龙祥.物理教学思维方式.北京:首都师范大学出版社,2001.

3 吴敏海.高中物理习题错解的常见思维障碍诊断.物理教师,2009(3).

4 陆一娣.高中物理教学中学生智能培养策略.现代教育科学(中学教师),2009(4).

5 王政良.展示思维过程,指导思维调节——浅谈物理解题教学的策略.物理通报,2009(3).