从学生的思维障碍谈物理概念的有效教学

杜永长

摘    要： 物理概念教学是中学物理教学的重点之一，其教学有效性始终是高中物理教师探究实践的主题。物理学本质上是一门带有方法论性质的科学，本文从高中生学习物理概念时经常产生的思维障碍入手，侧重从物理思想方法角度探究解决物理概念学习障碍的有效方法和手段，使物理概念教学质量切实得到提高。

关键词： 物理概念    思维障碍    有效教学策略

笔者在多年教学实践过程中发现一些学生因物理考试成绩不理想而影响学习物理的积极性，产生畏惧物理的心理。认真分析发现相当一部分学生存在着对物理概念的学习思维障碍。物理概念是客观事物的物理本质属性在人们头脑中的反映，是人们进行物理思维的基础，由于它具有高度的概括性和抽象性，导致学生理解物理概念及运用概念进行物理思维时，常常会产生一些思维障碍，如果能对这些思维障碍的产生原因进行深入分析，并有针对性地进行有效教学，就能有效避免或减少学生在物理概念学习中的思维障碍，从而提高物理概念教学的有效性。

一、学生常见的物理概念学习障碍分析

（一）缺乏感性材料或感性认识造成物理概念学习障碍。因为到了高中，物理是按一定知识体系进行编排的，且由于内容较多，语言表述变得更抽象和概括。这与初中物理基本上是叙述简单、图文并茂，且公式规律都可以从生活经验和实验中得来，非常感性有很大差别，导致学生感到抽象，思维跟不上。尽管高中物理概念来源于实际生活，但它是现实生活的高度概括，学生如果没有获得相关事物足够正确的感性材料，就很难充分理解物理概念的内涵和外延，形成正确的物理概念。因此，缺乏足够的感性认识是学生学习物理概念的主要思维障碍之一，要减少思维障碍，就必须想方设法使学生获得必要的正确的感性认识。如“电场强度”这个概念，由于电场看不见摸不着，很多同学一开始学习时感到非常茫然，没有头绪、不知所措，只有通过多举实例、多画电场线等方法加强学生的想象和感性认识，学生才会慢慢有具体的“感觉”。可见，有些感性材料虽然不属于思维范畴，但是是理性思维的基础，是形成和掌握物理概念的必要条件。

（二）思维定势的负面影响造成物理概念学习障碍，即通常所说的知识负迁移。如电场中有一道题讲的是一静止点电荷放在一个只知其中一条电场线是直线的电场上，问其可能做什么运动？其中有一选项是：此点电荷将从静止做匀加速直线运动，很多同学因多选了此项导致整题失分。表面上看是错在误认为电场线是直的就是匀强电场匀强，所以做匀加速直线运动。根本原因是匀强电场概念思维定势导致知识负迁移引起的。思维定势是造成中学生物理学习障碍的主要原因之一。我们在平时教学中应积极防止思维定势的负面影响。特别是生活常识对物理本质的干扰，由于中学生缺乏生活经验或本来对一些事物和现象形成只是表面的看法和观点，干扰对物理现象本质的认识，使思维误入歧途。

（三）缺乏思维的逻辑性造成物理概念学习障碍。物理概念的建立离不开思维，同样，学习物理概念也离不开思维。如“加速度”这个概念，只有通过正确的思维逻辑过程才能形成对加速度的正确理解。即首先让学生理解什么是速度（表示物体运动的快慢，单位时间内位移变化大小），其次是让学生清楚速度也会变化，且理解什么是速度变化量（ΔV=V■-V■），最后让学生清楚速度变化也有快慢，即理解单位时间内速度变化的大小（a=■=■），这个过程要求逻辑思维严密，学生只要其中一个环节出现思维阻碍，就可能导致对加速度的不理解。由于学生的思维缺乏逻辑性，往往对概念建立的思维过程不清导致学习障碍。

（四）概念的混淆造成概念学习障碍。高中阶段的物理概念具有高度的概括性和抽象性，物理学中相关概念很多，虽然指根据同一类物理现象而引入的，反映不同本质属性的不同概念，它们既有联系又有区别。学生学习时若不能真正把握概念的内涵、联系及区别，在运用物理概念进行物理思维时，往往会产生一些思维障碍，出现各种各样的错误，如乱套公式、张冠李戴、思维混乱等现象。如速度与加速度，平衡力和相互作用力，动量和冲量，发射速度与运行速度，热量与内能、固有频率和驱动频率，电动势和电势差，等等，学生往往因不清楚它们的区别和联系导致思维障碍。

以上分析大致可以归纳为两类：一是由于缺乏必要的生活经验、正确的、典型的物理情景，而难于建立模型形成概念。即通常所说的缺乏“感性认识”。二是由于缺乏运用严密的逻辑推理、对比等科学思想方法，而难于深化理解概念。即我们通常所说的“理性思维”。

二、有效的物理概念教学策略和实践

（一）多从学生生活中熟悉的、感兴趣的典型实例引入加强物理概念感性认识，培养学生构建物理概念的能力，从而提高概念教学的有效性。如《机械波的形成与传播》这节课教学中首先通过多媒体播放两组日常实景录像片段：一组是各种运动形式（直线运动、曲线运动、圆周运动等），另一组为波动（足球比赛中看台上的人浪、大型团体操——红旗飘飘、艺术体操——长绸舞）。通过类比方法让学生明白：波动也是一种运动形式。鲜活的实例让学生学习气氛活跃，处于积极思维状态，不仅强化学生对波的感性认识，建立波的概念模型，而且让学生深刻感受到物理既来源于社会生活又高于生活，提高概念教学的有效性。

（二）多通过实验演示探究建立情景或模型加强物理概念感性认识和理解，从而提高物理概念教学的有效性。在《自感》一节教学中，我们常用镇流器做实验，让学生亲身体会“被电”的感觉，这样学生自然理解什么是自感现象，比教师口头传授效果好很多，而且学生还能很好地与“互感”区别开来。又如“安培力就是磁场对电流的作用力”也应通过实验演示说明，如果条件允许最好让学生亲自操作，通过改变电流的大小，改变导线长度和方向感受对安培力的影响，这样学生一定会对安培力有强烈的感性认识，形成对F=BIL的适用条件更深刻的记忆和理解，这样运用公式解决问题时，学生自然就不容易出错。平时教学中应多做实验，教材有要求的一定要演示，没有要求的也要尽量创造条件演示。很多物理教师因怕麻烦往往忽略这一点，认为演示实验随便讲解学生了解就可以了，其实远远不是这样的，不符合新课改理念和精神，教师精心设计的实验可以很好地简化和纯化学生的感性认识，对学生摒弃错误的前概念有一针见血的效果，让学生透过现象看到本质，是物理概念教学非常有效的一种手段。

（三）多从人文、哲学和艺术等不同角度阐述物理概念加强感性思维，提高物理概念教学的有效性。教学中注重引导学生找出概念的本质属性，让学生真正理解概念的内涵和外延。因为物理概念是对客观事物本质属性的抽象和概括，要让学生正确地理解概念，就必须引导学生找出概念的本质属性，让学生真正理解概念的内涵和外延，从而正确掌握概念。教科书往往只从正面以单一方式叙述，教师倘若只是机械地照本宣科，就会使学生对概念的理解有片面性，缺乏立体感。从不同角度定义物理概念可以深化学生对概念的理解。如对“机械波”的概念理解，可以引导学生思考和讨论意大利著名画家、雕刻家、建筑师达·芬奇关于麦浪形成波的精彩描述。从不同视角探讨问题，从不同角度深化理解机械波，让学生感受物理学也有人文、哲学和艺术美，从而真正达到立体掌握物理概念的目的。

（四）多从物理学史实的有机阐述中加强物理概念感性认识，培养学生深化理解物理概念的能力。如对“力”和“光”的概念教学中，引入人类历史上不同时期物理学家对力和光的看法和认识，特别是曾经错误的描述，如何去伪存真最终得到正确的概念，既让学生有更深刻的认识和正确理解，又教育学生学会如何正确对物理概念进行科学抽象的方法。几乎高中物理涉及的每个物理概念其实都有其发展演变的“历史”，若在平时教学中能恰当引入相关物理学史运用于物理概念教学，同时融入辩证唯物主义哲学方法教育，让学生了解其来龙去脉，物理概念教学有非常广阔的展示平台，学生会在多方位快乐学习过程中轻松而深刻掌握，强化对物理概念的理解，从而切实提高概念教学的有效性。这恰恰是新课改理念在新教材中的充分体现。

（五）多进行严密的逻辑推理演示、训练，培养学生严谨的思维能力，从而提高物理概念教学的有效性。由于初中物理知识较为简单，很多知识物理概念可能不需要通过严密逻辑推理，自然在学习过程中弱化对严密逻辑推理能力的培养。高中物理概念不仅具有高度概括性、抽象性，还具有严密的逻辑性和准确性。教学必须加强逻辑严密性思维训练和思想渗透。即使如“重力是由于地球的吸引产生的”这样简单的概念，教师在教学过程中一定要讲清楚重力为什么不是引力，通过“咬文嚼字”的辨析让学生体会物理概念的准确性和严密性。又如摩擦力的概念教学中必须让学生根据摩擦力方向产生条件进行大量摩擦力方向判断，平时教学只有这样不断渗透严谨的思维训练意识，才能在长期教学中培养学生严谨的物理思维能力，达到对物理概念准确理解和熟练运用的目的，从而实现物理概念的有效教学。

（六）多引导学生运用类比方法对概念进行对比分析，深化物理概念的理解，从而提高物理概念教学的有效性。在物理概念教学中如果能引导学生对相似概念进行对比分析，让学生了解相似的地方和本质不同的地方，可以深化学生对概念的理解，达到防止概念混淆的良好效果。如讲解电动势这一概念，教师应与电势差这个概念对比，通过数学式表达看出电动势是E=■，而电势差是U=■，让学生很好地把二者区别开来，真正掌握“电动势”这一概念。倘若不讲清楚其本质意义并加以对比，学生容易与电势差混淆形成错误理解。

（七）多运用科学方法，引导学生从数学表达式中深刻领悟物理概念的内涵，从而提高概念教学的有效性。由于数学表达式具有高度概括性特征和简捷又严密的逻辑思维方式，能为描述具有深刻内涵的物理概念和规律提供最佳表达形式;简化和加速人们进行物理思维的进程。如“电容”这个概念，它的比值定义式是C=■=■，在教学过程中一定要让学生领会比值定义式概念科学方法及特点，学生很容易判断出电容与电量或电压无关，而是由本身性质决定的，即从决定式C=■中轻易判断出电容与正对面积和电介质成正比与距离成反比，这样既简单又记忆深刻。要实现物理概念的有效教学，千万不能只进行单纯的文字说明，或让学生死记硬背公式，这都是不可取的。在物理教学中如果充分发挥数学方法和数学思维在处理、分析、表述和解决物理问题中的作用，引导学生自觉地、有针对性地将物理概念和数学方法有机结合起来，真正做到既能把物理问题转化为数学问题，又能从数学表达式中深刻领悟其物理概念的内涵，那么物理概念教学就会事半功倍。

总之，在物理概念教学过程中，教师必须认真研究分析学生对物理概念学习产生障碍的种种根源，并采取相应教学手段，切实纠正学生在概念学习过程中的错误偏差，加强学生的“感性认识”和“理性思维”培养，使学生习得正确的物理概念思维方法，提高能力。不仅有利于提高物理概念的教学有效性，而且促进物理思想方法在教学中的有效渗透，很好地培养学生的科学素养。

参考文献：

[1]廖伯琴.物理教育学.北京：高等教育出版社，2012.

[2]杨东冬.中学物理概念教学研究.陕西师范大学，2012.

[3]陆永华.物理概念有效教学内涵解读与实施.教育研究与评论（中学教育教学），2009（06）.