物理习题的教学是中学物理教学的一个重要组成部分,它对于深化学生的认知过程,发展认知结构,培养学生分析解决问题的能力都有十分重要的作用。于是教师就去找大量的习题让学生练,企图以此来加深印象从而掌握物理知识。教师疲于找题,无精力找规律,学生疲于解题,无精力消化,高耗低能的题海战术导致师生负担加重,教学效益不高。那么怎样才能提高物理习题的教学效益呢?笔者认为必须先研究学生在解决物理问题时存在哪些思维障碍,然后对症下药。本人经过几年的教学实践,总结了学生在解决物理问题时常见的几种思维障碍,在这里与同仁们探讨。
一、生活直觉的诱导
“一切真知都是由直接经验发源的”。物理是一门与生活紧密联系的学科,学生学习某一物理规律前已经接触到这一问题的许多现象,但由于学生认识水平的局限性,难以从大量的实例中揭示出物理现象的本质特征,使学生得到了有关问题的错误观点。一旦接触到相关的问题时,这些错误的观点就会先入为主,从而影响学生做出正确的判断。比如“铁比棉花重”;“速度大惯性大”;“物体越重,下落越快”;“摩擦力就是阻碍物体运动的力”;“物体浸入液体越深,所受浮力越大”等观点根深蒂固。
例1如图,一质量为10kg的木箱在摩擦因数为0.2的水平面上向右运动,同时受到水平向左的大小为20N的力的作用。求物体在这一过程中的摩擦力的大小和方向。
对于这样的一道题我们教师看来是很简单的,但对刚上高一的学生却足以迷惑他们很长一段时间,他们总固执的认为既然木箱向右运动,就应受到一个向右的作用力,而拉力是向左,所以摩擦力的方向向右。即使学过牛顿第一定律,这一错误观点仍在他们心里挥之不去。教师在教学中遇到这一类问题时,应事先能预见到学生会出现哪些问题,在讲解分析时就能剖析到位,纠正他们的错误观念。
二、联想的干扰
物理问题的解决离不了物理概念的运用,而概念总是大量的长时间的储存在学生的头脑里,当我们遇到某个具体的物理问题,需要某一对应的物理规律或概念时,与之相关的,相近的内容也会显现。例如在电场中一部分学生对“电场,电势,电势能”这三个完全不同的概念容易混淆,在功这一章中“有用功,总功,功率,机械效率”也不能正确区分。在一些解题的方法中也会出现联想的干扰。
例2两个互相垂直的力F1,F2作用于同一物体上,使物体运动。物体通过一段位移时,力F1对物体做功4J,力只对物体做功刀,则合力对物体做功为多少?
有相当一部分的学生做出的答案为5J。这是他们看到图上的两个力便联想到力的平行四边形定则,所以不假思索对功这个标量的计算也用起平行四边形定则。
三、思维定势的束缚
思维定势就是用某种固定的思维模式去分析和解决问题,在学习中,学生由于经常接触同一类问题或同一种直观模型,因而往往形成一种习惯性思维方向。有时也会将学生的思维束缚在一个狭小的范围内造成消极的作用。当在学生非常熟悉的一类题上改变个别条件,学生往往不去认真分析题设条件带来的差异,而是一拿到题看到似曾相识,马上按习惯的思路,方法求解。
例3如图忽略滑轮的重力,求绳子拉力的大小。
根据力的平衡知识可得F=Mg/2cosθ,但是他们却固执的认为F=Mg/2,因为初中老师说:动滑轮省一半力。
例4如图在电梯里的一个斜面上放了一个物体,电梯以加速度a匀加速上升,求物体所受的支持力与摩擦力的大小。
这道题学生进行受力分析后利用正交分解来列方程求解。但有一部分学生受物体在斜面上运动这一类题的影响,不假思索就沿斜面方向和垂直斜面方向来建立坐标。
如果我们加以留心,会发现这种思维定势对学生的学习所造成的负面影响是严重的。
四、数学知识的负迁移
学生建立或学习某一物理概念所必要的相关的数学知识准备不足,或数学与物理知识不匹配,会影响对物理知识的理解和掌握。例如,学生学习“合力与分力”以及“力的平行四边形法则”时,感到比较困难,主要是因为学生的几何知识和三角函数知识基础不牢,所以在教学中注意有关数学知识的复习,使学生顺利地把数学知识迁移到物理问题地解决中。
由于数学是一门抽象的科学,而物理学是一门具体的科学,如果不注意这一点,从纯数学的角度去理解和使用物理概念,规律,公式,也会出现思维障碍。例如在数学中Z=X/Y中X,Y,Z泛指变量,并无具体的含义,公式变形后,函数关系依然存在,但物理公式中每一文字符号都有确定的意义,公式变形后其物理意义有的发生了根本的变化。公式E=F/Q,R=U/I,C=Q/U等虽与Z=X/Y形式相同,但E与F,Q;R与U,I;C与Q,U并不存在函数关系,所以在教学中要强调公式的物理意义。
我们知道物理习题的教学是为了促使学生认知结构的建立和发展。要想提高教学活动的效益,教师应从学生的思维特点和知识结构出发,使学生能通过最少量的习题练习,取得最好的效果。在物理问题的解决中,千千万万个学生会有千千万万个思维障碍,但这些思维障碍都具有相似性和重复性,在各种各样失误的表象的后面,往往有其相似的心理诱因。笔者在这里只列举了几种较常见的,影响较大的思维障碍。要想切实提高习题教学的效益,我们必须在平时教学中不断的去发现,去总结。
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