中学生物理学习思维障碍分析及对策研究
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作者:伏伟伟
摘 要 中学生的智力发展主要体现在思维方面，虽已具有逻辑思维能力，但因为思维不连贯、不严密，有局限性和片面性，导致中学生在学习物理时会存在思维障碍。对中学生形成思维障碍的原因进行探究和分析，并提出相应的教学对策和建议。
关键词 物理思维;思维障碍;逻辑思维
中图分类号：G633.7 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2019）21-0077-03
1 物理思维
物理思维是学生对已经拥有的物理知识进行分析、总结和应用的过程中，逐渐形成系统的思考物理问题的方式，同时能灵活地解释和运用物理知识，获得关于事物本质属性和内在规律的认识、储存，并且随时提出的过程[1]。物理思维的抽象性与概括性很强。物理抽象是指在观察和实验的过程中，学生对物理对象、物理现象、物理过程和本质的认识。概括性则要求学生通过抽象概括，把物理知识归纳为一个整体，根据物理事物的本质特征是否相同，将对事物形成的认识推广到同一类事物，进而掌握同一类事物的共同属性。
2 物理思维障碍
高中阶段物理知识广度大、难度高，对学生的能力要求也有所提高，但学生思考物理问题的方式却没有进行系统训练，缺乏运用逻辑思维分析问题、解决问题的能力，导致学生普遍出现畏惧学习物理的现象。同时，学生在实际学习物理的过程中因为物理知识的综合性较强，造成学生的思维不连贯、不严密，具有局限性、片面性，甚至会存在错误，从而导致学生的物理思维能力比较差。将学生在思考、解决物理问题时出现的思维偏差称为物理思维障碍。在教学过程中，应及时发现学生学习过程中出现的思维障碍，纠正思维偏差，帮助学生培养良好的思维方式，提高学生的思维能力和学习能力。
3 中学生学习物理形成思维障碍的原因
受前概念干扰，形成思维障碍 前概念是指前科学概念，研究者认为学习者在正式学习前，会对实践中的事物产生自己的概念、观点及想法[2]。前概念的产生符合人类认识事物的规律，有些前概念的产生对学生解决物理问题、理解物理规律具有促进作用，而有些前概念会在学生学习物理的过程中阻碍其正确理解基本知识。
以自由落体运动为例，关于自由落体运动，学生有较为丰富的生活经验，可以根据自己已有的认识做出判断，能客观反映出前概念对学生学习物理的影响。在生活中会看到这样的现象：将体积相同、质量不同的物体举到相同的高度，同时由静止开始释放，质量较大的物体先落地，质量较小的物体后落地。直观的生活现象使学生形成错误的前概念，即物体质量越大，下落速度越快。学生正是由于受前概念干扰，导致思维出现错误。
混淆相近物理概念，形成思维障碍 物理概念是经过高度抽象、概括形成的，是学习物理的基础，它准确反映了物理现象与物理规律之间的联系与区别。学生学习物理的过程，实质就是从实践活动中抽象概括出事物的本质，形成物理概念、建立物理规律的过程。而许多物理概念难以区分，如惯性与惯性定律、速度与加速度、路程与位移等。如果不能准确理解这些相近物理概念，就难以挖掘出有效信息，不能快速建立物理量之间的联系。
以速度与加速度之间的关系为例，在物理学中，速度与加速度都是描述快慢的物理量，学生在学习过程中容易将两个概念搞混淆，形成物理思维障碍。考查速度与加速度之间的关系题型，要求学生能正确理解，但还是有学生不能正确解答，证明学生对速度与加速度之间关系的理解仍然存在错误的认识，认为速度大小与加速度有直接关系，造成相近物理概念混淆的思維障碍。但物体在实际运动过程中，速度减小或者增大，加速度的变化，都是无法确定的，因为速度大小与加速度大小之间没有直接联系。正确的理解是：加速度是描述速度变化快慢的物理量。
类比不当，形成思维障碍 类比法是物理学中最常使用的一种方法，就是将两类相似的对象进行比较，利用已知对象来学习新对象。学生在类比过程中将各知识点联系起来，形成知识框架。如果学生本身对旧知识掌握得不够牢固，那在类比过程中不仅不会有助于学习，还会适得其反，只会加重认知混乱。
大多数学生对振动图像和波的图像认识不充分，它们的形状相同，但代表的物理意义不同。这两种图像的区别在于横轴表示的物理量不同，振动图像的横轴坐标表示的是时间，而波的图像横坐标表示的是质点平衡位置的坐标，两种图像代表的物理内容、意义完全不同。因此，在教学中不能将振动图像与波的图像这两种图像进行类比。
物理公式数学化，形成思维障碍 在物理学习中，数学起着十分重要的作用，运用数学手段解决物理问题是物理学习与教学的关键。但是大多数学生在运用物理公式时会忽视公式中变量的物理含义，将物理公式看作一个数学公式，用数学的思维去解决物理问题，造成错误的发生，形成思维障碍[3]。如理解物体密度的公式ρ=m/v时会得出物体的密度与质量成正比、与体积成反比的错误结论，原因是学生在解决该问题的过程中，直接把物理公式看作一个数学表达式，忽视该公式表达的物理含义。这种现象在学生解决实际物理问题时屡见不鲜，因此形成物理公式数学化的思维障碍。
受思维定式干扰，形成思维障碍 思维定式是指学生根据自己已有的知识，通过实践逐渐形成的一种分析、解决问题的固定推理方式和方法，潜移默化影响学生的思维方式。学生形成思维定式，一方面表明了学生对知识的掌握程度;另一方面说明了学生已经具有一定的思维推理能力。但是，思维定式的形成对学生具有消极作用，一定程度上会对学生解决问题造成障碍。
例如：在一个水平桌面上，用弹簧拉着一个木块做匀速直线运动时，此时弹簧的示数为5 N，当速度变大，但依然做匀速直线运动时，弹簧的示数会如何变化（ ）。
A.小于原来的读数 B.跟原来的一样 C.大于原来的读数 D.无法判断
学生做题时往往会受到思维定式的影响，直接考虑速度的变化，根据牛顿第二运动定律F=ma得出错误结果。而这道题只需要考虑物体在运动时的受力情况，当木块的速度增大时，木块的质量、接触面的粗糙程度都没有改变，木块在水平桌面上做匀速直线运动时，拉力与摩擦力大小相等，是一对平衡力;摩擦力的大小不改变，故弹簧测力计的示数不变。
4 克服中学生物理思维障碍的对策及建议
前概念形成的思维障碍的克服对策 学生在日常生活中形成的前概念是非常顽固的，生活与物理的联系又比较密切，学生了解关于物理的知识往往又来源于生活，而其中的一些概念与科学知识是相悖的，因此，学生学习物理时难免会形成障碍。为了帮助学生克服这个问题，提出以下建议：
1）教师要了解学生在学习时存在哪些前概念，讲解概念时，给学生充分的时间进行讨论、分析，达到对概念的熟练掌握和正确理解;
2）对有关概念的知识加强训练，反复矫正，多次巩固;
3）实践是检验真理的唯一标准，教师可采用做实验的方法，给学生留下深刻印象，让学生纠正自己的错误认识。
混淆相近物理概念形成的思维障碍的克服对策 在物理学习过程中，许多物理概念相近，如热量和内能、位移与路程、速度与加速度等。在理解这些相似概念时，学生往往会混淆相近物理概念。对于这样的思维障碍，提出如下建议：
1）运用表格对比找出它们之间的联系和区别，如速度与加速度区分表（表1）;
2）利用图像或画图的方法进行比较，直观对比它们之间的区别，如位移和路程可以用画图的方法进行区别。
类比不当形成的思维障碍的克服对策 物理教学中运用类比可以使学生迅速接受新知識、了解新知识、掌握新知识[4]，但不恰当运用类比会使学生将新知识与旧知识弄混淆。要克服类比不当形成的思维障碍，最有效的方法是找出两个知识间本质的区别，分析它们之间的差异与联系，使学生清楚它们各自所具有的物理意义，逐渐形成良好的类比思维。
物理公式数学化形成的思维障碍的克服对策 学生运用物理公式解题时，只进行纯数值计算，会忽略该公式的物理意义，得出错误的结论。克服这类思维障碍，可采取的措施有：
1）讲解公式时要反复强调公式中各个物理量所代表的物理意义，提醒学生注意公式中物理量的单位及正负号;
2）运用公式时要注意公式的物理意义及使用条件，理解公式中描述的物理现象。
思维定式干扰形成的思维障碍的克服对策 思维定式是人们思考问题时会出现的一种思维模式，它是指人们按照固定的思路和模式去考虑问题。思维定式的存在对人的思维活动既具有积极作用，也具有消极作用。思维定式的消极作用阻碍学生对新知识的理解和认识，从而形成思维障碍。克服思维定式的干扰作用，可采取的措施有：
1）利用比较法，把新概念与旧概念或物理规律进行比较，讲清楚物理概念和物理规律所适用的条件，了解概念的内涵和外延;
2）教师可以通过实验教学，让学生体验知识的产生过程，做到真正理解和掌握，如在进行自由落体运动教学时，教师可以用实验课进行教学，让学生自己动手做实验，对知识有新的了解。
5 结语
为帮助中学生克服思维障碍，教师不仅要探索学生形成思维障碍的原因，关注新的教学方法与理念，研究有效的对策，更要在教学中培养学生的逻辑思维能力，帮助他们逐渐养成良好的思维习惯。
参考文献
[1]姚文友.高中生物理学习思维障碍分析及教学策略的研究[D].南京：南京师范大学，2014.
[2]王珏.基于前概念理论的适应性学习系统精准诊断策略研究：以初中物理为例[D].长春：东北师范大学，2017.
[3]成晓芳.中学生物理学习的思维障碍及其排除[J].林区教学，2007（10）：97-98.
[4]毕晓微，胡银泉.利用类比法学习物理的3个切入点[J].物理通报，2019（5）：49-53.
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