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【摘要】文章分析了学生在物理概念和规律学习中思维障碍的产生原因,并进一步提出教学对策,以期能为改变物理难教难学的局面提供可以借鉴的思路。
【关键词】物理概念 物理规律 思维障碍
【中图分类号】G424.1 【文献标识码】A 【文章编号】1673-8209(2010)07-0-01
中学物理教学的核心是物理概念和物理规律。物理概念是组成物理知识的基本要素,是客观事物的物理共同属性和本质特征在人们头脑中的反映,是观察实验和物理思维的产物;物理规律是物理知识的骨架,它表现为若干物理概念之间的内在联系,反映物理现象和过程在一定条件下发展、变化的必然趋势,是观察实验、数学推理和物理思维三者相结合的产物。可见,物理概念和规律的建立均离不开物理思维。在物理学发展史上,一个物理概念或规律的建立往往需要经过漫长而曲折的过程,学生学习时,虽然不需要重复相同的过程,但也必须经历从具体到抽象、从感性到理性、从模糊到精确、从简单到系统的思维过程。因此,物理概念和规律的学习同样离不开思维。物理难学,客观上是由该学科的特点决定的;究其主观原因,是因为在学习的思维过程中某个环节出现了障碍,从而使学习受阻,导致学习困难。
1 感性认识不足
物理概念和规律的建立均以观察实验为基础,来自于客观事实,又高于客观事实。要形成正确的概念和规律,充分理解其内涵、外延、建立的方法及其来龙去脉,必须获得有关事物的足够多的感性材料,虽然这些材料不属于思维的范畴,但它是思维的基础,是形成和掌握物理概念、规律的必要条件。例如,如果没有注意到日常生活中足够多的运动或静止物体的惯性现象,也无法搞懂惯性的概念。在学习相对论等近代物理知识及有关规律时,学生普遍感到难学,其主要原因之一就是头脑中没有足够多的感性材料作为依托,日常生活中也很难亲身感受到微观世界和高速运动领域的物理规律。
物理概念和规律的抽象,使清晰的感知成为必要。感性认识是激发学生学习动机和兴趣的有效武器,是进行思维加工的基本材料。因此,需要为学生创设一个激发兴趣、引导思维的物理环境。实验是获得感性认识的重要途径,在物理教学中要充分利用实验展现的物理图景,为学生提供更多的感性材料。例如,在进行大气压教学时,教师可先做马德堡半球实验,使学生观察到当球内气体被抽出到一定程度时,需要很大的力才能将两球分开,从而认识到大气压的存在,没有与此类似的感性认识做基础,是无法理解大气压的概念的。另外,恰当地列举生活中的典型事例,唤起学生已有的感性认识,为进一步研究提供必要的知识准备。
2 相关知识的干扰
2.1 先入为主的前科学概念的干扰
学生在学习物理之前,头脑中并非是一张白纸,而是已经从日常生活中积累了不少与物理有关的感性经验,形成了一定的观念即前科学概念。其中有些观念有利于科学概念和规律的形成,在教学中我们要善于利用,但很多观念反映的本质和现象不一致,是片面或错误的,这就对正确理解科学概念和规律起到了严重的干扰作用。例如,在对于惯性概念的理解上,认为惯性大小与物体的速度、是否受到外力等因素有关;对于摩擦力的概念,往往认为摩擦力总是阻力,其方向总与物体运动方向相反;对于物体的下落问题,认为重物比轻物下落快等。从某种意义上讲,学习概念和规律就是用科学的观念去置换头脑中错误的前科学概念,如果这种置换不能完成,在学习正确结论时,势必会造成思维上的障碍。
常言说:不破不立。首先,教师应清楚了解学生头脑中的错误的前科学概念,使错误概念的纠正有针对性;其次,要有意识地构造认知冲突,在具体学习情境中暴露学生原有认识的不足或错误,使其顺应正确的概念。例如,关于运动物体有无惯性的问题,可提出问题:人站在前进的火车上,跳起来后能否落回原地?多数学生回答:若跳得不太高,基本上能落在原地,若跳得太高,则不能。再问:“基本上”是何义?差一点吗?那么,跳一百次呢?假设你站在行驶的火车上跳一天,看能否从第一节车厢跳到第三节车厢?这样一来,把情况推到极端,就暴露出学生原有想法的错误,他在接受“运动物体也有惯性”的结论时,才会心服口服。这些错误的前科学概念是很顽固的,必须利用实验、变式等手段,排除前科学概念的干扰,用科学的物理概念去置换学生头脑中错误的前科学概念。
2.2 相邻、相近的物理概念的干扰
物理学中的概念可以揭示貌似同一,实际物理本质不同的因素,这是物理概念的精细性,其宏观表现,是物理中存在一些易混淆的概念,如速度和加速度,热运动、温度、热量和内能,电动势和电压等。在学习物理概念时,常常不能区分这些相邻、相近的概念从而造成概念不清,进而影响相关规律的理解和掌握。
物理概念之间既互相联系,又互相区别。要区分这些概念,不能在领会阶段进行,因为正确的概念还尚未掌握,应选择恰当的时机,即应在学生对易混概念中的每一个都已有相当程度的理解,并已有混淆的实际体会以后进行。区分时,除了文字、单位、公式等宏观的对比之外,还应适当追述概念的建立过程,从本源上分析易混的原因,透彻理解其不同的物理实质。
2.3 数学知识的干扰
物理概念的绝大部分属于物理量,掌握概念既要明确物理量的意义,又要掌握定量方法。但在物理量的学习上,学生往往只注重定量表达,忽视物理意义,因而造成用数学概念代替物理概念。例如,对于电场强度的概念,有些学生认为E=F/q表示:场强与F成正比,与q成反比。从数学上讲没错,但在物理中该式已被赋予了一定的物理意义,若不考虑物理事实就会造成错误;物理规律的定量表述也离不开数学语言,且物理规律的应用需要用数学作为计算工具。但是,不少学生用纯数学的观念理解物理规律,从而忽视了其物理本质,造成对规律的错误理解。例如,对于万有引力定律F=GM1M2/r2,只从数学上理解,得出r→0时,F→∞的荒谬结论。
物理与数学密不可分,大多数物理概念和规律都可用数学表示(公式或图象),只有引入了数学,才使物理学成为一门定量、精密的科学。对于物理量或规律的表达式,要使学生明确其物理意义,对物理规律的图线表达,要搞清横轴与纵轴的含义及其物理意义。在此基础上,弄清文字表达、公式表达、图线表达三者之间的关系。否则,数学的工具作用在物理中就不能得到恰到好处的利用。
3 加强对物理概念思维方法和思维过程的培养
物理概念和规律在建立过程中都要经历一定的思维过程,有其独特的思维方法。学习这些概念和规律时,对它们的理解不能仅停留在表面上,要理解其内涵和外延,掌握其实质和应用,了解物理学家在建立这些概念和规律过程中的思维方法和思维过程,从中吸取有益的营养,就能避免在应用时出现错误。
当然,使学生运用物理概念和规律解决实际问题,是学习的目的,也是加深理解的关键,因为只有在运用中,理解上的缺陷才能暴露出来。在教学中,教师要注意总结学生在学习和运用概念、规律时出现的思维障碍,有针对性地选择一些典型的习题,从物理概念出发对解题时出现的问题加以纠正,同时,检验学生对物理规律的掌握情况,加强对物理规律应用的训练和指导,使学生通过逐步的“同化”和“顺应”,将新知识较顺利地纳入原有的认知结构中,形成正确的概念和规律。
参考文献
[1]《物理思维论》田世昆,胡卫平著.广西教育出版社.1996.
[2]《物理教育学》乔际平,续佩君著.江西教育出版社.1992.
[3]《中美高中生相异构想(电路部分)之比较研究》孟秀兰,鲁增贤.《河北师范大学学报》(教育科学版) 2000.7.
【关键词】物理概念 物理规律 思维障碍
【中图分类号】G424.1 【文献标识码】A 【文章编号】1673-8209(2010)07-0-01
中学物理教学的核心是物理概念和物理规律。物理概念是组成物理知识的基本要素,是客观事物的物理共同属性和本质特征在人们头脑中的反映,是观察实验和物理思维的产物;物理规律是物理知识的骨架,它表现为若干物理概念之间的内在联系,反映物理现象和过程在一定条件下发展、变化的必然趋势,是观察实验、数学推理和物理思维三者相结合的产物。可见,物理概念和规律的建立均离不开物理思维。在物理学发展史上,一个物理概念或规律的建立往往需要经过漫长而曲折的过程,学生学习时,虽然不需要重复相同的过程,但也必须经历从具体到抽象、从感性到理性、从模糊到精确、从简单到系统的思维过程。因此,物理概念和规律的学习同样离不开思维。物理难学,客观上是由该学科的特点决定的;究其主观原因,是因为在学习的思维过程中某个环节出现了障碍,从而使学习受阻,导致学习困难。
1 感性认识不足
物理概念和规律的建立均以观察实验为基础,来自于客观事实,又高于客观事实。要形成正确的概念和规律,充分理解其内涵、外延、建立的方法及其来龙去脉,必须获得有关事物的足够多的感性材料,虽然这些材料不属于思维的范畴,但它是思维的基础,是形成和掌握物理概念、规律的必要条件。例如,如果没有注意到日常生活中足够多的运动或静止物体的惯性现象,也无法搞懂惯性的概念。在学习相对论等近代物理知识及有关规律时,学生普遍感到难学,其主要原因之一就是头脑中没有足够多的感性材料作为依托,日常生活中也很难亲身感受到微观世界和高速运动领域的物理规律。
物理概念和规律的抽象,使清晰的感知成为必要。感性认识是激发学生学习动机和兴趣的有效武器,是进行思维加工的基本材料。因此,需要为学生创设一个激发兴趣、引导思维的物理环境。实验是获得感性认识的重要途径,在物理教学中要充分利用实验展现的物理图景,为学生提供更多的感性材料。例如,在进行大气压教学时,教师可先做马德堡半球实验,使学生观察到当球内气体被抽出到一定程度时,需要很大的力才能将两球分开,从而认识到大气压的存在,没有与此类似的感性认识做基础,是无法理解大气压的概念的。另外,恰当地列举生活中的典型事例,唤起学生已有的感性认识,为进一步研究提供必要的知识准备。
2 相关知识的干扰
2.1 先入为主的前科学概念的干扰
学生在学习物理之前,头脑中并非是一张白纸,而是已经从日常生活中积累了不少与物理有关的感性经验,形成了一定的观念即前科学概念。其中有些观念有利于科学概念和规律的形成,在教学中我们要善于利用,但很多观念反映的本质和现象不一致,是片面或错误的,这就对正确理解科学概念和规律起到了严重的干扰作用。例如,在对于惯性概念的理解上,认为惯性大小与物体的速度、是否受到外力等因素有关;对于摩擦力的概念,往往认为摩擦力总是阻力,其方向总与物体运动方向相反;对于物体的下落问题,认为重物比轻物下落快等。从某种意义上讲,学习概念和规律就是用科学的观念去置换头脑中错误的前科学概念,如果这种置换不能完成,在学习正确结论时,势必会造成思维上的障碍。
常言说:不破不立。首先,教师应清楚了解学生头脑中的错误的前科学概念,使错误概念的纠正有针对性;其次,要有意识地构造认知冲突,在具体学习情境中暴露学生原有认识的不足或错误,使其顺应正确的概念。例如,关于运动物体有无惯性的问题,可提出问题:人站在前进的火车上,跳起来后能否落回原地?多数学生回答:若跳得不太高,基本上能落在原地,若跳得太高,则不能。再问:“基本上”是何义?差一点吗?那么,跳一百次呢?假设你站在行驶的火车上跳一天,看能否从第一节车厢跳到第三节车厢?这样一来,把情况推到极端,就暴露出学生原有想法的错误,他在接受“运动物体也有惯性”的结论时,才会心服口服。这些错误的前科学概念是很顽固的,必须利用实验、变式等手段,排除前科学概念的干扰,用科学的物理概念去置换学生头脑中错误的前科学概念。
2.2 相邻、相近的物理概念的干扰
物理学中的概念可以揭示貌似同一,实际物理本质不同的因素,这是物理概念的精细性,其宏观表现,是物理中存在一些易混淆的概念,如速度和加速度,热运动、温度、热量和内能,电动势和电压等。在学习物理概念时,常常不能区分这些相邻、相近的概念从而造成概念不清,进而影响相关规律的理解和掌握。
物理概念之间既互相联系,又互相区别。要区分这些概念,不能在领会阶段进行,因为正确的概念还尚未掌握,应选择恰当的时机,即应在学生对易混概念中的每一个都已有相当程度的理解,并已有混淆的实际体会以后进行。区分时,除了文字、单位、公式等宏观的对比之外,还应适当追述概念的建立过程,从本源上分析易混的原因,透彻理解其不同的物理实质。
2.3 数学知识的干扰
物理概念的绝大部分属于物理量,掌握概念既要明确物理量的意义,又要掌握定量方法。但在物理量的学习上,学生往往只注重定量表达,忽视物理意义,因而造成用数学概念代替物理概念。例如,对于电场强度的概念,有些学生认为E=F/q表示:场强与F成正比,与q成反比。从数学上讲没错,但在物理中该式已被赋予了一定的物理意义,若不考虑物理事实就会造成错误;物理规律的定量表述也离不开数学语言,且物理规律的应用需要用数学作为计算工具。但是,不少学生用纯数学的观念理解物理规律,从而忽视了其物理本质,造成对规律的错误理解。例如,对于万有引力定律F=GM1M2/r2,只从数学上理解,得出r→0时,F→∞的荒谬结论。
物理与数学密不可分,大多数物理概念和规律都可用数学表示(公式或图象),只有引入了数学,才使物理学成为一门定量、精密的科学。对于物理量或规律的表达式,要使学生明确其物理意义,对物理规律的图线表达,要搞清横轴与纵轴的含义及其物理意义。在此基础上,弄清文字表达、公式表达、图线表达三者之间的关系。否则,数学的工具作用在物理中就不能得到恰到好处的利用。
3 加强对物理概念思维方法和思维过程的培养
物理概念和规律在建立过程中都要经历一定的思维过程,有其独特的思维方法。学习这些概念和规律时,对它们的理解不能仅停留在表面上,要理解其内涵和外延,掌握其实质和应用,了解物理学家在建立这些概念和规律过程中的思维方法和思维过程,从中吸取有益的营养,就能避免在应用时出现错误。
当然,使学生运用物理概念和规律解决实际问题,是学习的目的,也是加深理解的关键,因为只有在运用中,理解上的缺陷才能暴露出来。在教学中,教师要注意总结学生在学习和运用概念、规律时出现的思维障碍,有针对性地选择一些典型的习题,从物理概念出发对解题时出现的问题加以纠正,同时,检验学生对物理规律的掌握情况,加强对物理规律应用的训练和指导,使学生通过逐步的“同化”和“顺应”,将新知识较顺利地纳入原有的认知结构中,形成正确的概念和规律。
参考文献
[1]《物理思维论》田世昆,胡卫平著.广西教育出版社.1996.
[2]《物理教育学》乔际平,续佩君著.江西教育出版社.1992.
[3]《中美高中生相异构想(电路部分)之比较研究》孟秀兰,鲁增贤.《河北师范大学学报》(教育科学版) 2000.7.