“非物理因素”导致物理学习困难的研究
2022-06-08
摘 要：学生进入高中学习，普遍感到物理难学，这里除了高中物理知识的结构特点：从定性到定量，从形象思维到抽象思维到复杂逻辑思维（包括判断、推理、假设、归纳、分析演绎）等“物理因素”外，还存在如“前概念”的影响、思维定势的束缚、心理因素的抵触、概念联想的干扰等“非物理因素”的原因，研究之，供参考。
关键词：学生；学习因素；非物理因素；学习困难
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）2-0025-3
学生在掌握物理知识、接受物理概念的过程中，不但受到智力因素的影响，还要受到非智力因素的影响。对学生来说，物理这门学科一向被视为难学的课程，分析其原因，这里有主观因素，也有客观因素。其中，基础知识的不足、“前概念”的影响、思维定势的束缚、心理因素的抵触、概念联想的干扰、物理定律数学化的负作用等等，这些“非物理因素”引起学生物理学习困难是一个很重要的方面。本文试就 “非物理因素”导致物理学习困难的几个方面进行研究，以引起同仁们的思考。
1 基础知识的不足
学生从初中进入高中年级，积累了一些浅显的数理概念，主要是一些定性的概念。但学习高一物理时，要准确地接受新的物理知识，还缺乏建立相关物理概念必要的知识准备和感性经验。它包括学生的数学知识、物理知识、经验知识与学习能力，这样容易形成物理学习的基础障碍。如学生学习“合力与分力”以及“力的平行四边形法则”和运用几何知识解决问题时，感到十分困难。原因有两个方面：一方面，学生的几何知识和三角函数知识不牢固；另一方面，学生对合力与分力之间的等效关系缺乏感性认识。因此，在教学中除了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的解决中；还要加强演示实验和学生实验，使学生获得丰富的、可靠的感性认识。
另外，学生由于基础知识不牢，学习物理时容易形成模糊的物理概念，这样也容易造成思维障碍。例如：学生学过力和运动后，大部分学生可以回答力和运动的关系，能够准确回答“力是改变物体运动状态的原因”。但对“以一初速度滑上斜面的木块”进行受力分析时，又要画上一个沿斜面向上的冲力。在分析斜面上物体的受力情况和运动情况时，认为物体还受到一个下滑力，这实际上是没有理解力产生的条件必须是两个物体的相互作用，受力者必须有施力者，而且要作用在该物体上不能作用在其他物体上等。
2 “前概念”的影响
学生在学习物理新概念前，已经在生活中对客观世界有了一定的认识和了解，形成了一系列的概念（并不一定是某一学科的概念），但这些概念往往是片面的，甚至是错误的，这就是“前概念”。学生形成的“前概念”，往往只从直接的直观想象或生活经验出发去建构知识的意义，而不能抓住事物的本质和物理问题的特征。这些概念在学生头脑中具有持续性、顽固性，导致学生在学习物理的过程中容易形成思维障碍。例如：在学习力和运动的关系时认为“力是维持物体运动的原因”“力越大物体运动越快”“重的物体下落快，轻的物体下落慢”“波向前传播的过程就是质点向前移动的过程”等。在力学的学习中，受到很多的干扰，对形成正确的力和运动的关系、形成正确的物理概念将产生很大的思维障碍。所以，学好物理必须要不断地与前概念斗争。教师在教学中，要有意识地分析课本中的哪些物理概念与平时的联系比较密切，与平时的生活习惯联系较多。在教学之前，让学生将物理概念与日常观念进行比较，找出共同点和不同点，要善于摒弃旧知识，也就是常说的要学会“忘记”，吸收新的知识。帮助学生深入理解和掌握物理学基本概念的规律，促进学生把学到的理论知识跟生产实际和生活实际紧密地结合起来，在一定范围内能够运用所学的基础知识解决若干实际问题。从物理意义上来理解物理概念，为学习物理概念打下一个良好的基础，努力克服由于“前概念”形成思维障碍的影响。
3 思维定势的束缚
思维定势具有两重性：一方面是思维定势的积极作用，它可引发灵敏的思考，提供正确的思路等；另一方面是思维定势的负作用，它又可能导致解题方法的刻板和僵化，甚至错误的思考。学习过程中，学生经常遇到同一类型的问题或同一直观模型，因而往往形成一种习惯性的思维方向，这样将学生的思维束缚在一个狭小的范围，造成思维障碍。因此，要培养学生在解答问题的过程中（如用常规方法、习惯思维求解发生困难或解题过程繁琐时），要善于变换思维角度，去探求新的解题途径和解题方法，打破常规，创造性地拓展思路，找出优解，能起到突破性的效果。
例 质量为m，速度为v0的子弹刚好能射穿4块固定的木板，如图1所示。这4块木板对子弹的平均阻力相同，且子弹穿过每块木板所需的时间相同，求4块木板的厚度之比。
分析 思维定势：设4块木板的厚度分别为d1、d2、d3、d4，子弹穿过木板的速度分别为v1、v2、v3、v4，木板对子弹的阻力为f，穿过木板的时间为t。以子弹为研究对象，由动能定理和动量定理列出方程，求出答案。这样的解题过程比较繁琐，运算不细心也容易出错。
变换思维角度：运用“逆向思维”，因为f恒定，且v4=0，可以得出子弹穿过木板的逆过程就是初速度为0，末速度为v0的匀加速直线运动。由运动学知识可以知道，连续相等时间内的位移之比s1：s2：s3：s4=1：3：5：7，容易得出4木块的厚度之比：d4：d3：d2：d1=1：3：5：7。
所以，在平时的教学中，要引导学生善于突破思维定势，当解决某一问题的思路受阻时，要善于多方面、多角度去思考问题，变换思维的角度，克服机械地按固有模式进行思维的习惯，克服思维定势的消极因素，敢于和善于突破已有的思维定势，提高分析问题、解决问题的能力。
4 心理因素的抵触
通过对进入高中后学生学习情况的调查发现：有相当多的学生特别是女生在入学前听说高中物理这门学科不好学（这就是物理学习的舆论氛围），从心理上感到有些害怕。还有些学生认为“物理是理科，我们数学功底差，要想学好物理不可能”，少数学生认为“学多学少一个样，懂与不懂无所谓”……上述种种现象表明学生在学物理前，学习兴趣就处于低潮，甚至对物理毫无兴趣。因此，针对这些复杂的心理，教师必须逐一摸透，统一学生对物理学科的思想认识，这是培养物理学习兴趣的前提。 在物理教学中，不能总是拼命向学生灌输，强调知识的系统性，让学生紧紧围绕教师的指挥棒转，而很少考虑到学生的心理积极性和学习物理概念的兴趣，不管他们愿不愿意，能不能够接受，能不能够把外部的客体变化为学生内部的主体。如果学生不愿意、不能够发起自己心理活动的积极性，则教育便会收不到应有的效果。正所谓外因是条件，内因是决定因素。归根到底，调动学生主体的活动，提高学生学习物理的积极性，这是提高教学质量的关键所在。
另外，可充分利用教材，不断激发学生的学习兴趣；联系生活实际，广泛培养学生的兴趣；指导学生观察和实验，集中培养学生的兴趣；辅导学生作业，不断巩固学生的兴趣。例如：每当教到有关物理学家的物理量、单位、定律时，介绍他的生平，主要贡献及故事（讲到牛顿时，介绍牛顿从苹果落地现象中发现一个重要的力学定律）；充分运用丰富多彩的物理世界，把演示实验和学生实验结合起来；把课堂教学与课外活动结合起来；把物理概念的形成与物理问题的讨论结合起来；把课本知识和生活现象结合起来；学会思考、处理物理问题的某些思想方法，培养思维能力和独立学习的能力，使学生对物理产生浓厚兴趣。
5 概念联想的干扰
所谓联想是指当我们受到一定的刺激，就会由这个刺激引起我们对别的刺激的印象。如接近联想、类似联想、对比联想、因果联想等等。每当学生学习物理概念时，许多与之相联系的概念将会处于活动状态。如果学生在认知结构中概念的可辨性较差，或有许多非本质信息附加于概念之上的话，则在我们从长时记忆提取有关概念解决问题时，由于联想的作用，一些无关的概念将抑制必要概念的提取，从而造成思维的障碍。例如：物体在斜面上所受的重力可以分解为下滑力和物体对斜面的压力；摩擦力总是阻碍物体的运动；运动的物体必然受到力的作用；做匀速圆周运动的物体还受到一个向心力的作用等等。所以，在教学中必须要加强概念的教学。当学生初步形成概念时，必须给他们提供运用概念的机会，创设学习物理概念的情境，让他们将抽象的概念返回到具体的现实中去，使他们在运用概念的过程中巩固、深化、活化概念，使学生形成正确的、全面的概念，发展运用概念的技能，减少概念联想的思维障碍。
6 物理定律数学化的负作用
数学知识在解决物理问题时起着很大的作用，但必须要认识到它只是解决物理问题的工具，作为工具的数学必须要与物理现象相统一，特别是受到物理条件的制约。不注意这一点，从纯数学的角度来理解和使用物理概念、规律、公式，这往往造成思维障碍。
在遇到物理问题时，学生往往习惯于生搬硬套公式，而不是理解物理概念和公式的物理意义，解决物理问题时不能灵活选择方法。例如：向心加速度公式a=v2/r，学生认为向心加速度与半径成反比；而另一公式a=rω2，又认为向心加速度与半径成正比，得出自相矛盾的结论，而不能够正确理解。有时只考虑数学运算，任意扩大物理规律的运用范围，无视物理规律的适用条件。如根据公式F=G， 推出r→0，F→∞的错误结论，实际上是忽略了定律的成立条件——物体能被看成质点。因此，在教学中要培养学生具备必要的数学运算能力，能够用数学工具进行具体运算与推导，能够把物理问题转变为数学模型。同时，运用数学工具与文字符号作为物理语言去表达物理意义，不能把数学结论和物理结论完全等同起来，运用数学计算结果来合理表述物理结论。
造成学生学习物理困难的“非物理因素”类型是很多的，远不止上述几种。在教学过程中，为了提高中学物理教学质量，我们必须要认真研究学生物理学习困难的“非物理因素”，采取必要的措施，有的放矢，形成正确的教学策略，从而达到全面提高教育、教学质量的目的。
关键词：学生；学习因素；非物理因素；学习困难
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）2-0025-3
学生在掌握物理知识、接受物理概念的过程中，不但受到智力因素的影响，还要受到非智力因素的影响。对学生来说，物理这门学科一向被视为难学的课程，分析其原因，这里有主观因素，也有客观因素。其中，基础知识的不足、“前概念”的影响、思维定势的束缚、心理因素的抵触、概念联想的干扰、物理定律数学化的负作用等等，这些“非物理因素”引起学生物理学习困难是一个很重要的方面。本文试就 “非物理因素”导致物理学习困难的几个方面进行研究，以引起同仁们的思考。
1 基础知识的不足
学生从初中进入高中年级，积累了一些浅显的数理概念，主要是一些定性的概念。但学习高一物理时，要准确地接受新的物理知识，还缺乏建立相关物理概念必要的知识准备和感性经验。它包括学生的数学知识、物理知识、经验知识与学习能力，这样容易形成物理学习的基础障碍。如学生学习“合力与分力”以及“力的平行四边形法则”和运用几何知识解决问题时，感到十分困难。原因有两个方面：一方面，学生的几何知识和三角函数知识不牢固；另一方面，学生对合力与分力之间的等效关系缺乏感性认识。因此，在教学中除了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的解决中；还要加强演示实验和学生实验，使学生获得丰富的、可靠的感性认识。
另外，学生由于基础知识不牢，学习物理时容易形成模糊的物理概念，这样也容易造成思维障碍。例如：学生学过力和运动后，大部分学生可以回答力和运动的关系，能够准确回答“力是改变物体运动状态的原因”。但对“以一初速度滑上斜面的木块”进行受力分析时，又要画上一个沿斜面向上的冲力。在分析斜面上物体的受力情况和运动情况时，认为物体还受到一个下滑力，这实际上是没有理解力产生的条件必须是两个物体的相互作用，受力者必须有施力者，而且要作用在该物体上不能作用在其他物体上等。
2 “前概念”的影响
学生在学习物理新概念前，已经在生活中对客观世界有了一定的认识和了解，形成了一系列的概念（并不一定是某一学科的概念），但这些概念往往是片面的，甚至是错误的，这就是“前概念”。学生形成的“前概念”，往往只从直接的直观想象或生活经验出发去建构知识的意义，而不能抓住事物的本质和物理问题的特征。这些概念在学生头脑中具有持续性、顽固性，导致学生在学习物理的过程中容易形成思维障碍。例如：在学习力和运动的关系时认为“力是维持物体运动的原因”“力越大物体运动越快”“重的物体下落快，轻的物体下落慢”“波向前传播的过程就是质点向前移动的过程”等。在力学的学习中，受到很多的干扰，对形成正确的力和运动的关系、形成正确的物理概念将产生很大的思维障碍。所以，学好物理必须要不断地与前概念斗争。教师在教学中，要有意识地分析课本中的哪些物理概念与平时的联系比较密切，与平时的生活习惯联系较多。在教学之前，让学生将物理概念与日常观念进行比较，找出共同点和不同点，要善于摒弃旧知识，也就是常说的要学会“忘记”，吸收新的知识。帮助学生深入理解和掌握物理学基本概念的规律，促进学生把学到的理论知识跟生产实际和生活实际紧密地结合起来，在一定范围内能够运用所学的基础知识解决若干实际问题。从物理意义上来理解物理概念，为学习物理概念打下一个良好的基础，努力克服由于“前概念”形成思维障碍的影响。
3 思维定势的束缚
思维定势具有两重性：一方面是思维定势的积极作用，它可引发灵敏的思考，提供正确的思路等；另一方面是思维定势的负作用，它又可能导致解题方法的刻板和僵化，甚至错误的思考。学习过程中，学生经常遇到同一类型的问题或同一直观模型，因而往往形成一种习惯性的思维方向，这样将学生的思维束缚在一个狭小的范围，造成思维障碍。因此，要培养学生在解答问题的过程中（如用常规方法、习惯思维求解发生困难或解题过程繁琐时），要善于变换思维角度，去探求新的解题途径和解题方法，打破常规，创造性地拓展思路，找出优解，能起到突破性的效果。
例 质量为m，速度为v0的子弹刚好能射穿4块固定的木板，如图1所示。这4块木板对子弹的平均阻力相同，且子弹穿过每块木板所需的时间相同，求4块木板的厚度之比。
分析 思维定势：设4块木板的厚度分别为d1、d2、d3、d4，子弹穿过木板的速度分别为v1、v2、v3、v4，木板对子弹的阻力为f，穿过木板的时间为t。以子弹为研究对象，由动能定理和动量定理列出方程，求出答案。这样的解题过程比较繁琐，运算不细心也容易出错。
变换思维角度：运用“逆向思维”，因为f恒定，且v4=0，可以得出子弹穿过木板的逆过程就是初速度为0，末速度为v0的匀加速直线运动。由运动学知识可以知道，连续相等时间内的位移之比s1：s2：s3：s4=1：3：5：7，容易得出4木块的厚度之比：d4：d3：d2：d1=1：3：5：7。
所以，在平时的教学中，要引导学生善于突破思维定势，当解决某一问题的思路受阻时，要善于多方面、多角度去思考问题，变换思维的角度，克服机械地按固有模式进行思维的习惯，克服思维定势的消极因素，敢于和善于突破已有的思维定势，提高分析问题、解决问题的能力。
4 心理因素的抵触
通过对进入高中后学生学习情况的调查发现：有相当多的学生特别是女生在入学前听说高中物理这门学科不好学（这就是物理学习的舆论氛围），从心理上感到有些害怕。还有些学生认为“物理是理科，我们数学功底差，要想学好物理不可能”，少数学生认为“学多学少一个样，懂与不懂无所谓”……上述种种现象表明学生在学物理前，学习兴趣就处于低潮，甚至对物理毫无兴趣。因此，针对这些复杂的心理，教师必须逐一摸透，统一学生对物理学科的思想认识，这是培养物理学习兴趣的前提。 在物理教学中，不能总是拼命向学生灌输，强调知识的系统性，让学生紧紧围绕教师的指挥棒转，而很少考虑到学生的心理积极性和学习物理概念的兴趣，不管他们愿不愿意，能不能够接受，能不能够把外部的客体变化为学生内部的主体。如果学生不愿意、不能够发起自己心理活动的积极性，则教育便会收不到应有的效果。正所谓外因是条件，内因是决定因素。归根到底，调动学生主体的活动，提高学生学习物理的积极性，这是提高教学质量的关键所在。
另外，可充分利用教材，不断激发学生的学习兴趣；联系生活实际，广泛培养学生的兴趣；指导学生观察和实验，集中培养学生的兴趣；辅导学生作业，不断巩固学生的兴趣。例如：每当教到有关物理学家的物理量、单位、定律时，介绍他的生平，主要贡献及故事（讲到牛顿时，介绍牛顿从苹果落地现象中发现一个重要的力学定律）；充分运用丰富多彩的物理世界，把演示实验和学生实验结合起来；把课堂教学与课外活动结合起来；把物理概念的形成与物理问题的讨论结合起来；把课本知识和生活现象结合起来；学会思考、处理物理问题的某些思想方法，培养思维能力和独立学习的能力，使学生对物理产生浓厚兴趣。
5 概念联想的干扰
所谓联想是指当我们受到一定的刺激，就会由这个刺激引起我们对别的刺激的印象。如接近联想、类似联想、对比联想、因果联想等等。每当学生学习物理概念时，许多与之相联系的概念将会处于活动状态。如果学生在认知结构中概念的可辨性较差，或有许多非本质信息附加于概念之上的话，则在我们从长时记忆提取有关概念解决问题时，由于联想的作用，一些无关的概念将抑制必要概念的提取，从而造成思维的障碍。例如：物体在斜面上所受的重力可以分解为下滑力和物体对斜面的压力；摩擦力总是阻碍物体的运动；运动的物体必然受到力的作用；做匀速圆周运动的物体还受到一个向心力的作用等等。所以，在教学中必须要加强概念的教学。当学生初步形成概念时，必须给他们提供运用概念的机会，创设学习物理概念的情境，让他们将抽象的概念返回到具体的现实中去，使他们在运用概念的过程中巩固、深化、活化概念，使学生形成正确的、全面的概念，发展运用概念的技能，减少概念联想的思维障碍。
6 物理定律数学化的负作用
数学知识在解决物理问题时起着很大的作用，但必须要认识到它只是解决物理问题的工具，作为工具的数学必须要与物理现象相统一，特别是受到物理条件的制约。不注意这一点，从纯数学的角度来理解和使用物理概念、规律、公式，这往往造成思维障碍。
在遇到物理问题时，学生往往习惯于生搬硬套公式，而不是理解物理概念和公式的物理意义，解决物理问题时不能灵活选择方法。例如：向心加速度公式a=v2/r，学生认为向心加速度与半径成反比；而另一公式a=rω2，又认为向心加速度与半径成正比，得出自相矛盾的结论，而不能够正确理解。有时只考虑数学运算，任意扩大物理规律的运用范围，无视物理规律的适用条件。如根据公式F=G， 推出r→0，F→∞的错误结论，实际上是忽略了定律的成立条件——物体能被看成质点。因此，在教学中要培养学生具备必要的数学运算能力，能够用数学工具进行具体运算与推导，能够把物理问题转变为数学模型。同时，运用数学工具与文字符号作为物理语言去表达物理意义，不能把数学结论和物理结论完全等同起来，运用数学计算结果来合理表述物理结论。
造成学生学习物理困难的“非物理因素”类型是很多的，远不止上述几种。在教学过程中，为了提高中学物理教学质量，我们必须要认真研究学生物理学习困难的“非物理因素”，采取必要的措施，有的放矢，形成正确的教学策略，从而达到全面提高教育、教学质量的目的。