高中物理学习的思维障碍及对策

时间:2023-06-16 14:54:01 学习强国 来源:网友投稿

高中物理是学生普遍认为最难学的科目,甚至一些初中物理学的较好的同学在升入高中后,面对高中物理学起来也会感到吃力.大多数同学的感觉是“一看就懂,一听就会,一做就错”,乃至最后“束手无策”.究其原因,主要是思维障碍,不能用正确的方法理解物理概念和物理规律,不能用科学的思维来思考和解决物理问题,只是盲目地套题型,更没有养成具体问题具体分析的习惯.笔者根据多年的教学实践,总结了学生经常遇到的思维障碍,提出了一些针对性的解决措施.

1前概念的影响

前概念一般是指学生在学习某种科学概念之前由长期的日常经验形成的对事物和现象的看法、认识和观念.中学生头脑中的前概念大多是一种对事物和现象的非本质的认识.由于在物理学习中学生的前概念多是表面的、肤浅的、非本质的,与科学概念相悖,对学生形成正确的、科学的物理概念构成障碍.

如学生学习“自由落体运动”这一概念时,学生之前已经对“物体下落的运动”有了一些认识和理解,受之影响,学生很容易把“自由落体运动”等同于“物体下落的运动”,忽视了“自由落体运动”是一种理想化模型,忽略了空气阻力,并不是任意物体从静止的下落都叫自由落体运动.再如学生学习了“匀加速运动”和“匀减速运动”后,受之影响,对变加速运动,也分出了“变加速运动和变减速运动”的错误说法.

如何消除前概念对物理学习的影响,最重要的是让学生通过实验,丰富感性认识,用实验或实践去检验头脑中已经形成的结论,学生便会感悟什么才是科学概念.另外,教师科学分析物理概念的定义,弄清定义的过程,弄清来龙去脉,学生自然会把科学概念与自己头脑中的前概念作对比,再引导学生比较二者的异同,学生就会逐渐形成科学概念.

2用生活概念代替物理概念

学生在学习新的物理概念时,自然会联想相同或相似生活概念,往往就用生活概念去理解物理概念,甚至用生活概念代替物理概念.

如学习“功”的概念时,学生已有日常生活中的一些概念如“功劳”、“做工”等,学生可能在头脑中已经建立起了“费了力,就有用,就有功劳”等观念,从而认为只要费了力,就应该做了功.这对形成正确的功的概念产生了严重干扰.

解决的方法是首先引导学生分析引入这一概念的意义,如引入“功”的概念是要达到什么目的,是不是只是为了反映“施加力”这一效果等,再去分析科学概念的定义,如对“功”的概念,物理概念中强调了做功的两个必要因素“力和位移”,这是生活概念中所没有的.

3用数学代替物理

物理公式或规律表达了物理现象中所涉及的物理量之间在某些条件下的相互制约或依存的数量关系,一般它们是建立在特定条件下的的数学关系,这里的特定条件往往是由实际物理过程决定的,它是包含了物理意义的数学关系.如果脱离了物理意义,只用纯数学的观点去理解物理公式,就会犯张冠李戴,不符合实际的错误,就不能用科学的方法来思考问题,阻碍思维科学性的发展提高.高中物理公式比初中复杂了,不能认为只要记住公式,会套公式,就能学好高中物理.深刻理解高中物理公式是“物理意义+数学关系”的一个整体,是学好高中物理的重要基础.如学生往往把“a=Fm”、“F=ma”、“m=Fa”当成等价的关系,而且不能理解为什么不能认为“m与F成正比,与a成反比”.

首先要引导学生准确理解物理公式是“数学关系+物理条件+物理意义”的组合,再通过一些例题的分析,通过针对性的练习,来逐步提高学生的理解能力和科学思维能力.

4直觉代替逻辑推理

解决物理问题应在分析物理事实、条件和已知的知识的基础上,进行逻辑推理或论证.学生在学习高中物理时经常出现的思维障碍之一是,不顾物理事实条件,没有任何依据,不做任何推理论证,仅凭直觉或想当然,就得出结论或作出判断.

例图1中M、N是两个共轴圆筒的横截面,外筒半径为R,内筒半径比R小很多,可以忽略不计,筒的两端是封闭的,两筒之间抽成真空.两筒以相同的角速度ω绕其中心轴线(图中垂直于纸面)做匀速转动.设从M筒内部可以通过窄缝s(与M筒的轴线平行)不断地向外射出两种不同速率v1和v2的微粒,从s处射出时的初速度的方向都是沿筒的半径方向,微粒到达N筒后就附着在N筒上.如果R、v1和v2都不变,而ω取某一合适的值,则

A.有可能使微粒落在N筒上的位置都在a处一条与s缝平行的窄条上

B.有可能使微粒落在N筒上的位置都在某一处如b处一条与s缝平行的窄条上

C.有可能使微粒落在N筒上的位置分别在某两处如b处和c处与s缝平行的窄条上

D.只要时间足够长,N筒上将到处都落有微粒

学生在解答此题时,容易仅凭直觉想象,猜测而非推理得出错误结论D,不能敏锐地意识到此题中各物理量间大小关系的多种可能,不能有意识地利用圆周运动的知识,通过逻辑推理得到正确的结论A、B、C.

教师要通过例题的示范,实验的操作过程等,教会学生分析解决物理问题的思路和流程,及怎样进行逻辑推理得出结论.逐步培养学生“判断要有依据,分析要合乎逻辑”的科学思维方法.

5用特殊代替一般

物理结论或公式一般是在一定条件下得出的,弄清其成立条件往往比结论本身更重要,忽视其成立条件,就会得出错误的结果,犯张冠李戴的错误.如高中学习的牛顿第二定律F=ma,其成立条件有两个:宏观低速;相对惯性参考系.动能定理W合=ΔEk成立条件也有两个:质点;相对惯性参考系.

就连常用的等效方法,也都是在一定条件下的等效,不可能是全部等效替代.如合力与分力的等效性,仅在形变或运动状态的改变方面等效.学生往往将动量守恒的条件中“系统所受外力的矢量和为零”,错误地认为是“系统所受的合力为零”,究其原因,就是没有弄清合力与分力概念中的等效性的意义,从而错误地认为凡是物体所受的力都能求“合力”,没能正确理解“合力”与“外力的矢量和”概念的不同.“合力”与原来的真实外力应具有运动状态改变或形变的等效性,一般对平动的质点而言;而“外力的矢量和”对系统而言,不具有前述的等效性.再如,电流的方向规定为正电荷定向运动的方向,等效为负电荷定向运动的反方向.这一等效,也仅就电流方向而言,不是无条件的等效.否则,在分析霍尔效应时,金属导体中的电流是电子定向运动形成的,如果把它等效为正电荷反向运动,对导体各面电势高低的讨论,,就会得出完全相反的错误结论.

教学中教师应通过例题分析、实际物理现象的观察和实验的操作等,强化物理结论、公式和规律的成立条件,比较不同条件下得到的物理结论,强化弄清因果关系,培养学生具体问题具体分析的习惯,防止以偏盖全,以特殊代替一般.

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