思维取向与物理教学_惯性思维论文

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      一、对思维定势的再认识

      思维定势又称“习惯性思维”，是指人们按习惯的、比较固定的思路去考虑问题、分析问题，表现为在解决问题过程中作特定方式的加工准备。因此，我们常常认为它阻碍了思维的开放性和灵活性，造成思维的僵化和呆板，使得人们不能灵活运用知识，导致创造性思维的发展受到阻碍。确实，思维定势容易使我们养成一种呆板、机械、千篇一律的习惯——这次这样解决了一个问题，下次遇到类似的问题或表面上看起来相同的问题，会不由自主地还是沿着上次思考的方向或次序去解决。而当新旧问题形似质异时，思维定势往往会造成知识和经验的负迁移。但事实上，思维定势不仅有上述的负面作用，更多的时候，它具有积极的一面。正是因为思维定势的存在，我们在解决许多问题时才不至于花费过多的精力，才能够将注意力集中于最重要问题的解决上。

      根据心理学的界定，定势是心理活动的一种准备状态，其既可能有利于问题的解决，也可能阻碍问题的解决。因此，包括思维定势在内的定势是一个中性事物。思维定势是思维自动化的前提，如：一看到某个物理问题，就能反映出解题的思路；给出质量和体积，要求密度，立即就能想到解题方法。类似的还有动作定势，如驾驶时看到紧急情况就踩刹车，其中的反应时间越短，说明这一动作定势的水平越高。

      根据以上分析，我们可以认定，没有思维定势，就无法发生学习。在日常教学中，我们应着力提升学生的思维定势水平。

      二、物理教学中如何提升思维定势水平

      物理教学中帮助学生提升思维定势的水平，可以从概念与规律学习、问题解决两个方面进行。

      （一）概念与规律学习

      概念与规律的教学中，我们强调学生必须理解概念与规律。那怎样才叫理解了呢？从心理学角度看，就是学生能够用原来的概念去解释新的概念。其中，原来的概念决定了学生现有的思维定势水平。问题在于，学生的思维定势水平不只由已有的知识结构决定，还与学生在学习过程中生成的认知方式有关（类似于建构主义学习观中所说的“主动建构活动”），因此可以说，影响学生理解概念的因素有客观知识结构和主观认知方式两种。

      以惯性概念及牛顿第一运动定律的教学为例。在初中阶段，牛顿第一运动定律的表述是：一切物体在不受外力作用时，总保持匀速直线运动状态或静止状态。笔者在教学实践中发现，牛顿第一运动定律及衍生出来的惯性概念，很多学生难以真正理解，该知识点远不像很多教师认为的那么简单。我们还可以从两个方面找到这一观点的佐证。一是吴国盛先生在其著作《科学的历程》中提及的自己对惯性概念理解的例子：以几近满分的物理成绩考入北京大学，却在去报到的火车上怎么也想不通为什么跳起来还会落回原地。二是科学史家吴以义先生在其著作《溪河溯源》中所提到的“力是力学中最难以说明、最令人捉摸不透的概念”。为什么会出现这样的学习困难？笔者以为，正是学生的思维定势在这一知识的教学中没有得到有效的扩展，现实中难以发生的“对‘一切物体’的归纳”、“‘不受外力’条件的实现”决定了学生难以将思维拓展到这种情形中来，因此对牛顿第一运动定律的理解只可能是在重复（心理学上称之为“复述”）中形成低水平的理解。

      怎样才能让学生的理解更深入一步呢？答案显然是：通过有意义的讲授，来提高学生的思维水平。分析现在的教材，我们发现不少版本在呈现这一知识点的时候，都忽略了物理学史上有名的争论——“力是改变还是维持物体运动的原因”。这一问题有没有必要在初中阶段呈现尚有一定的争议，但笔者以为，借助于物理学史，我们还是能够化解这一难题的。通过逐步呈现亚里士多德的表述、笛卡儿的表述、伽利略的表述，可以让学生的思维不断走向深入。也就是说，只要学生结合自己的生活经验，逐步理解了这三个观点，那就有可能认识到“维持运动状态”和“改变运动状态”的差异，从而真正理解牛顿第一运动定律在初中阶段的表述，也能为高中阶段的表述（一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力改变这种状态为止）打下坚实的基础。

      再说惯性概念。牛顿第一运动定律之所以被称为“惯性定律”，是因为牛顿第一运动定律给出的静止或匀速直线运动是物体不受外力作用时的两种选择之一。很奇怪吧，物体不受外力时竟然只有两种选择！为什么只有两种选择？因为物体天然具有这种性质，这种性质就叫惯性。要想让学生真正理解惯性概念，我们似乎可以把物体比作一个孩子，而惯性就是这个孩子倔强的脾气：当这个孩子原来是静止的时，你要让他运动，他却偏偏要静止；而如果他原来是运动的，你想让他静止时，他又偏偏要运动。这种拟人的方式对于惯性概念教学而言，可能是较好的一种促进理解、提升思维定势水平的办法。

      （二）问题解决

      思维定势范围过窄、水平过低，如“想当然”、机械训练、表象单一等，常常会导致解题错误。

      1.“想当然”形成的低水平思维定势及其提升策略。

      “想当然”是一种经验说法，其极容易导致负向的思维定势，如学生在习题解答中的错误推理。错误推理是指学生根据正确的知识或规律，推理出另一个错误的结论。这是低水平思维定势的表现。

      问题1如图1所示的电路中，调节滑动变阻器滑片P，当电流表示数由0.2A变成0.4A时，电压表示数变化了2V，则定值电阻R的大小是多少？R的电功率变化了多少？

      

      本题中求定值电阻R的方法很多，其中一个方法就是利用R的阻值不变及数学上的等比性质，可得

。在实际解题过程中，学生作出这一判断，有的是基于对等比性质的理解，有的却是“想当然”。但无论是什么样的想法，都容易形成一种定势：电阻等于变化的电压与变化的电流之比。然后，又会用其衍生的定势“变化的电功率等于变化的电压乘变化的电流”来计算下面的一个问题，即R的电功率变化值。于是，相当一部分学生这样解答：ΔP=ΔU·ΔI=2V×（0.4A-0.2A）=0.4W。显然，形成这一定势的原因在于没有理清定值电阻R与电功率P的不同：R是定值，因此适用等比性质；而P却是变量，并不适用等比性质。而当教师向学生讲清了这一本质之后，学生的思维定势就能扩大到一个更广的范围，下次遇到类似问题时，就不会如此简单地去解决了。

      2.机械训练形成的低水平思维定势及其提升策略。

      机械训练在习题教学中主要表现为解题重复，即日常学习中大量常规题的重复训练。由于重复，学生容易形成一种“视觉定势”，从而会将“A表达”看成“B意思”。比如，初中阶段，光学作图主要集中在光的直线传播、光的反射与光的折射范围内，其中尤以光的反射与折射偏多。问题2～4就是关于光学作图的一组题。

      问题2 如图2，一束光AO射到平面镜上，请作出其反射光线。

      问题3 如图3所示是一束光射到平面镜上后反射出的光线，试画出其入射光线。

      

      问题4 如图4所示是一束光斜射出水面时的反射光线，请画出其入射光线和折射光线。

      

      问题2是初学光学作图时多次练习的基础题。当这一题得到较高的正确率之后让学生完成后续练习时，发现如下现象：解答问题3时，出现如下页图5所示的错误；要求画出光线斜射入水面的情形时，出现只画了反射光线而没有画折射光线（具体题图略）的错误；再变成光线由水内斜射向水外，要求画出折射光线和反射光线时，又有学生少画了反射光线（题图略）；再变成问题4时，学生又会出现如图6所示的错误。

      

      上述现象表明，学生在不同阶段，思维定势水平不同，出现的错误也不同。这是思维定势的固有特点。但需要强调的是，在通常情况下，我们在对上面的示例中的错误进行归因时，容易得出“审题不仔细”的结论，然后跟学生反复强调“要认真审题”。结果往往是无论怎样强调认真审题，甚至无论学生怎样认真审题，他们依然会不断地犯类似的错误。这就说明，根本原因不在于学生审题不清，而是学生的思维定势水平过低。因此，教师要做的不是提醒学生“认真审题”，不是提醒学生“看清要作哪些光线”，而是帮助学生扩大思维定势的范围，提高思维定势的水平。比如，对问题2的后续练习不能是重复训练，而应该在问题2的基础上进行扩展，让学生明确此类作图题可能有哪些命题思路，了解所有可能出现的情况。这样，学生在遇到类似的问题时，就会从一个更为宽广的范围搜索已有的解题经验，完成对问题的准确判断。

      3.表象单一形成的低水平思维定势及其提升策略。

      表象是形象思维的加工对象，也是形象思维材料的编码方式。初中物理教学中，由于客观条件所限，很多时候需要建立想象表象。而由于学生个体思维加工的水平以及原有知识基础所限，有时建立的想象表象并不适用于所有问题的解决，他们有可能将在一种情境中构建的想象表象运用到另一种情境当中去。

      比如“鱼叉刺鱼”与“激光射鱼”。鱼叉刺鱼时必须瞄准看到的鱼的下面一点，这样才能刺着真正的鱼。这既是现实生活的经验之谈，也是初中物理光的折射知识中的典型问题。由于学生没有真实的体验（即便有这样的体验，也不会构建真正的物理图景），因此，实际教学中解决问题的方式往往是画出光由鱼射向人眼的光路图（如图7）。在多次重复之后，学生形成的思维定势就是这幅图在学生头脑中形成的物理图景。

      

      这样，当学生遇到另外一个问题时，思维定势水平偏低所导致的负作用就出现了。这个问题是：如果想用一束激光射中水中的鱼，则应该对准看到的鱼的上方、下方还是本身？正确答案当然是对准看到的鱼，但是学生大多会选择“下方”，原因不言自明。有意思的是，当我们向学生讲明其中的诀窍时，学生常常会说自己“粗心大意”。我们认为这样的归因是错误的，学生并不是没有看到“激光”，而是看到了激光，但却没有在头脑中及时构建“光斜射入水”的表象，而是出现了“鱼叉刺鱼”的表象，其错误结果也就自然发生了。当教师讲完正确答案之后，学生注意到了自己原先的表象与应有的表象之间的差异之后，就会有一种恍然大悟的感觉——因为构建正确的表象是一件很容易的事，所以他们会将之归因为粗心。这个时候，就需要教师提醒学生：这不是粗心，而是题目中的关键词没有引起足够的注意，我们没有及时构建恰当的物理图景的缘故。

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