導致高中生物理過程模型構建能力低下因素的調查

張 雪

(畢節(jié)市第一中學貴州 畢節(jié)551700)

摘 要：本調查從物理學的角度科學界定“物理過程模型”的概念，并對我校高二學生的物理過程模型問題解決能力進行了測試，對測試結果進行了研究分析，科學分析導致高中生物理過程模型構建能力低下的因素．

關鍵詞：物理過程模型高中生構建能力調查分析

收稿日期：(2015-06-08)

1調查的背景

21世紀全球進入了信息時代，社會需要的是具有一定分析與解決問題能力的人，這給我們教育事業(yè)提出了新的機遇與挑戰(zhàn)．教育強調培養(yǎng)學生搜集和處理信息、獲取新知識、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力[1]．最新公布的2015年普通高校招生全國統(tǒng)一考試大綱(物理)，要求學生具有理解、推理能力及綜合分析的能力．高中物理新課程標準《全日制義務教育物理課程標準》對學生實施過程與方法培養(yǎng)方面提出了新要求．其中，高中物理教材中有關物理過程模型的教學是分析與解決問題的很好素材．所謂物理過程模型是指把具體物理過程理想化、純粹化后抽象出來的一種物理過程[2]．如高中物理中的勻變速直線運動、自由落體運動、拋體運動(包括平拋運動、豎直上拋和斜拋運動)、勻速圓周運動、完全彈性碰撞等都屬于物理過程模型．

然而，在筆者將近4年的教學實踐中，通過和學生的多次談話交流，發(fā)現大部分高中生的物理過程模型構建能力很弱，具體體現在能讀懂復雜物理過程的文字表述，但是不能抓住主要因素，分析出體現該物理過程本質的理想物理過程模型，即不能將題目意思物理問題化，最終導致無法解決對應的問題，致使他們解決問題的能力不高．

為了提高學生分析與解決問題的能力，筆者開始調查導致學生物理過程模型構建能力低的因素．

2具體調查過程

2014年10月20日，筆者用自己編制的一套關于物理過程模型的測試題在我校高二(21)班和高二(16)班進行測試，共125人．其中高二(21)有57人，是我校實驗班學生，基礎比較好，高二(16)班有68人，是我校提高班學生，基礎較差一些．本次調查采用學生用一節(jié)課的時間(45min)做一套關于物理過程模型的測試題，批改后，統(tǒng)計情況如表1與表2所示．

表1　高二(21)學生考試成績統(tǒng)計表

表2　高二(16)學生考試成績統(tǒng)計表

縱觀2個班的測試成績，我們看到，兩個班的優(yōu)良率(80分及其以上)分別為84.2%和45.6%，及格率分別為100%和85.3%，平均分分別為86.5和74.4．實驗班學生的優(yōu)良率和及格率比提高班高了很多，實驗班平均分比提高班高了12.1，這反映了影響學生構建物理過程模型能力強弱的因素有現階段學生的物理知識基礎、個性特征、個人氣質類型、學生的能力．然而，一個人的個性特征、個人氣質類型短時間我們很難改變，只有在學生經歷一些事情后才會改變．我們能做的是尋找那些可以改變的因素，在可以改變的因素上找方法．現階段的物理知識基礎，決定于學生過去的學習態(tài)度和學習投入情況，以及過去的物理教師的引導，至于其他的原因，采用訪談法和口語報告法去具體研究．通過訪談和口語報告，找出構建物理過程模型強的學生和相對較弱的學生的心理過程的異同，分析構建能力弱的學生的障礙在哪里．

通過為期2個月的訪談，完成了與15名(7名是21班的學生，8名是16班的學生)構建能力強的學生和36名(9名21班的，27名16班的)構建能力弱的學生交流溝通，順利分析出了他們構建物理過程模型的心理過程和障礙表現．構建能力強的學生大致都經歷了如下的心理過程，如圖1所示．

圖1　構建物理模型能力強的學生的心理過程

而構建能力弱的學生多數停留在審題環(huán)節(jié)，具體體現在讀題時不立足于題目意思，而是主觀去想象，受自己主觀想象的影響，最后導致思維發(fā)散出去，沒法收回來，不再集中注意力理解題目意思，從而不能準確轉換出與題意相對應的物理過程情景，即不知道題目要考查哪個物理過程模型．如在讀“一個獵人見一只松鼠蹲在樹枝上，便用槍水平瞄準松鼠．當獵人開槍瞬間，松鼠因受驚嚇，從樹枝上落下．試用所學的物理知識回答以下問題：松鼠從樹上落下，松鼠做什么運動？有什么理想條件？”時，構建能力強的學生會根據題目中的“有什么理想條件”等相關信息提取出松鼠做自由落體運動，子彈做平拋運動；而構建能力弱的看不懂題目意思，領會不了題目的暗示，會有“松鼠從樹上掉下來不會摔死嗎？松鼠聽見槍聲沒有反應時間嗎？松鼠應該會沿樹枝往上爬吧．松鼠掉下來之前應該先蹬一下樹枝，那它的初速度是多大？沿哪個方向呢”等疑問，于是把自己思緒打亂了，不再專注于題目要解決的問題了．少數則抓不住主要因素和次要因素，無法建立正確的物理過程模型．如他們提取不到“松鼠初速度為零，下落時主要是重力影響松鼠的運動，空氣阻力相對其重力而言太小了，對松鼠運動影響很小很小，可以忽略，故重力是主要因素，空氣阻力是次要因素，松鼠做自由落體運動；槍水平瞄準松鼠說明子彈具有水平初速度，同樣，其所受空氣阻力是次要因素，可以忽略，子彈做平拋運動”．極少數不會根據實際情況修正自己所建的物理過程模型，導致物理過程模型建立不完善，甚至錯誤．如當條件改成“若獵人斜向上瞄準松鼠”，這時子彈的初速度便是斜向上的，故此時子彈做斜上拋運動，而非平拋運動．他們看不出該問題和上一問題的不同是初速度不同，但解決問題的方法是一樣的——都是運動的合成與分解．

3結論

經對比分析，發(fā)現導致學生物理過程模型構建能力低的因素有如下幾個方面.

3.1表象干擾

學生在分析問題時，思維的焦點常常集中在問題的表面現象上，對于陌生的過程缺乏辨別，沒法運用所學的知識來解釋未知的現象，即不能排除表象干擾，跳不過干擾，抓不住本質，無法將題中的關鍵信息與熟悉的物理過程模型相比較，分析它們的異同并尋找出內在的聯系，建立起已有的物理過程模型與未知現象的關系．如在分析子彈運動時，學生總認為由于子彈的速度很大，故受到空氣阻力很大，不能忽略，有些甚至認為可以忽略重力但是不可以忽略空氣阻力，可是他們沒有深入思考，這里子彈的速度真的很大嗎．

3.2相關知識掌握不牢固有序化程度不高

即對知識的了解、理解或掌握不深刻、不系統(tǒng)，沒有內化成自己的，過了一段時間就模糊了．主要表現在以下兩個方面.

3.2.1對已學過的相關物理概念模糊

要熟練地構建物理過程模型，必須清晰地掌握與之相關的物理概念．物理概念是從物理現象中抽象出來的事物的共同特征和本質屬性，是進入理性認識的第一步，是物理定律和理論的基礎，是分析、判斷和解決物理問題的基礎．在談話中，學生在分析物理過程模型時，表現出似懂非懂，似是而非的情況，具體出現“是不是……、可能是……、難道是……”等需求教師肯定的語氣．追其原因就是相關物理概念模糊．概念模糊主要體現在：學生把生活中形成的某些“非物理意識”(前概念)當作概念，不清楚概念的本質屬性和概念間的關系等．

3.2.2相關知識零散，沒有形成結構，沒有系統(tǒng)化

系統(tǒng)論提出了系統(tǒng)整體效應，整體效應可能大于、等于或小于各部分的總和，即整體不等于它們的各部分直接相加．一個好的系統(tǒng)，其功能比各部分之和要強得多．對于知識來說，各個知識之間以一定的方式聯結而形成的系統(tǒng)叫做知識結構，物理知識結構是指物理學中的各部分以及各部分內部的物理概念、物理規(guī)律，以各種線索串聯起來或合理分析歸類而組織起來的一個有層次的結構，這種結構不僅有助于記憶，而且有助于知識的更新、提取和應用．如學生沒有把平拋運動與斜拋運動的知識系統(tǒng)化、結構化，導致他們在分析“槍水平瞄準松鼠時，知道子彈做平拋運動，能把平拋運動分解為豎直方向的自由落體運動和水平方向的勻速直線運動，得出子彈會與松鼠相遇，即能射中松鼠”；而改成“斜向上瞄準松鼠時，知道子彈做斜拋運動，但不能將斜拋運動分解為豎直方向的豎直上拋運動與水平方向的勻速直線運動，以至于分析不出子彈能否射中松鼠”．其實無論是平拋運動還是斜拋運動，它們都是拋體運動的物理過程模型，解決問題的核心思想都是將實際運動根據需要進行分解．

3.3受生活經驗干擾

學生在審題時，經常受生活經驗影響，不立足于題目意思，而是根據自己的生活經驗來想象，跳進生活，而跳不出來，故提取不出正確的物理過程模型．如在分析松鼠的運動時，構建能力弱的學生在想松鼠應該先用腳蹬一下樹枝，然后沿著樹干往上爬了．

3.4抓不住主要因素找不準物理過程的特點

任何一個物理過程，都是由若干個物理狀態(tài)和子過程構成的．研究對象經歷了哪些變化過程，這些變化過程中，哪些是主要因素，必須突出；哪些是次要因素，可以忽略；連接這些過程的物理狀態(tài)是什么，有什么特點，這是問題分析的核心，是構建物理過程模型的關鍵．在一些物理問題，尤其是復雜的物理過程中，研究對象所經歷的變化過程相當復雜，除了從總體上把握之外，還應當將全過程分割成一些簡單的子過程，弄清楚各個子過程的特點、各個子過程之間過渡狀態(tài)及其相互聯系．總之，分析物理過程務必緊緊地抓住2點：

(1)弄清一個復雜的物理過程可分為哪幾個簡單的物理過程；

(2)找出每個簡單的物理過程的特點及其之間過渡狀態(tài)與聯系．

3.5沒有掌握分析物理過程模型的方法

訪談的學生中，構建能力強的同學知道抓住主要因素，忽略次要因素這一科學方法，構建物理過程模型時會有意識地從情景中提取主要因素；而構建能力弱的同學根本不知道用什么方法，只是憑借平時教師教他們的一些分析經驗和生活經驗來進行分析．因為不懂方法，所以看到相似的題目也不會分析，甚至覺得教師好像沒有教學過，或者看到稍微改變了一點的“原題”，也看不出改變，認為就是原題，結果做錯了都不知道，整個人完全是糊涂的．

3.6審題習慣不好不關注題目的問題復雜過程分析不完整

如在“分析跳水運動員用于完成空中運動的時間是幾秒”的問題時，做錯的學生大部分主觀認為要求運動員自由下落的時間，而忽略了運動員上升的時間．當提醒他們題目要求解決的是哪一段時間時，他們馬上意思到自己忽略了一個上升過程．

以上是筆者針對學生建構物理過程模型能力低下的調查，并對結果做了分析，找出出現這些情況的一些因素.在物理教學中，我們應該加強這些方面的培養(yǎng)，引導學生走出建模能力低下的困境.

參 考 文 獻

1中華人民共和國教育部.2010年普通高校招生全國統(tǒng)一考試大綱(物理).北京：人民教育出版社,2010

2張憲魁.物理科學方法教育.青島：中國海洋大學出版社，2000

物理教育研究與課程論