湯家合

（南京師范大學附屬揚子中學，江蘇南京 210048）

高中物理學習中思維障礙的分析與矯正

湯家合

（南京師范大學附屬揚子中學，江蘇南京 210048）

本文分析了高中物理學習中存在的“首因效應(yīng)”、“近因效應(yīng)”、“定勢效應(yīng)”、“潛在假設(shè)”、“沉錨效應(yīng)”、“暈輪效應(yīng)”、“雷池效應(yīng)”和“投射效應(yīng)”等8種常見的思維障礙，給出了“扎實知識教學，掃清認識盲點”和“培養(yǎng)思維品質(zhì)，突破思維障礙”等兩大思維障礙的矯正策略.

高中物理；思維障礙；矯正策略；知識教學；思維品質(zhì)

1 問題的提出

物理是以實驗和觀察為基礎(chǔ)、概念和規(guī)律為依據(jù)、數(shù)學和推理為工具的具有嚴密邏輯體系的學科.物理也因其實驗的趣味性和神秘性、概念和規(guī)律的簡潔性、數(shù)學和推理的嚴密性而深受學生的喜愛.但學生在學習過程中常常有“一聽就懂、一做就錯、一點就通”的感覺，讓人覺得很難把握.學生覺得物理難學，其原因是多方面的，既有學科特點和學習內(nèi)容上的原因，也有教學方法和學習方法上的原因.但從心理的角度看，可以認為是由于在思維過程中某個環(huán)節(jié)上出了故障，即存在思維上的障礙.教師若能對這些思維障礙的產(chǎn)生從心理傾向和思維規(guī)律入手進行具體分析，摸清思維障礙的具體表現(xiàn)及原因，對于突破教學難點、提高教學質(zhì)量將十分有益.

2 思維障礙的類型分析

2.1 首因效應(yīng)

1857年，美國心理學家盧欽斯做了這樣一個實驗.他編撰了兩段描寫一個叫吉姆的小男孩的文字，第一段文字將吉姆描寫成熱情、外向的人；另一段把他描寫成冷淡、內(nèi)向的人.在實驗中，盧欽斯把兩段文字以不同的方式加以組合：第一組，先出現(xiàn)第一段文字，后出現(xiàn)第二段文字；第二組，先出現(xiàn)第二段文字，后出現(xiàn)第一段文字.盧欽斯讓兩組人分別閱讀一組材料，然后回答：“吉姆是一個什么樣的人？”結(jié)果發(fā)現(xiàn)，第一組有78%的人認為吉姆是友好的，第二組只有18%的人認為吉姆是友好的.兩組材料，內(nèi)容相同，只因順序不同，人們對吉姆的印象差別竟然如此之大！也就是說，信息呈現(xiàn)的順序影響了對人的整體看法，先呈現(xiàn)的信息比后呈現(xiàn)的信息有更大的影響作用.這種現(xiàn)象叫做首因效應(yīng)，也叫第一印象.

例1.如圖1所示，勻質(zhì)的圓柱體半徑為R，質(zhì)量為m，緊挨著高為h（h＜R）的臺階放置，假設(shè)柱體與臺階接觸處O點不會打滑.至少在柱體的頂端A處施加多大的力F，才能使柱體以O(shè)為軸滾上臺階？

分析：一些學生把此題的解法同常見的以下習題等效處理：“如圖1所示，一個重為G的勻質(zhì)圓柱體，半徑為R，臺階高為h（h＜R），若在臺階最高處施以水平力F，使它沿O剛好滾上臺階，求F.”學生解過此題后，留下較深刻的第一印象，于是不加思索，把新題中最小力錯認為最小水平力，這正是首因效應(yīng)作祟造成的.教學中，要注意喚醒學生對同類不同法、貌似而質(zhì)異的題目，分清其本質(zhì)，抓住其異同，擺脫“第一印象”的左右.

2.2 近因效應(yīng)

上述盧欽斯的首因效應(yīng)實驗并沒有就此終止，他改變了實驗條件.首先，告訴參加實驗的人不要受第一印象的誤導，要全面地進行評價，然后，將描述吉姆不同特征的兩段文字隔開呈現(xiàn).這些人念完第一段文字后就做一些無關(guān)的工作，如做數(shù)學題、聽故事等，然后再將另一段呈現(xiàn)給他們.在這種條件下，大部分人都會根據(jù)后面一段的描述對吉姆進行判斷.也就是說，籠統(tǒng)印象形成的過程中，就近獲得的信息比原來獲得的信息影響更大，這個現(xiàn)象就叫近因效應(yīng).

圖1

例2.如圖2所示，已知E＝12V，r＝3Ω，R0＝2Ω，試問：（1）當R為多大時，R上消耗的功率最大？（2）當R為多大時，R0上消耗的功率最大？

分析：這是在學生學了“電源的輸出功率”一節(jié)后筆者給出的練習題.第（1）問，利用“外電阻等于內(nèi)電阻時電源輸出功率最大”這個結(jié)論，只要把定值電阻R0移到電源的內(nèi)部，看成是內(nèi)阻的一部分，此時R變成了外電阻，當R＝r＋R0＝5Ω時，R消耗的功率最大.受第（1）問的影響，在解第（2）問時，學生把R移到電源內(nèi)部，R0變成了外電阻，學生依然利用電源輸出功率最大的條件，當R0＝r＋R，即R＝R0－r＝－1Ω時，R0消耗的功率最大，這時出現(xiàn)了電阻取負值的情況，學生百思不得其解.究其原因，第（2）問中把可變電阻R移到電源內(nèi)部是不合適的，因為“外電阻等于內(nèi)電阻時電源輸出功率最大”的適用條件是電源的內(nèi)阻應(yīng)為定值電阻.第（2）問在初中都是一個非常簡單的題，但在此卻有很多學生不會，甚至求解錯誤.根本原因在于受第（1）問解法的影響.可見，最近的學習內(nèi)容對新內(nèi)容有著很大的影響，教師要善于引導學生把握物理問題的本質(zhì)，牢固理解物理規(guī)律適用的條件，以減小近因效應(yīng)的消極影響.

2.3 定勢效應(yīng)

“小明的爸爸有3個兒子，老大叫大樂，老二叫二樂，那么老三叫什么？”你的答案是什么呢？三樂、小樂還是小明？毋庸置疑，正確的答案應(yīng)當是小明，因為問題里面明明寫著“小明”的爸爸有3個兒子，是思維定勢導致了錯誤的回答.在物理學習中，學生由于經(jīng)常接觸同一類問題或同一直觀模式，因而往往形成一種習慣性思維方向，這種思維定勢對于解決問題活動有著積極地促進作用，但也有著將學生的思維束縛在一個狹小范圍內(nèi)，造成思維障礙的消極作用.當我們在學生非常熟悉的一類問題上改變個別條件，使物理情境發(fā)生了重要變化時，學生往往不會去認真分析題設(shè)條件變化帶來的差異，而是一看到“似曾相識”的題目，就馬上按照習慣的思路、方法求解.

圖2

圖3

例3.如圖3所示，閉合金屬線框兩長邊與一閉合銅環(huán)相切，銅環(huán)和兩邊始終保持良好接觸，不絕緣；整個裝置處于勻強磁場中，磁場方向垂直銅環(huán)和線框所決定的平面.當銅環(huán)沿線框按圖示方向勻速運動時，試討論銅環(huán)中的感應(yīng)電流方向.

分析：由于題目要求設(shè)置巧妙，抓住學生易思維定式這一弱點，使學生的注意力集中在圓環(huán)上，于是學生便順理成章：因銅環(huán)內(nèi)磁通量沒有變化從而得出圓環(huán)內(nèi)無電流.其實，電路中除了圓環(huán)這一回路外，還有另外兩個回路，而且這兩個回路的磁通量都不斷在變化，因此銅環(huán)中應(yīng)該有電流.從切割磁感線的角度看，兩個半圓就相當于兩個電源并聯(lián)對外供電，進而得出銅環(huán)內(nèi)有電流存在；由右手定則易知道兩個半圓產(chǎn)生的電流方向均向上.當然，造成學生思維障礙的誘因還很多，例如，聯(lián)想的干擾，數(shù)學與物理的匹配等，而解決學生的思維障礙，關(guān)鍵是抓住其“病癥”，“對癥下藥”，逐步引導學生排除障礙誘因，形成正確的思維通道.2.4 潛在假設(shè)

所謂“潛在假設(shè)”，是指隱藏在學生心中的一些命題，這些命題不是明確地記載在課本中的定理，但在學生的潛意識里卻自動相信它的正確性，這種相信，不是來源于邏輯的論證，而是來源于不嚴格的直觀，部分的實例或尚未找到的反例等.學生通常會認為這些命題就是“最簡單”或“最自然”或“最有可能”的模型.當然，有的“潛在假設(shè)”是積極的，可以運用到教材編寫或解題思路的探求之中；而有的“潛在假設(shè)”是消極的，表現(xiàn)為心理能力不足或缺乏正確的心理態(tài)勢，它影響著思維的正確性，鑄成解題中的錯誤.

例4.如圖4所示，空間存在豎直向下的勻強電場和垂直紙面向里的勻強磁場；一離子在電場力和洛倫茲力的作用下，從靜止開始自A點沿曲線ACB運動，到達B點時速度為0，C點是運動的最低點，忽略重力.試分析離子到達B點以后的運動.

分析：筆者在一次測驗中把此問題以選擇題形式進行考察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有近23%的學生認為離子到達B點后會沿原路返回.問起原因，是受圖示的影響，引起了錯誤的“潛在假設(shè)”：離子在做振動，根據(jù)振動的往復(fù)性，離子到達B點后，將沿原曲線返回A點.實際上離子從B點起，會繼續(xù)像A→C→B的運動一樣，向右周期性地做輪擺線運動.消極的“潛在假設(shè)”在學生中廣泛存在，例如，學生看到做“直線運動”便潛在假設(shè)為“勻速直線運動”，看到“物體的速度為0”便潛在假設(shè)為“物體靜止”.“潛在假設(shè)”產(chǎn)生的錯誤，不能單純地用“粗心”加以評判，我們要認真對待，分析它的成因，不斷改進教學，讓學生真正理解知識、掌握知識、運用知識，才是解決學生錯誤“潛在假設(shè)”的根本方法.

圖4

2.5 沉錨效應(yīng)

“沉錨效應(yīng)”是指人們作決策時，思維往往會被得到的第一信息所左右，第一信息就像沉入海底的錨一樣，把你的思維鎖定起來.“沉錨效應(yīng)”實際上也是一種思維定式，即遇事不由自主地將認識固定在第一信息上.作為一種心理現(xiàn)象，“沉錨效應(yīng)”通常表現(xiàn)為以第一印象和先入為主替代科學觀念，例如“必須有力作用在物體上，物體才會運動，沒有力的作用物體就要停下”、“重物較輕物下落的快”、“摩擦總是阻礙物體的運動”、“冰一定是涼的”（20600個大氣壓下，冰的溫度為76℃）等.

例5.如圖5（a）所示，一質(zhì)量為m，帶電荷量為＋q的帶電小球從磁感應(yīng)強度為B的范圍足夠大的勻強磁場中的A點由靜止開始下落.試求：帶電小球在下落過程中的最大速度v.

圖5

分析：“下落的雨滴，當重力和阻力相平衡時，雨滴速度最大”，這是學生早期獲得的認識，已深深扎根在學生的頭腦中，成為拋入學生先前經(jīng)驗中的一個穩(wěn)定的“錨”.受此影響，學生認為當重力和洛倫茲力平衡時小球會有最大速度，即mg＝.此解其實是錯誤的，由例4可知，小球應(yīng)做曲線運動.如圖5（b），在最低點時速度最大，而此時受力并不平衡.設(shè)最低點的曲率半徑為R，在最低點由牛頓第二定律有化為一個關(guān)于v的一元二次方程為mv2－BqRv＋mgR＝0.考慮到題設(shè)條件下的v值的唯一性，必須有Δ＝（BqR）2－4m2gR＝0.所以得到.當然，“沉錨效應(yīng)”也有可用的一面，例如，上課的時候，如果學生遇到了解決不了的難題，就需要教師給個“錨”，也就是與這道難題相關(guān)或相似的，但又稍微容易一些的題，這樣學生就容易找到正確的解題思路.

2.6 暈輪效應(yīng)

心理學家戴昂等人在1972年進行了這么一項研究，在該研究中，研究者分別讓被試看一些很有吸引力的人、沒有吸引力的人和一般人的照片，然后要求被試評定這些人的特點，要評定的這些特點與有無吸引力并沒有關(guān)系.結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)，有吸引力的人得到了很高的評價，而沒有吸引力的人則得到了較低的評價.這種對一個人的某種特征形成好或壞的印象后，就傾向于據(jù)此推論此人其他方面的特征的現(xiàn)象，就是暈輪效應(yīng).這就像月亮形成的光環(huán)一樣，向周圍彌漫、擴散，從而掩蓋了其他品質(zhì)或特點，所以也被稱之為光環(huán)效應(yīng).暈輪效應(yīng)是一種以偏概全的評價傾向.

例6.如圖6所示，兩個互相垂直的力F1與F2作用在同一物體上，使物體發(fā)生一段位移，F(xiàn)1對物體做功4J，F(xiàn)2對物體做功3J，則力F1與F2的合力對物體做功為

（A）7J. （B）1J. （C）5J. （D）3.5J.

分析：筆者在進行“功”的概念的新授課教學時，每屆都給學生做這道題，但無論哪一屆都會有很多學生選（C）.問其理由，是用平行四邊形定則合成后得到的.產(chǎn)生這個錯誤的原因在于學生不能準確地理解平行四邊形定則的適用條件而產(chǎn)生了“暈輪效應(yīng)”，再加上受動量、沖量等可以分解的影響，錯誤地認為“功”也可以合成與分解.物理教學中要加強概念和規(guī)律的教學，明確其適用條件和范圍、加強對模糊概念的澄清、易混淆概念的比較，便于有效地避免暈輪效應(yīng).

2.7 雷池效應(yīng)

“雷池效應(yīng)”是指學生在學習中多次受挫之后產(chǎn)生的無能為力感，在心理學中稱為“習得無助感”.習得無助感的學生由于自卑或信心不足，當他們遇到新題時，缺乏相應(yīng)的變通能力，于是在頭腦中筑起了一道“電網(wǎng)”，不敢越雷池一步，從而嚴重地限制了思維的發(fā)展和擴散，導致“望題生畏”、一籌莫展.

例7.用長為L的鐵絲繞成一個高為h的等螺距螺旋線圈，將它豎直固定在水平地面上，穿在鐵絲上的小球可沿此螺旋線從靜止無摩擦地自由下滑.求小球從最高點滑至桌面所用的時間.

圖6

分析：構(gòu)建模型對于某些簡單的習題并不困難，但更多的問題中，給出的現(xiàn)象、狀態(tài)、過程及條件并不顯而易見，隱藏較深，必須通過仔細比較、分析、判斷等思維后才能重建模型.彈簧模型學生比較熟悉，但本題的模型產(chǎn)生了明顯的雷池效應(yīng)，使學生覺得思維茫然、無所適從.該題可以借助于數(shù)學中的“無限分割法”，將線圈分割成若干相等長度的小段，每小段曲線都可以看成直線，整個線圈可以等效成若干相同斜面的組合，從而將此模型轉(zhuǎn)化成學生非常熟悉的數(shù)學模型，有L＝，由以上兩式得t＝

2.8 投射效應(yīng)

“投射效應(yīng)”是指將自己的特點歸因到其他人身上的傾向，是指以己度人，認為自己具有某種特性，他人也一定會有與自己相同的特性，把自己的感情、意志、特性投射到他人身上并強加于人的一種認知障礙.表現(xiàn)在物理學習中，學生通常會人為地歪曲題意，把新問題歸入到不應(yīng)包含它的某類題型中，以致套用此類題型的一般解法；或把題設(shè)中沒有的條件或沒有通過證明而得到的結(jié)論，在解題時不知不覺地予以肯定或加以利用，這勢必導致解題錯誤.

例8.點電荷q1處于一空腔導體內(nèi)部，在空腔外面有另一點電荷q2，q1、q2之間相距為r，求q1、q2之間的相互作用力.

分析：不少學生認為，因為q1處于空腔導體內(nèi)部，根據(jù)靜電屏蔽原理，空腔內(nèi)各點場強為0，學生由此“以己度人”地認為q1受到q2的作用力為0.這一解答的錯誤在于混淆了一個電荷的作用和幾個電荷的共同作用，實際上靜電屏蔽表明的是，空腔導體內(nèi)的電荷所受的合電場力為0.而本題問的是q1和q2之間的相互作用力，它并不為0，應(yīng)該滿足庫侖定律f＝kq1q2／r2.

3 思維障礙的矯正策略

3.1 扎實知識教學，掃清認識盲點

學習心理學認為，學生學習的過程是構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)和發(fā)展思維能力的過程.準確到位的知識理解和系統(tǒng)的知識網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)，可以使學生抓準概念、全面理解和應(yīng)用規(guī)律，避免思維障礙.

3.1.1 加強概念教學

“概念是思維的細胞”，是人類理性認識的第一步，如果說物理定律和理論是基礎(chǔ)，物理概念則是基礎(chǔ)的基礎(chǔ).物理概念的形成是從具體實例出發(fā)，經(jīng)過分析、比較、抽象、綜合、概括等思維過程實現(xiàn)的.教者不僅要“授人以魚”，更要“教人以漁”，讓學生知道概念的來龍去脈，理解概念的內(nèi)涵和外延，從而避免思維障礙.例如，筆者曾經(jīng)問學生這樣一個問題：“一塊煤球在五樓和一樓燃燒時放出的熱量是否一樣？”學生認為不一樣，理由是把煤球從一樓搬到五樓要做功，根據(jù)功能原理，做功就要轉(zhuǎn)化為能量的增加，而煤球燃燒時放出的是內(nèi)能，五樓放出的熱量一定比一樓多.這里，就是因為學生沒有理解機械能、內(nèi)能等概念與做功之間的關(guān)系而造成的思維障礙.

3.1.2 重視實驗教學

生活經(jīng)驗有兩種，一種是客觀實際在學生頭腦的正確反映，這是真正有用的經(jīng)驗，可以借助它們講清一些概念和規(guī)律.另一種經(jīng)驗實際是一種錯覺，與物理規(guī)律不相符.例如，筆者曾經(jīng)問學生，行進中的自行車剎車后使車停下來的力是什么力，相當一部分學生說是剎車皮與瓦圈間的摩擦力.出現(xiàn)這種情況的原因不能不說是心理因素的作用，特別是當本質(zhì)與現(xiàn)象不一致時更相信直覺的想象.要排除和克服這種思維障礙一定要重視實驗的驗證，例如，讓學生把自行車剎車后進入有冰的路面，學生會發(fā)現(xiàn)自行車依然前行，則答案不言自明.

3.1.3 采用比較教學

著名教育家烏申斯基認為：“比較是一切理解和思維的基礎(chǔ)，我們正是通過比較來了解世界上的一切.”物理教學中，可以通過區(qū)別知識點間的異同，把容易混淆的知識點進行比較分析，讓學生把握知識點間的聯(lián)系與區(qū)別，從而有效地防止知識的負遷移.例如，通過比較速度和加速度的區(qū)別，使學生避免“加速度就是增加的速度”的錯誤理解；通過比較沖量和“功”的概念，使學生避免“‘功’也可以用平行四邊形定則進行合成”的錯誤認識.

3.2 培養(yǎng)思維品質(zhì)，突破思維障礙

思維品質(zhì)是思維能力的具體表現(xiàn)形式，是衡量一個人智力水平高低的重要指標和發(fā)展思維能力的突破口，它包括思維的深刻性、靈活性、批判性、廣闊性、全面性和獨創(chuàng)性等特點.其中，深刻性、靈活性和批判性是突破思維障礙的關(guān)鍵.

3.2.1 思維的深刻性

思維的深刻性也叫抽象邏輯性，是指思維的抽象程度、邏輯水平以及思維活動的深度.它集中表現(xiàn)為能抓住事物的本質(zhì)和規(guī)律，能深刻地理解物理原理和深入地思考問題，是思維品質(zhì)的基礎(chǔ).教學中要經(jīng)常引導學生對疑難問題深挖細究，追本溯源，學生對知識的理解、掌握、應(yīng)用一定會深刻、牢固、靈活得多.例如，對于潛隱型物理問題，針對學生不善于挖掘隱含條件而導致思維障礙的弱點，要有目的地創(chuàng)設(shè)問題情境，引導學生深刻理解題意，掃清題設(shè)障礙，力求思維達到嚴密深邃，從而順利解決問題.

3.2.2 思維的靈活性

思維的靈活性是指思維活動的靈活程度.它集中表現(xiàn)為善于改變觀察和理解問題的角度，揭示問題的本質(zhì)聯(lián)系，機智地解決問題.學生在物理學習中思維的靈活性差集中體現(xiàn)在：容易受消極思維定勢的影響；不能根據(jù)問題靈活地選取研究對象；不能多方位、多角度地選擇解決問題的方法等.合理轉(zhuǎn)化或變更問題是衡量思維靈活性的重要標志，物理教學中，教師要有針對性地創(chuàng)設(shè)常規(guī)方法難以或不能解決的物理情境，促使學生的思維經(jīng)常處于那種“追求從另一角度思考問題”的動態(tài)中，積極轉(zhuǎn)換思維，最終解決問題.對于同一問題、同一事物要從不同角度、用不同方法進行全方位的思考和揭示，有利于學生克服孤立地思考問題的習慣和消極心理障礙的影響.

3.2.3 思維的批判性

思維的批判性是指思維活動中能嚴格估計思維材料和檢驗思維過程，善于獨立思考，不受暗示干擾；善于發(fā)現(xiàn)問題，提出質(zhì)疑，進行爭論，不斷分析解決問題所依據(jù)的條件，反復(fù)檢查已擬訂的假設(shè)、計劃和方案；善于客觀地考慮正反兩方面的論據(jù)；善于明辨是非曲直，不人云亦云.行為心理學告訴我們，人在與失誤做斗爭并取得勝利的過程中，思維的批判性品質(zhì)能得到極大的提高.教學中，要積極鼓勵學生質(zhì)疑究難，對同學、教師甚至課本上的觀點大膽質(zhì)疑，要破除“迷信”，敢于“挑刺”，對于不唯師唯書、人云亦云的學生，教師要充分肯定；即使學生的意見有失偏頗，也要先肯定其質(zhì)疑的勇氣，再做適當解釋，不要挫傷其積極性.

4 結(jié)束語

學生的思維障礙具有廣泛性和頑固性等特點，學生對同一個問題的錯誤認識也往往不只是一種思維障礙在起作用.物理教學中，面對學生的錯誤，教師不要簡單對待，而是通過和學生交談，讓學生發(fā)表看法，了解其思維過程和障礙所在；再通過啟發(fā)設(shè)問、實驗驗證、對比分析、想象假設(shè)、類比理解、變式訓練、利用先行組織者、設(shè)計學習進階等措施，幫助學生疏通認知障礙，形成科學觀念.

1 劉儒德等.教育中的心理效應(yīng)［M］.上海：華東師范大學出版社，2006.

2 湯家合.創(chuàng)設(shè)“悖論”教學情境，培養(yǎng)優(yōu)秀思維品質(zhì)［J］.物理通報，2008（04）：16－19.

3 夏幫青.生物學習思維障礙的探源及對策［J］.中學生物教學，2010（05）：12－14.

4 湯家合.物理解題中常見的思維障礙與對策［J］.教學月刊（中學版），2010（10）：26－29.

5 徐永成.學生認知過程中的障礙及排除［J］.物理教師，1994（9）：32－33.

2017－02－12）

江蘇省教育科學“十二五”規(guī)劃重點課題“用PCK理論優(yōu)化高中物理難點內(nèi)容教學的研究”（批準號B－b／2015／02／070）的研究成果之一.