(廣西壯族自治區(qū)南寧市第三中學(xué),廣西 南寧 530021)

在實(shí)際教學(xué)中常發(fā)現(xiàn)：教師上課講過的內(nèi)容學(xué)生仍會出錯，學(xué)生中存在驚人相似的思維定勢，這直接影響了學(xué)生對物理情景的正確判斷、問題解決的準(zhǔn)確性，無法很好地實(shí)現(xiàn)物理核心素養(yǎng)的提升。因此教師需對學(xué)生在物理概念學(xué)習(xí)中產(chǎn)生的思維定勢做深入的探討，認(rèn)真分析其成因，提出克服這些思維定勢的對策。

物理概念和規(guī)律的運(yùn)用是一個靈活分析、解決問題的過程,而學(xué)生在學(xué)習(xí)物理時常常根據(jù)習(xí)慣來認(rèn)識問題,先入為主。對有些物理現(xiàn)象只記結(jié)論，不善于分析；一些教師在講解習(xí)題時，也習(xí)慣用常見的、典型的思路來分析,使學(xué)生形成了物理學(xué)習(xí)中的思維定勢。

學(xué)生一旦形成某種思維定勢，易造成思維方式的僵化，不利于思維的發(fā)散,缺乏創(chuàng)造性，學(xué)生很容易把頭腦中已有的、習(xí)慣了的思維方式不恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用到新的物理學(xué)習(xí)中去，不善于變換思考問題的角度，不善于改變解決問題的方法，所以常常出現(xiàn)思維錯位、運(yùn)算困難，使問題難以得到解決。在建立概念和規(guī)律時,學(xué)生因未真正理解其內(nèi)涵和外延,便會造成“定勢錯覺”，且極易遷移到應(yīng)用中去。例如：在物體慣性問題的認(rèn)識上，學(xué)生總認(rèn)為運(yùn)動得快的物體慣性大，運(yùn)動得慢的物體慣性?。辉谶\(yùn)動和力的關(guān)系上，常常會認(rèn)為力是物體運(yùn)動的原因，物體受力才能運(yùn)動；對于摩擦力，則認(rèn)為摩擦力的方向總是與物體運(yùn)動的方向相反，摩擦力總是阻礙物體的運(yùn)動等等。

學(xué)生思維定勢的產(chǎn)生，一方面受日常生活中積累的知識和經(jīng)驗(yàn)、類似物理概念等的影響。而另一方面，教師對概念的內(nèi)涵和外延詮釋得不透徹，使學(xué)生只關(guān)注現(xiàn)象，不注重本質(zhì)，使學(xué)生形成思維定勢?？梢娬_選用教學(xué)方式，有利于引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會思考，避免思維定勢的形成，或是破除已經(jīng)形成的思維定勢，培養(yǎng)發(fā)散、創(chuàng)新思維。筆者以“先學(xué)后教”的教學(xué)方式，進(jìn)行了破除學(xué)生思維定勢的實(shí)驗(yàn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

比較不同教學(xué)方式對學(xué)生物理思維定勢的破除情況，進(jìn)一步考察這些教學(xué)方式在破除思維定勢中的成效。

2 實(shí)驗(yàn)方案

2.1 設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)采用等組后測實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，自變量是物理教學(xué)方式，因變量是學(xué)生思維定勢負(fù)效應(yīng)的減少。

2.2 被試選擇

選擇南寧三中2011級(4)班為實(shí)驗(yàn)班、2011級(10)班為對照班。參考入學(xué)成績以及高一歷次考試成績進(jìn)行高二平行分班，經(jīng)過一年學(xué)習(xí)后，根據(jù)平時測試和觀察，兩個班的數(shù)理成績水平相當(dāng)，并對高二實(shí)驗(yàn)前成績進(jìn)行了獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，表明結(jié)果差異不顯著(Sig<0.05)。

2.3 實(shí)驗(yàn)工具

教學(xué)內(nèi)容：動力學(xué)、能量、圓周運(yùn)動等力學(xué)知識。

前后測：在北京師范大學(xué)張萍教授編制的《力學(xué)專題》前概念測試題的基礎(chǔ)上，結(jié)合高考題編制測試題。

2.4 實(shí)驗(yàn)安排

實(shí)驗(yàn)班和對照班都由筆者執(zhí)教，在常規(guī)教學(xué)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，且學(xué)生不知道在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有效控制了一些無關(guān)變量的影響。

實(shí)驗(yàn)班的教學(xué)采用“先學(xué)后教”教學(xué)方式，即學(xué)案自學(xué)→任務(wù)驅(qū)動、討論→錯例剖析→反饋。對照班的教學(xué)采用傳統(tǒng)教學(xué)方式，即：例題分析→練習(xí)→反饋。

3 案例呈現(xiàn)

對于物體和彈簧連接問題，學(xué)生的問題解決能力較為薄弱，表現(xiàn)為在對臨界條件以及過程的對稱性分析上存在思維定勢，認(rèn)為原長是脫離的臨界條件。

3.1 前測

例1(2012年四川卷)：如圖1所示,勁度系數(shù)為k的輕彈簧的一端固定在墻上,另一端與置于水平面上質(zhì)量為m的物體接觸(未連接),彈簧水平且無形變。用水平力F緩慢推動物體,在彈性限度內(nèi)彈簧長度被壓縮了x0。此時物體靜止。撤去F后,物體開始向左運(yùn)動,運(yùn)動的最大距離為4x0。物體與水平面間的動摩擦因數(shù)為μ,重力加速度為g，則( )。

圖1

A. 撤去F后,物體先做勻加速運(yùn)動,再做勻減速運(yùn)動

答案為B、D。

前測情況如表1所示。

表1

3.2 對照班教學(xué)過程

圖2

變式訓(xùn)練：如圖2所示，在勁度系數(shù)為k的彈簧下端掛一質(zhì)量為m的物體，物體下有一托盤，用托盤托著物體使彈簧恰好處于原長。然后使托盤以加速度a豎直向下做勻加速直線運(yùn)動(a

3.3 實(shí)驗(yàn)班教學(xué)過程

教師提問：請說說你是怎么想的？

生1：我覺得應(yīng)該m在平衡位置時脫離托盤。

生2：我覺得不是看具體位置，應(yīng)該看支持力是否為零。先結(jié)合受力分析整個運(yùn)動過程：m脫離托盤前，受到彈簧拉力、支持力和重力，保持勻加速直線運(yùn)動，當(dāng)拉力增大時，支持力減小。脫離時彈力為零，那么脫離位置應(yīng)該是加速度為g的地方，相當(dāng)于撤去F后，下面托盤以重力加速度g運(yùn)動。

生3：題目說了是勻加速運(yùn)動，加速度怎么會突變?yōu)間？我們可以繼續(xù)分析一下，在物體與托盤脫離前，物體受重力、彈簧的拉力和托盤的支持力的作用，隨著托盤向下運(yùn)動，彈簧的拉力增大，托盤的支持力減小，但仍維持合外力不變，加速度不變，物體隨托盤一起向下做勻加速運(yùn)動。當(dāng)托盤的支持力減小為零以后，彈簧拉力的增大將使物體的加速度開始小于a，也就是此后物體追不上托盤了，由力和運(yùn)動分析可知：物體與托盤脫離的條件是支持力FN=0。

師:所以分離的臨界條件必然在彈簧處于原長或者平衡位置嗎？

生:不是。應(yīng)該要結(jié)合受力情況進(jìn)行分析。

師:從力和運(yùn)動的角度看,分離的臨界條件應(yīng)該是什么？

生:兩物體間的彈力為零且加速度相等的時候。因?yàn)楹髞砑铀俣炔煌?物體無法跟上托盤,只能分離。

3.4 后測

圖3

例2：如圖3所示，木板固定在勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧上，彈簧與地面連在一起?，F(xiàn)把質(zhì)量為m的木塊A放在木板上，并用力將木塊A向下壓，然后突然放手,木塊A隨即被彈射出去，則在木塊A脫離木板之前，木塊A的運(yùn)動情況為( )。

A. 先作加速度減小的加速運(yùn)動，后作加速度增大的減速運(yùn)動

B. 先作加速度減小的加速運(yùn)動，后作加速度減小的減速運(yùn)動

C. 木塊與木板脫離可能是在彈簧恢復(fù)原長時

D. 木塊與木板脫離可能是在彈簧恢復(fù)原長之前或之后

解析：用手將重物向下壓縮彈簧到一定程度后，突然將手撤去，在開始階段，彈簧的彈力大于重物的重力,其合力方向豎直向上，重物向上做加速運(yùn)動，彈簧彈力逐漸減小，所以加速度隨之減小；當(dāng)彈簧的彈力小于重物的重力時，合力豎直向下，而速度豎直向上，重物做減速運(yùn)動，但加速度越來越大。所以重物先作加速度減小的加速運(yùn)動，后作加速度增大的減速運(yùn)動，故A選項(xiàng)正確，B選項(xiàng)錯誤；當(dāng)彈簧的彈力為零時，木塊只受重力做豎直上拋運(yùn)動，木板此后受到彈簧彈力方向向下，加速度大于g，所以當(dāng)彈簧恢復(fù)原長時，木板與木塊脫離，故C選項(xiàng)正確，D選項(xiàng)錯誤。

3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(1) 統(tǒng)計(jì)分析

后測情況如表2所示，對后測成績進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果如表3、表4所示。

表2

表3 分組統(tǒng)計(jì)量

表4 獨(dú)立樣本檢驗(yàn)

在分差的95%置信區(qū)間，即a=0.05。從方差方程的Levene檢驗(yàn)都發(fā)現(xiàn)Sig值大于2a=0.1，選取假設(shè)方差相等，對應(yīng)均值方程的t檢驗(yàn)Sig值都小于0.05，可見，后測中對照組和實(shí)驗(yàn)組存在顯著性差異，對照組成績不如實(shí)驗(yàn)組。

筆者對男女生的后測成績也進(jìn)行了獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果如表5、表6所示。

表5 男女生統(tǒng)計(jì)量

表6 獨(dú)立樣本檢驗(yàn)

在分差的95%置信區(qū)間，即a=0.05。從方差方程的Levene檢驗(yàn)都發(fā)現(xiàn)Sig值大于2a=0.1，選取假設(shè)方差相等，對應(yīng)均值方程的t檢驗(yàn)Sig值也都小于0.05，可見男生、女生存在顯著性差異，男生成績明顯好于女生。

(2) 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

① “先學(xué)后教”教學(xué)方式能提高學(xué)生破除思維定勢的能力；

② 教學(xué)方式對男生的影響明顯大于女生。

4 結(jié)語

“先學(xué)后教”的教學(xué)方式讓學(xué)生在討論中暴露錯誤前概念，不斷實(shí)現(xiàn)知識的生成，通過充分透徹的討論思考及自主建構(gòu)，能有效進(jìn)行發(fā)散性思維訓(xùn)練，清除思維定勢負(fù)效應(yīng)，使得學(xué)生具有清晰、系統(tǒng)的物理觀念，能正確描述和解釋自然現(xiàn)象，靈活應(yīng)用所學(xué)的物理知識解決實(shí)際問題。能根據(jù)解決問題的需要建構(gòu)恰當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ?，在新的情境中對綜合性物理問題進(jìn)行分析和推理，獲得正確結(jié)論并加以解釋。

以這個實(shí)驗(yàn)研究為基礎(chǔ)，教師們可以將任務(wù)驅(qū)動法、前饋控制法、錯例剖析法、認(rèn)知沖突法等結(jié)合起來，有效激發(fā)思維沖突，突破思維定勢，提升核心素養(yǎng)。

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