二、中学物理教与学的心理研究中学生学习物理思维障碍心理分析

中学生学习物理常常感到困难，其原因也是多方面的，既有学科特点和学科内容上的原因，也有教学方法和学习方法上的原因。从心理分析角度来看，可以认为是由于在思维过程中某个环节上出了障碍。因此，从心理倾向和思维规律入手进行具体分析，摸清思维障碍的具体表现及原因，对于提高物理教学质量是十分重要的。根据对中学物理教学的多年观察和进行一些心理检测，我觉得主要有以下几方面的障碍表现。

先入为主，错误的生活经验在起作用。学生是从初二开始学习中学物理的，但在他们学习物理之前，已经接触到了大量的物理现象，形成了一些初步的观念，而其中不少并不反映事物的本质，但却形成了一种强烈的心理倾向，这种心理倾向妨碍了正确物理概念的建立。我曾在一所中学的高一学生中做过检测，他们已经学过了物体的惯性，知道了惯性是物体自身具有的保持其运动状态的属性，但向他们提出人站在行进的火车上跳起能否落到原处时，其中 50％的学生回答“基本落在原处”，30％的学生回答“能再落到原处”，20％的学生回答“不能落到原处”。当追问为什么基本落到原处时，他们说火车尽管速度很大，但人向上跳不会跳得很高，上升与下落所用的时间很短，因此可以说是基本落到了原地。从回答中可以看出，学生在运用物理概念解释具体问题时，总是要受到经验所形成的心理倾向的影响：从平时人站在奔驰的卡车上，高高向上抛起物体，一般不能落到手中，他们以此为依据，不做具体分析，做出了那样的判断。不仅中学生这样，就是经过三四年专门物理学习的大学生，往往也会受到这种心理因素的影响。去年，我曾经问过我系即将实习的学生，行进中的自行车刹车后使车停止下来的力是什么力，相当一些学生说是闸与瓦圈的摩擦力。出现这种问题的原因不能不是心理因素的作用，特别是当本质与现象不一致时更相信直觉的想象。要想排除和克服这种思维障碍一是要重视实验验证，如在行进火车上起跳的问题，我就让学生在坐火车时做实验，长时间地在原地起跳，看人的位置变化没有；二是教学中要十分重视概念规律要点的掌握和推理方法的训练。
隐蔽因素的忽视和干扰。一个物理问题的解决，往往是多因素相互作用的结果，其中有些因素在起着明显的作用，而有些因素在起着隐蔽的指导或干扰作用。当隐蔽的指导因素被忽视或隐蔽的干扰因素在起作用时都会形成思维障碍。我们的学生在做物理习题时，长期以来习惯于在题目给出的条件正好等于解题时需要的条件，如果当题目给出的条件多于解题需要的条件时，应该说解题条件更充分了，但绝大多数学生却反而不会做了，究其原因就是由于多余因素干扰作用的结果。我们还曾向初二的学生做过这样的检测：“一付绳梯悬挂在轮船舷侧，有 10 米长露在海面上，海水上涨时，海水以每小时 0．6 米的速度上升，问多少时间后绳梯只有7 米露在海面上。”被检测的十个学生中六人回答“5 个小时”（学生刚学过物体的悬浮以及悬沉条件）。轮船是一个浮体，当其载重不变时，浮在水面的高度始终应是不变的，“水涨船高”

的基本事实和道理学生是清楚的。那为什么会回答 5 小时后悬梯会变

成 7 米了呢？说明学生在学物理的过程中有一种一见数字就要运算的心理现象，因而数字就干扰了正常的思维，成为正确思维的障碍。又如“抽屉里有两种阻值不同但形状相同的电阻各 7 支，问至多要拿几支才能保证

取到一对阻值相同的电阻”，调查结果有 67％的人说要拿 3 支，只有 33

％的回答正确。为什么会出现这种情况呢？主要是由于题中给出了两种不同的电阻各 7 支，数量 7 起了干扰作用。后来，改变了一下问题的提法，

不提各 7 支，即“抽屉里有两种阻值不同但形状相同的电阻，问至多要拿几支才能保证取到一对阻值相同的电阻”，测试的结果只有 16％的人回答为 8 支，而 84％的人都正确地回答为 3 支。

由于改变问题的方式，造成思维的混乱。教学实践表明：当改变提问题角度的时候，其问题所涉及到的概念与规律并不超出原有的知识范围，但往往就会带来心理障碍。我曾做过这样调查，“一个蓄电池放出 6

库仑电量，又充入 7 库仑电量，然后其再放出 8 库仑电量，之后又充入 9 库仑电量，问电池一共增加多少库仑电量。”测试结果 75％的学生回答“增加了 1 库仑电量。”其思维过程是：电池先放 6 库仑，又充入 7 库仑，

增加了 1 库仑，然后又放出 8 库仑，8 库仑比 7 库仑又多放了 1 库仑，前

后之和正好相抵，再充入 9 库仑，比放出的 8 库仑多 1 库仑，所以总和为

蓄电池增加了 1 库仑。如果把问题改为：“第一个蓄电池放出 6 库仑电量，

又充入 7 库仑电量，第二个蓄电池放出 8 库仑电量之后又充入 9 库仑电量，问两个电池一共增加了多少库仑电量”。测试结果 100％回答为增加了 2 库仑。其实前后两次问题的实质丝毫没变，只是改变个提法，就会使问题复杂化，妨碍了问题的解决，这就需要我们在平时的物理教学中，不论是概念还是规律的教学，都注意不要只从一个方面去反复强化，而要注意培养从不同角度思考问题的心理习惯。

习惯思维的定势影响。在需要创造思维的时候，思维定势的消极影响往往会成为一种心理障碍，如曾有一个中学生向我提出过这样的问题，“一块蜂窝煤在五楼和一楼燃烧时放出的热量是否一样？”他认为不一样，在五楼燃烧时放出的热量应比一楼多，他的理由是蜂窝煤从一楼搬到五楼要做功，根据功能原理，做功就要转化为能量的增加，而蜂窝煤燃烧时放出的是内能，五楼时放出的热量比一楼时多。这里就反映出两种情况下思维定势带来的消积影响。一是学生一想到功能原理就想到做功能量就要增加，至于是什么形式的能量就不考虑了。二是一提蜂窝煤的能量就想到要燃烧，因此蜂窝煤的能量就是内能，造成了上述的错误。又如有人曾经向师范院校的物理系和政教系的学生做如下心理检查，问“一个桶里的水每过 1 分钟增加 1 倍，经过 10 分钟桶里的水刚好满，问桶里的水经过多少时间到达半桶。”发现做法有三种，第一种是设 a 为开始时桶中的水，t 为时间，则水按 2^ta 的规律增加，满的时候为 2¹⁰a，半桶时为

210 a

，则半桶时应满足2^t a =

210 a

，t＝9分钟

第二种是设若过 1 分钟桶中水为 1 升，按 1—10 分钟的时间顺序桶中水应分别为 1，2，4，8，16，32，64，128，256，512，半桶为 256 升，对应的时间为 9 分钟。第三种前 1 分钟是后 1 分钟的一半，10 分钟桶满，

半桶自然是 9 分钟。三种解法中，物理系的学生多数是按第一种解法，政教系的学生一个没有。这说明物理系的学生已经养成了一种事事都用数学

方法解题的习惯。这个问题本来用第三个方法一下就可以做出判断，却偏毫无必要地做了一番繁琐的教学推导；政教系的学生却没有一个学生按第一种方法做，一方面说明他们可能缺乏某些数学知识，同时也说明他们没有用数学处理问题的思维定势。还如我曾经在初二学生中做过这样一次心理检测，发现刺激模式与思维效率有很大关系。若给出左图后问学生，正方形面积应为多大，回答的时间平均为 3 分钟；若给右图再问学生，正方形面积应为多大，回答的平均时间为 0．85 分钟。这样大的差别原因是什么呢？关键在于学生头脑中已经形成一种定势：即知道半径就想求圆面积，因此按左图提问则先算圆的面积再算正方形面积就很困难，而按右图提问虽然给出了半径，但学生很容易判断半径与正方形边长的关系而不会去算圆的面积，因此很快就会得出 4cm² 的结果。说明定势的心理因素对思维有着重大影响。

不善于寻找替换方案。在运用物理概念与规律解决问题的时候，最重要的起始环节就是确定研究对象。在一般情况下，所求的问题与研究对象有直接联系，确定研究对象并不困难。但有时所求问题与研究对象并无直接联系，需要通过转换研究对象才能解决所求问题，这时就要寻找替换方案，因而造成思维过程中的障碍。如一个站在摆动的秋千上的人，当秋千摆长、人的质量、摆动速度等都已知时，求秋千板所受的压力。不少学生常常由于要求秋千板受的压力，于是就拿秋千板做为研究对象，使问题不能解决，当把研究对象转换为人的时候，问题就迎刃而解了。还比如曾经有人做过这样的检测，给学生六根火柴，要求摆出四个等边三角形，学生在桌面上怎么也摆不出。这时如果教师说一句：就在桌面上摆能够摆出来吗？于是学生很快想到了摆出个锥形，达到了目的，这其中最重要的就是学生找到了用平面代替空间的方案。
抓不住关键环节。物理问题的解决总是从初始状态出发，经过一些中间状态，最后达到目标状态。中间状态又叫问题空间，解决问题就是对问题空间进行搜索，而中间状态的搜索就必须抓住关键环节。这里有两种方法，一是常规法，即要一步步增加中间状态与目标状态的相似性。由于这是一种惯常的心理倾向，往往不会带来什么阻力，出现困难主要不是心理上的原因，而是技能、技巧上的问题。另一种是背离目标性，即必要时先远离目标，然后再达到目标。如要研究一个物体平衡时的某个物理量，却去分析不平衡时这个物理量的变化范围，关键抓住不平衡的分析，平衡就好办了。这种思维方法学生往往不习惯，会受到心理因素的影响而抓不住关键环节发生了错误。
用数学方法代替物理概念。由于物理概念中绝大部分是物理量，即可以定量表达，因而需要既明确物理意义又要掌握定量方法。由于历史上的原因，常常把物理量的重点放在定量方法上，很容易形成用定量方法代替物理意义。如电场强度 E，由于它的定量表达式 E＝F／q。于是不少学生就认为单位电荷受到的电场力就是电场强度，而忽视了电场强度的本质是反映电场的力学属性。这还表现在不考虑物理事实只从数学式子来理解物理概念，如万有引力定律 F＝m1m2／r²，从数学式子上看当 r→0 时， F→∞，于是认为万有引力可以达到无限大；又如牛顿第二定律 F＝ma 有的学生做了一番数学推导后得出了加速度与质量成正比的结论。∵当 a

一定时，F 与 m 成正比，F＝k1m①，当 m 一定时 F 与 a 成正比 F＝k2a②，而①式＝②式，则 k1m＝k2a，a＝（k1／k2）m，∴a=km。仅从数学上看，这里的推导似乎并无问题，但从物理上看，当 F＝k1m 时，m 是变量，a 是常量；而 F＝k2a 时，a 是变量，m 是常量，当列出①式＝②式时，则要求在一个物理过程中要求 m 既要是常量，又要是变量，加速度既要是变量又要是常量，这是根本不可能的，没有这样的物理过程，因而在物理上是不能成立的。

（乔际平文）