高中物理图像学习的主要思维障碍及对策

【摘 要】结合例题分析高中生处理物理图像存在的问题，讨论其存在的主要思维障碍的类型及成因，并提出有效消除物理图像学习的思维障碍的对策。

【关键词】物理图像；思维障碍；对策

物理图像能形象、直观地描述物理量之间的函数关系，是反映物理现象、物理过程和物理规律的有力工具，也是解决物理问题的重要武器。在高考试题中有关物理图象的习题经常出现，因此，在高中阶段应重视物理图像的学习。学生在解决物理图像问题时经常遇到困难，原因是多方面的，究其根本原因是学生没有良好的思维水平。学生在解决物理图像问题时，其思维过程的某个环节遇到了障碍，使思维发生中断或朝错误的方向偏差，由此产生思维障碍。本文笔者结合自身教学实践，分析高中生在物理图像学习过程中存在的主要思维障碍、成因及其对策，期望有助于学生更好地学习物理图像，有益于今后物理教学工作。

思维障碍一：思维的片面性

学生经常不能全面地分析物理图像，满足于对物理图像的一知半解和对物理图像的局部了解就草率的下结论，这是由于学生思维存在片面性引起的思维障碍。存在片面性思维障碍的学生在分析物理图像问题时，不能自觉地分析、挖掘、利用给定问题中的隐蔽条件，经常从物理图像的表象得到错误的结论；经常仅由物理图像的一部分入手，不能把握物理图像的本质，不能从整体上把握物理图像描述的物理现象、物理过程和物理规律。此类学生，不能清晰的还原物理图像反映的物理现象，不能完整的还原物理图像反映的物理过程，其得到的物理现象和物理过程是残缺的、不完整的。

例如，一列简谐横波沿x轴传播，周期为T，t=0时刻的波形如图1所示。此时平衡位置位于x=3m处的质点正在向上运动，若a、b两质点平衡位置的坐标分别为Xa=2.5m，Xb=5.5m，则（ ）

A.当a质点处在波峰时，b质点恰在波谷

B.t=T/4时，a质点正在向y轴负方向运动

C.t=3T/4时，b质点正在向y轴负方向运动

D.在某一时刻，a、b两质点的位移和速度可能相同

分析：将整个波形图向左平移1.5m时，a质点到达波峰，此时b质点正好在平衡位置，部分学生在分析时无法想象波传播的完整过程；t=0时刻a在平衡位置下方且向上运动，t=T/4时刻a到达平衡位置上方且向上运动，t=0时刻b在平衡位置下方且向下运动，t=3T/4时刻b到达平衡位置上方且向下运动，a、b质点相距3m，振动相差3T/4，考虑a、b质点的振动情况，其速度不可能相同，部分学生在分析时无法想象a、b质点振动的完整过程。由以上分析可以看出，学生解决该物理图象问题时主要存在无法还原完整的物理过程的思维障碍。

对策：存在片面性思维障碍的学生，应培养发展学生的逻辑水平，让学生学会全面、本质地看待物理图像。尤其重视物理图像的建立过程，在学习物理图像过程中，让学生在观察、实验等感性材料的基础上建立物理图像。例如物体的振动图像和波形图的学习，让学生观察弹簧振子的振动过程，在机械波的传播过程的基础上再建立物理图像；还有运动学中x-t图、v-t图的学习，交变电流中e-t图的学习等等，都可以采用上述做法。在建立这些物理图像的过程中，让学生有更多的感性认识，在清晰的物理模型和物理过程上，再建立起物理图像。当学生再次思考物理图像问题时，容易还原完整的物理情景和物理过程，将会更全面，本质地看待物理图像。

思维障碍二：定势思维的负迁移

定势思维是人们按照自己头脑中已有的、习惯了的思维模式去思考问题，是人们思维中普遍存在的一种心理现象。定势思维来源于学生自身已有的、持续的且成功的学习经验。学生在学习物理图像时，定势思维有积极意义，它能让学生强化对物理图像的学习，并能利用物理图像快速而高效地解决物理问题；定势思维也有消极影响，物理图像学习过程形成的思维定势，容易变成一种主观的僵化的思维模式，当物理图像的情景发生变化时，学生仍不自觉将原来习得的思维方式搬到新的物理图像中，不善于变换认识的角度，不善于抓住物理图像的实质，由此产生了学习物理图像过程中的思维障碍。定势思维的负迁移的思维障碍的形成，究其根本原因，是学生的思维长期处于较狭窄通道中和单方向过程中，所以导致学生的思维品质是凝固的，不灵活的。

例如，物体沿直线运动的v-t关系如图2所示，已知在第1秒内合外力对物体做的功为W，则（ ）

A.从第1秒末到第3秒末合外力做功为4W

B.从第3秒末到第5秒末合外力做功为-2W

C.从第5秒末到第7秒末合外力做功为W

D.从第3秒末到第4秒末合外力做功为-0.75W

分析：本题利用物理图像讨论各时段合外力做功。讨论合外力做功，由于思维定势的影响，学生尝试解决各时段物体受的合外力和物体发生的位移，由于物体受力情景不清晰，这一常规思路无法解决该问题。本题应根据动能定理，讨论各时段合外力做功的效果，即比较各时段动能的增量。由以上分析可以看出，学生解决该物理图像问题时主要存在思维不够灵活，受思维定势的影响导致无法正确解题。

对策：定势思维会影响学生的思维品质，使学生在思考问题时思维朝单一方向进行，不利于发展学生的思维水平。教学中多设计定势思维的负迁移的习题，让学生明确定势思维的负迁移带来的影响。例如在学习运动学中x-t图、v-t图时容易混淆，可以设计习题让学生消除定势思维。在学习物体图像时，鼓励学生持有批判谨慎的精神，不能仅记物理图像的表象和结论，而应把握物理图像反映的实质。教学中多挖掘素材，有意识地培养学生的发散思维和逆向思维，提高学生的思维品质，使学生养成积极地、多角度地思考问题的思维习惯。

思维障碍三：逻辑思维混乱

物理图像描述的物理量与已知条件或要解决的问题存在较复杂联系，学生遇到此类较复杂物理图像时，需要综合应用各种逻辑思维，如推理、分析、综合、比较、归纳、等效等等，部分学生的逻辑思维处于比较低的水平，在解决此类物理图像问题时遇到了困难。学生应用物理图像时，经常在推理时会出现因果关系倒置，抓不住思维的关键环节，找不到思维起点，无法适当合理地应用各种逻辑关系，由此造成思维混乱，形成学生学习物理图像的思维障碍。

例如，如图3甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上，两导轨间距L=0.3m。导轨电阻忽略不计，其间连接有固定电阻R=0.4m。金属杆ab的电阻r=0.2，整个装置处于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中，磁场方向竖直向下。利用一外力F沿水平方向拉金属杆ab，使之由静止开始运动，电压传感器可将R两端的电压U即时采集并输入电脑，获得电压U随时间t变化的关系如图3乙所示。试计算金属杆加速度的大小？

分析：本题要利用物理图像和题目中给定的条件求解金属杆对应的加速度。对应的物理图像是U-t图像，与要求解的加速度没有直接联系。这需要进一步分析和推理，U-t描述的函数关系为U=0.1t，与要求解的问题有一定的距离，本题属于典型电磁感应与电路结合问题，能不能从电磁感应出发来推导？设路端电压为U，杆的运动速度为v，则有，由图乙可得U=0.1t，由以上分析可以得到速度v=1t，因为速度V正比于时间t，所以杆做匀加速直线运动，且加速度a=1m/s2。由以上分析可以看出，解决该物理图像问题要综合应用各种逻辑关系，抓住电磁感应的思维起点，利用好物理图像描述的函数关系才能正确解题。

对策：学生碰到较复杂物理图像时，应抓住物理图像反映的物理本质，弄清物理情景中的因果关系，教学中多挖掘素材积极培养学生的逻辑思维水平。例如电磁感应中感应电流图像学习时，应让学生明确产生感应电流的因果关系，学会应用各种逻辑关系分析感应电流图像问题。在讲解物理概念、物理规律和物理过程中也应多发展学生的逻辑思维水平。分析较复杂的物理图像问题时，各物理量间的联系比较多，分析时应抓住关键环节，排除干扰因素，找到解决物理图像问题的思维中心，由思维中心依次展开，合理地利用各种逻辑关系，由此才能正确的解决问题。

学生在学习物理图像时存在的思维障碍将会阻碍对学科内容的进一步学习，在教学实践中应不断思考总结，明确思维障碍的危害，分析形成思维障碍的产生原因，找到预防和消除学生学习物理图像的思维障碍的有效对策，这样才能有利于学生更好地学习物理图像，也有利于更好地服务于今后的物理教学工作。

参考文献：

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