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1、思维定势与理想物理模型高中物理教材习题商榷之我异大济中学物理组 黄建煌一,思维定势对物理的影响思维能力是智力的核心.思维品质是思维能力强弱的反映,是个体思维活动中智力特征的表现,是判断智力层次,确定一个人的智力是正常,超常或低下的主要指标.物理思维品质是指人们在研究和解决物理问题以及学习物理知识的过程中逐步形成和发展的,并在这个过程中表现出来的,直接影响工作效率的个体智力特征.它主要包括思维的深刻性,灵活性,批判性,独创性,敏捷性.其中思维灵活性如果表现较差的话,容易受消极的思维定势的影响,会具体体现在以下三个方面:(1)不能根据问题的要求,灵活地确定研究对象;(2)不能多方位,多角度灵活选择
2、解决问题的方法;(3)不能形成物理事物的动态图景,不善于对物理过程进行分析,不能抓住问题的本质,而常常只考察一个状态,从对一个状态的分析就直接列出数学方程或者得出问题的答案.以上的现象不仅仅体现在许多高中学生对物理的学习及应用中,而且在高中物理教师的实际教学过程中也大有市场.诸如此类的现象表现的尤为明显的是:一些物理教学参考刊物经常发表高中物理教师对高中物理教材中的一些问题的探讨和商榷的文章.笔者认真阅读了这些文章,觉得很有必要解决的是物理教师自身的思维定势对物理教学的消极影响.思维定势是人们在思维活动中所倾向的特定的思维模式.它有积极的一面,积极的思维定势有利于物理概念的形成和对物理规律的理
3、解;同时也有消极的一面,消极的思维定势是指人将头脑中已有的,习惯了的思维模式生搬硬套到新的物理情景中去,不善于变换认识的角度和改变解决问题的方式.经常表现为先前的学习对后继学习的消极影响,主要是在问题的条件发生变化时,不能采用新的思维方式和解决问题的方法.由此出现知识和方法的负迁移.这种现象是人们在思维中普遍存在的一种心理现象.它是指人们按照某种固定的思路和模式去考虑问题,表现为思维的倾向性和专注性.二,思维定势在物理教学中引起的商榷学生在学习物理或应用物理知识解决问题时,头脑中并非是一张白纸,而已从日常生活中积累了不少与物理有关的感性经验,形成一幅被前科学概念和经验所占领了的,以强烈的感情色
4、彩描绘的物理世界图画.其中有些经验中形成的观念和前科学概念是错误的或片面的,从而干扰物理学习的正常进行,干扰学生对物理概念和物理规律的正确理解,干扰了学生在实际应用物理知识去解决物理问题的过程中.更值得关注的是这种对学生的干扰已直接或间接地干扰了物理教师的正常教学,表现为许多物理教师并没有意识到,这是学生思维定势的消极影响产生的一种错误现象而不去纠正之,反而怀疑教科书是否严谨而大加商榷.在此,笔者就许多师生认为高中物理第一册(必修)第56面和第60面两道习题的表述的不严密及教师教学用书中对这两题的解答过程有欠妥之处,并认为对题目的表述内容必须进行修订的问题进行探讨.以期获得抛砖引玉的作用,请同
5、行们加以关注,相信会有同感.为了便于说明问题,笔者以下提供的例题选自人民教育出版社物理室编的现行高中物理教材:2000年出版的全日制普通高级中学教科书(试验修订本 必修)物理第一册.教材第52面的例题题目如下:一个物体,质量是2,受到互成120角的两个力和的作用,这两个力的大小都是10,这个物体产生的加速度是多大 许多师生都认为该题文字描述不够严密,他们认为应改成:一个质量为2的物体,放在光滑的水平面上,受到互成120角的两个水平力和的作用,这两个力的大小都是10,这个物体的加速度是多大 诸如此类的还有教科书第54面的练习二的第(7)题和60面的练习五的第(1)题等,由于这几个题目极其相似,在
6、此不一一列举.许多师生都认为一定要把题中的物体放在光滑的水平面上,受的二力必须是水平等.否则,根据题目的叙述使人考虑到物体还要受到重力的作用而不清楚重力与题中的两个力的关系怎样,无法把该题做出来.在此,恳请读者认真地阅读原题的文字,就会发现原题的表述中没有一个字(或词)隐含有必须考虑重力的影响.从理想实验模型的角度来看,我们完全可以想象得出该题物理情境中的物体就只(有且仅有)受到两个互成120度,大小为10牛的力的作用,没有必要把该题所述的物理情境放在有重力影响的环境中去,从而造成搞不清自己无中生有的重力与题中已知两力的关系,使自己陷入思维混乱的泥潭之中.试问,两位老师为何紧紧抓住重力(万有引
7、力场)不放 如果按照上述的逻辑,那为何不更严谨些,再增加以下条件:题中的物体不带电或者物体所在的环境没有电场和磁场.否则,就是加了光滑的水平面和水平力的条件,题目还是不能做.因为题中物体还可能受到电场力或磁场力的作用!不是吗 在此,笔者对产生这种错误的定势思维的起因来加以推敲分析,请同行指正.(1)大量的与重力有关的题海,使许多师生产生一种没有重力环境的题就不知所措,怀疑题目不严密而无法入手,或者会自我潜意识地加入重力从而篡改原题的物理情境.(2)因为我们生活在重力环境无处不在的地球上,使许多人把重力深深地刻在头脑里,使得许多学生在做任何题目都非有重力不可的思维潜意识.自觉地把一些本不该考虑重
8、力的题目放入地球表面环境中去考虑重力的影响.三,理想物理模型的建构众所周知,理想实验模型的建构是研究物理的一种重要手段和方法.这种研究方法造就了许许多多的著名的大物理学家,如伽利略,牛顿,爱因斯坦等,他们都是善于建构理想物理模型的人.理想物理模型是根据研究的问题和内容在一定条件下对研究客体的抽象,从多维的具体图像中,抓住最具有本质特征的图像,建立起一个易于研究的,能从主要方面反映研究客体的新图像.在物理学中,由于研究对象和所涉及问题的复杂性,因此,把研究对象概括为理想模型的例子很多,并且各具特色.如质点,刚体,轻质弹簧,弹簧振子,理想流体,弹性球分子模型,理想气体,绝热物质,绝对黑体,理想热机
9、,点电荷,检验电荷,理想导体,纯电阻,理想变压器等等.它们从不同的侧面,不同的角度描述和揭示了在不同的情况下,在不同的问题中实际物体的特征.实际上,物理学中的研究客体,许多都是利用科学抽象和概括的方法建立起来的理想化模型,从某种意义上讲,各种理想模型的出现正是物理学向深度和广度发展的重要标志之一.这也是中学物理教师必须教给学生的,并影响学生对物理的学习能否向更高层次发展的重要方法.理想实验也叫臆想实验,假想实验,是人们在真实实验的基础上,在理想或极端条件下,充分发挥想象力,利用逻辑推理又辅助以形象变换的思维过程.它是科学工作者源于自身经验而又超出自身经验的一种高级思维活动,它以实践为基础,是物
10、理工作者在科学实践的基础上,对实际研究过程中出现的问题进行辨证的,深入的,十分抽象的思维.根据理想实验的结果,对某种看法或断言做出检验或评判,有时还能得出一些新的物理规律,而不必顾虑技术上的困难.爱因斯坦指出,理想实验是一种思考实验,是虚构的,不能实现的实验.理想实验的一般程序是:首先提出需要研究或评判的课题;其次设计出不必考虑任何技术困难,实际上往往无法实现的实验(起码当时无法实现);第三,充分发挥想象力,并运用逻辑推理得出结论.理想实验是物理学一种很重要的思维方法,它在发现原有理论的错误和局限以及建立新的理论等方面都起着重要的作用,而且也是物理学家的一种有力的辩论和反驳的方法,同时还可能对
11、相关的新兴学科的创立及其发展发挥主要的作用.比如,牛顿第一定律是伽利略从假设的一个理想光滑斜坡进行严密逻辑推理得到的,但牛顿第一定律描述的内容是指物体不受任何力的作用下的一种物理情境,而并不是在有重力与支持力相互抵消的物理情境.为此,笔者认为在教学中必须认真纠正学生存在的错误的思维定势.物理题目是否考虑重力的影响,要认真阅读题目的表述内容是否有与重力有关的字或词,比如是否有诸如水平,竖直等字词条件,而不能主观臆断篡改题意.我们提倡创新和发散的思维,但我们永远不能抛弃严谨的治学态度(包括做题时的审题).否则,将影响学生的学业.而且,更重要的是,高中物理教学的重要任务之一是应教会学生会用理想的实验模型去解决物理问题,这将具有更深远的意义.所以,我们不但可感受到高中物理教材那些例题和习题的精妙和严谨,而且,还可感受到教材编者的良苦用心.
