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在中学阶段,学生对物理概念、规律的应用就是通过解决问题,让学生自我诊断解题错因可以帮助学生更好的理解物理解题过程,了解自己对物理概念、规律理解与应用上的不足之处,更好的加深对物理学科的理解,完善自己的物理思维,提高自己的物理学习能力,促进学生发展。
本研究的结果对教师在物理教学中可提供一个参考案例,包括对解题中学生出现的思维障碍、相关教学方法的综述、培养学生自我诊断解题错因的个案研究都可以给其他教师以参考。
第二部分该领域的研究现状
一、已有研究中的相关概念界定
之前的研究中有些研究者将解题错因归结为在物理学习和解题过程中出现的思维障碍,因此将从物理思维障碍、物理解题思维和物理解题思维障碍三个方面进行概念界定。
1.物理思维障碍
物理思维障碍是指客观事物作用在人脑的过程中,因思维起点的迷茫,思维形象的模糊,思维方向的偏离,思维逻辑的混乱,思维展开受到干扰等,而造成的人脑对客观事物的各种反映的中断或得不到思维成果的现象。
2.物理解题思维
思维作为人类主观认识的基本形式在众多学科当中都有着比较权威的界定。
哲学中认识论的观点来看,思维是在人脑中展开的对事物的理性认识。
心理学中认为思维是人的意识活动的产物。
意识是人脑对客观存在的物质世界的能动反映,思维和语言是意识的核心。
当代信息论认为,思维是人脑的信息加工过程。
这里取用田世昆、胡卫平著《物理思维论》中的理解,认为思维是具有意识的人脑对客观事物间接的、概括的和能动的反应。
它以感知为基础而又超越感知,是认识过程的高级阶段。
由此物理解题思维为:
主体在解决物理习题时,对物理概念、规律的感知活动和反应活动。
3.物理解题思维障碍
物理解题思维障碍为:
学生在解决物理习题时,对物理概念、规律的应用过程中表现出的思维活动受阻或偏离正确方向的现象。
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二、物理解题错因国内外研究综述
关于物理解题中的思维障碍有很多研究,从不同的视角进行了分析,有些学者从个别部分知识的角度结合知识进行分析,有些针对错因中单独一类进行分析,有些从考试的角度进行分析,有些从错题类型进行分析,有些从物理解题中的心理障碍角度进行分析,有些从问题解决角度分析,有些从解题思维过程角度进行分析。
《物理学习心理学》中,乔际平、邢红军结合客观与主观因素对物理思维障碍分为三类:
1.思维的凝固性:
是指学生不能用发展的、开放的方式进行思维,而是用凝固的、封闭的、以自我感觉为中心的方式进行思维。
因而,凝固性思维障碍是不能正确接受新知识和解决问题的一种心理障碍。
凝固性心理障碍突出地表现为先入为主和消极的思维定势两个方面。
2.思维的片面性:
是指学生不能全面地分析问题,只满足于一知半解,只凭对事物的局部了解就草率得出结论的一种思维障碍。
片面性思维障碍突出的表现在思维方法的片面性和不注意隐蔽条件两个方面。
3.思维的干扰性:
是指由于主观干扰而形成的一种思维障碍。
它突出的表现在不能排除多余信息和以数学形式代替物理思维两个方面。
查有梁在《物理教学论》中,将解决物理问题时的思维障碍概括为:
日常概念的诱惑、联想的干扰、思维定势的束缚、数学负迁移的影响。
尼日利亚的学者研究发现,学生在物理测试犯下错误的四大类型,其中包括:
操作错误,计算错误,算法的缺陷和随机误差。
同时发现,学生犯更多的错误为计算结果错误,而性别对学生在物理测试中犯错的频率统计有显著的影响。
从物理解题中的心理障碍角度进行分析,将思维障碍归纳为:
直觉性经验、记性干扰型、遗忘障碍型、迁移不顺型、第一印象型、知识不足型、抽象卡壳型。
从初中错题类型分析,物理错因分为:
基本概念错位与泛华,产生科学性错误、物理规律硬套与僵化,束缚学生的思维、知识建构缺失与局限、阻碍体系的形成。
从解题思维过程角度进行分析,思维障碍分为:
题意理解障碍、研究对象选择障碍、规律运用障碍、分析操作技能障碍、思维策略障碍、评价调整障碍。
从物理问题解决角度分析,思维障碍分为:
物理知识结构不完善、物理问题解决建构阶段的解题策略缺乏、思维定势对知识负迁移的影响、元认知能力薄弱、非智力因素造成的思维障碍
将之前关于中学生物理解题错因的研究成果总结起来,可归为以下三种:
一、知识性错因
1.物理前概念干扰引起的错因
前概念是前科学概念的简称,“前科学概念”是个体拥有的与科学概念不尽一致的概念;
“前科学概念”既指向教学前也指向教学后,包括个体概念在发展成为科学概念前的一切概念形态,强调其是科学概念的雏形、前体和基础这一特点,可以分为原发性前科学概念和继发性前科学概念。
10物理前概念指的是学生在接受科学的物理教育之前,在生活中通过自己的观察、体验、经验,对各种物理现象、物理概念、物理规律的认识。
在这些前概念中,既有正确的也有错误的。
正确的物理前概念有助于学生在学习物理的过程中顺利形成科学的物理概念,是学生进行物理学习的良好基础,但是错误的、片面的物理前概念却会对物理学习造成一定程度的阻碍。
例如:
学生认为,拔河时赢的一方拉力比输的一方大;
滑动摩擦力大小与接触面积有关;
摩擦力总是阻碍物体的运动;
踢出的足球,在空中飞行过程中有飞行方向上的力来驱动;
电流的速度等于导线中电子的运动速度等等。
在具体学习过程中,由于已有认知结构模糊,造成一些不必要的失误。
2.生活经验不足引起的错因
学生进入中学学习物理之前,虽然已经有了一些物理前概念,但部分同学平时的日常生活知识较为匮乏,对一些与日常生活联系紧密的题目无法运用所学的物理知识进行解答。
例如估算一位中学生对地面的压强为多少,一些学生对中学生质量、双脚的接触地面面积的知识并不清楚,因此导致做题出错。
3.物理公式数学化引起的错因
数学是学习物理的重要工具之一,物理学是数学化程度很高的学科。
物理概念、定律的表述,实验数据的处理,物理理论的推导证明,都是用明确定义的、系统而深刻的数学语言来进行的。
但是,物理问题又有别于数学问题很多高中生却认为物理上的公式与数学公式没有什么差别。
事实上,物理中的公式不仅仅可以表达物理量的大小关系,而且还包含着物理量的因果关系和自然界中的一般规律。
倘若一味地将物理公式数学化,将会造成解题错误。
例如在学习密度部分时,学生经常以为物质的密度随着质量的增大而增大、随着体积的增大而减小,并不能真正懂得密度是物质的一种特性,只是记住了数学公式而忽视了其中的物理意义。
4.物理概念内涵和外延模糊引起的错因
物理概念都是内涵和外延的统一,我们通常所说的掌握物理概念,是指既要理解物理概念的内涵,又要明确其外延。
所谓外延,即物理概念适用的范围和成立的条件。
教学实践表明,使学生弄清概念的外延是深化对概念的理解、正确运用物理概念解决实际问题的前提条件。
但由于概念的外延指的是适用该概念的一切有关事物,因此,学生在理解或实际运用概念时会不自觉地缩小或扩大概念的外延,造成错误的判断。
例如:
在摩擦力部分,学生容易不加分析生搬硬套运用“物体在几个力作用下处于平衡状态,如果某时刻去掉一个力,则其他几个力的合力大小等于去掉这个力的大小,方向与这个力的方向相反”的结论的结果。
实际上这个规律成立要有一个前提条件,就是去掉其中一个力,而其它力不变。
5.知识的负迁移引起的错因
知识的负迁移是一种学习对另一种学习的消极影响。
在物理学习中,知识的负迁移主要体现在物理学科中有很多相近的物理概念,这些概念之间既有联系又有区别,但是本质上的属性的是不同的。
在物理解题过程中,学生容易将相近概念混淆。
二、认知性错因
1.思维定势引起的错因
思维定势,俗称“习惯性思维”,属心理学概念,是人们从事某项心理活动的一种心理准备状态,也是人们长期形成的一种习惯思维方向。
世界观、生活环境和知识背景都会影响到人们对事对物的态度和思维方式,不过最重要的影响因素是过去的经验。
人们处理问题,会形成自己习惯的思维程序。
沿着同一思路运行,各种观念便形成了固定的“链条”,脑子里便有了一个固定的思维框框。
一旦遇到陌生的问题,思路往往阻塞、脑子常常不开窍。
真个是越想越糊涂,越思越迷茫。
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在解决物理习题时学生常出现不管任何条件就硬套物理规律,束缚学生思维,形成思维定势。
面临物理问题的时候,许多学生往往不假思索地把它们纳入特定思维框架之中。
当需要创新时,学生的思维往往被思维定势束缚住,影响新思路的产生。
有这样一道测试题:
一个人站立在平面镜前,然后慢慢后退,则:
A、他在平面镜中的像越来越小,像离平面镜越来越远;
B、他的像越来越大,像离平面镜越来越近;
C、像的大小不变,但像离人却越来越远;
D、像的大小不变,像与人的距离也不变。
错选A的比例竟占40%。
进一步的分析发现,这么多的学生之所以错选,是因为在解该题时凭借视觉的通常经验,而没有根据问题的需要进行必要的思维活动,忽略了“像的大小”与镜中看到你的大小是两回事。
由此可见,思维定势在人们接受新思想、新知识时,在对问题进行分析和判断时的影响是消极的,也是学生学习物理的思维过程中的一个不利因素。
2.物理抽象能力不足引起的错因
物理抽象是把客观事物或物理现象共同的、本质的属性提取出来的过程。
概念反映客观事物的本质属性,在形成物理概念的过程中,就是应用物理抽象来得出事物的本质属性的。
学生物理抽象能力主要体现在建立物理模型和把实际问题转化为典型的物理问题。
1在物理解题过程中抽象能力不足主要体现在题意理解中出现障碍和研究对象选择障碍。
在将题干中的信息转化为具体的物理图景时,学生经常出现遗漏题中信息、忽视题中的隐蔽因素、记错记混信息的现象。
在研究对象的选择上学生容易出现不知道如何选择合适的对象,不明白什么时候采用整体法什么时候采用隔离法。
3.元认知能力薄弱引起的错因
元认知是指人对自己的认知过程的认识,具有两个独立但又相互联系的成分:
对认识过程的知识、观念和对认识行为的调节、控制。
进行问题解决时,学生需要将自己正在进行的问题解决活动作为意识对象,始终进行元认知监控,对自身的解题活动(包括解题策略的选择、整个过程的组织、目前所从事的工作在整个解题过程作用等)的自我意识、自我分析(包括评估)和自我调整。
有些学生在进行问题解决时,把第一跃入脑海的想法或方案作为解决问题的思路与方法,对于能否获得问题的真正合理解决并不清楚,实际上,这是一种被迫性的选择,缺乏思维的辨别和检测,是元认知能力不强所致。
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三、非智力性错因
1.怯惧心理引起的错因
物理问题解决的过程,就是不断尝试错误和不断探索的过程。
有些学生在遇到问题时,在情感、信心、毅力方面存在的一些不良心理特征,比如畏难、紧张等。
在解决物理习题时每个人都会遇到关卡,但有些学生一旦遇到困难就自乱阵脚,越做越紧张;
还有些学生遇到从来没有碰过的题型或一时无从下手的难题,就认定自己一定做不出来,没有信心,就放弃了。
2.疏忽引起的错因
疏忽性错误,主要指在解题过程中,由于解题者一时疏忽或粗心大意而导致的各种解题错误。
疏忽性错误的最突出的表现是细微的运算错误、细小的书写错误,以及疏忽问题的特殊条件,瞬时性的理解错误,等等。
又比如,看错题、抄错题、遗漏条件、书写丢三落四、运算过程中的各种“低级错误”、答非所问,甚至在解答过程中遗漏对某些问题的解答,或者不按题目要求作答,以及无故变更问题,等等,这些解题错误大多可以看成是疏忽性错误。
三、解决中学生物理解题错因的教学策略综述:
一、教授给学生物理学中的科学思维方法和解题的有效策略
物理学在长期的发展过程中,形成了一整套思维的方法。
物理习题总是与科学思维方法紧密相连,教师要善于归纳和总结物理习题中涉及到的科学思维方法,才能科学地精选和编制习题。
中学阶段常用的物理思维方法有:
(1)分析与综合方法、
(2)比较与分析的方法、(3)抽象与概括的方法、(4)科学推理的方法、(5)臻美的方法、(6)等效代替的方法。
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除了物理思维方法之外,解题者还需要具备相关的策略性知识,对问题采用适当的策略,使之纳入主体已有的认知结构之中。
之前的学者将物理问题解决中常用的策略归纳为一下八种:
(1)穷举法:
面临的问题存在着若干种可能的答案,但我们暂时又较难直接确定哪一答案能够满足题设条件。
这时我们采用一种很实在的做法,即对各种可能加以穷举,并逐一检验,从而确定正确的答案。
这种解题策略称为穷举法。
(2)模式识别:
模式识别的实质就是将感知到的关于题目中的某些信息与贮存在头脑中的相关的原型问题的有关信息进行匹配,从而辨认出面临的问题属于哪一类问题的过程。
(3)正难则反求解:
当问题从正面(惯常的、由此及彼、由因到果等)的思路去思考时,困难重重,此时若转从反向(即超常的、由彼及此、由果到因等)的思路去思考时,则很快能得出结论。
这种对问题从正面解决有困难而转向反面寻求解法的策略称为正难则反策略,这种策略实质上是逆向思维策略,是解题者思维的辩证性、灵活性和开放性的反映,是物理解题的一种重要策略。
(4)数形结合:
物理解题中的“数形结合”就是指在求解物理问题时,交替运用代数式和图形、图像等工具,并使它们协同统一,有机结合,以使问题获得最为顺利的解决。
(5)以退为进:
当面临繁难的问题较难着手解决时,先退后一步想,往往可使我们摆脱困境,找到实现目标的途径。
这种解决问题的策略称为以退求进策略。
(6)问题转化:
问题转化也称为化归,我们审视问题,分析问题,展开联想,识别问题的模式,然后从长时记忆里提取有关知识和经验,建立一系列方程,进行一系列推理以求得答案,其实质就是转化,解题的实质就是促使问题发生一连串的转化。
如将实际问题转化为物理问题及数学问题;
将问题从始态逐渐向终态转化;
将陌生、困难、复杂的问题转化成熟悉、容易、简单的问题。
(7)特殊法和一般法:
在问题解决中,特殊法是通过特殊形式的研究去寻求解决问题的办法;
一般法就是指将问题作为特殊形式,将它置于更为普遍的一般形式之中去考察,通过对一般形式的研究去寻求解决问题的方法。
(8)局部与整体:
据辩证唯物主义的观点,局部和整体属于要素与系统范畴,是一个辩证的统一体。
它们既是对立的,又是统一的。
局部是指构成事物整体的各个部分及其发展过程的各个阶段,而整体则是指事物的全体或事物发展变化的全过程。
局部离不开整体,离开了整体就谈不上局部;
整体是由若干相互作用的局部构成,没有局部也就无所谓整体。
整体的特性是由各个局部及其相互作用方式决定的,局部总会以一定的形式或在一定的程度上反映着整体的性质。
把握了这层辩证关系,应该善于从局部认识整体,从整体把握局部。
二、引导学生形成良好的物理认知结构
物理学的知识结构体系是十分严谨的,知识之间既存在着纵横交错的联系又有着很大的差别。
教师在教学中应重视物理知识之间的联系与区别,可采用以下策略:
(1)在教学之前,向学生呈现整体知识结构,引导学生在整体背景下认识各个知识,了解知识之间的联系。
(2)在教学中,将当前知识与之前的知识进行比较,呈现出清晰的基础和延伸的关系。
(3)在教学之后,可采用思维导图的形式将一个章节的知识归纳总结,将各个知识按照知识等级有序的组织起来。
三、加强学生自我反思、调控的能力
教师在课后应引导学生进行学习反思,通过反思能够发现自己学到了什么、还需要学习什么以及应该怎样学等问题,在帮助学生了解自己的同时又为接下来的学习指明了方向。
学生进行习题教学的反思主要从以下几方面进行:
习题涉及的内容是否已经掌握;
习题中运用的物理思想和物理方法能否理解;
类似的习题能不能独立解答;
习题还有没有其他的解题方法;
自己能否透彻理解这道习题等等,可以提高学生逻辑思维能力,梳理解题思路。
四、引导学生调整心态,培养乐观情绪
面对物理问题,进入正确的心智状态是突破由于心理素质而造成的解题思维障碍的最佳途径。
解题时,必须让自己处于“兵来将挡,水来土掩"
的状态中,即是保持轻松、自倩和具有挑战性。
现代脑科学认为,情绪是人脑思维是否畅通的开关,在影响人类的行为时,情感远胜于逻辑的力量。
物理学是一门十分吸引人但同时是一门比较难学的学科。
面对千变万化的物理题目所设的情景,首先鼓励自己保持良好的心态,做好准备迎接挑战的心理准备,相信自己能解决这个问题,从而使自己身心处于最佳状态。
这样调控自己情绪,可以使解题变得更加容易,更加有效,从而克服由于心理问题而造成解题的思维障碍。
由上述分析发现,明确学生在物理解题错因的种类和产生原因是很重要的,对教师来说有助于对学生的解题错误原因进行分析从而改进教学,对学生来说有可以意识到自己在物理学习方面的问题从而提高自己的物理能力。
现有的研究对学生在物理解题过程中产生的错因有比较成熟的结论,许多学者从各种角度探讨了这个问题并提出了解决问题的教学方法,但关于学生指导自我诊断错因的文献较少,其中物理学科方面的暂时没有。
在现实教学中,教师也常要求学生自己分析错因,但是效果并不理想,学生时常难以判断自己的错因是什么就将原因归结为粗心,因此本问题是值得研究的。
第三部分课题内容和研究方法
一、课题内容
本研究分为两个阶段进行:
第一阶段:
阅读相关文献,将前人的研究成果进行综述,将学生在物理解题中存在的错因和解决方法进行归纳总结,以此作为本研究的理论基础。
第二阶段:
在研二的实习中,选取研究对象,进行指导学生自我诊断的行动研究,以学生明确错误产生的具体原因并能将错因正确归类为目标,把每次指导学生的过程和结果记录下来。
第三阶段:
将行动研究的结果归纳总结,提炼出指导学生自我诊断解题思维障碍的教学策略。
二、研究方法
采用行动研究与个案研究的方法。
行动研究是一种通过实践来使我们自己和别人的想法和理论得以检验和理论化的过程。
它既是一种方法技术,也是一种新的科研理念、研究类型。
行动研究是从实际工作需要中寻找课题,在实际工作过程中进行研究,由实际工作者与研究者共同参与,使研究成果为实际工作者理解、掌握和应用,从而达到解决问题,改变社会行为的目的的研究方法。
它是一种理论与实践相结合的研究,在于资料收集、合作探讨、自我反省、多方总结最后解决问题的方法;
是一种主题明确、思路清晰的解决问题的方法。
个案研究是指针对一个人的行为进行深入研究的过程,此过程须透过各种方式及管道搜集资料,加以分析整合,以了解案主问题的成因,进而提出适当辅导策略,协助改善问题,以增进个人适应。
三、研究方案
1.对现有的相关文献进行归纳总结,制定出指导学生自我诊断解题错因的表格(表1)。
参考之前文献,解决物理习题的流程图如图1,制定出指导学生自我诊断错因的问题表(表2)。
图1
2.从实习学校中选取10名研究对象,这三名学生要选取三个不同成绩水平并且乐于与老师沟通的学生,向研究对象讲明自我诊断错因的意义并告知其为研究对象。
个案研究的第一阶段针对学生在作业、考试中的错题指导学生寻找错因。
在这一阶段的指导中向学生渗透解题错因中的名词概念,例如什么是前概念、什么是知识的外延与内涵;
并向学生渗透诊断错因的重要性,使学生积极主动参与到研究中来。
第二阶段指导学生使用诊断解题错因的表格进行自我诊断。
当学生面对自己的一道错题时,逐道回答表2中的问题,其思考的过程要采用出声思维的方式表达出来,将学生最初时思考的状态记录下来。
随后笔者进行干预,指导学生结合具体错题将错因进行分析、归类。
第三阶段让学生现场做题,出现错题后,学生要依据表2将自己分析错因的思维过程用语言讲述出来,对照表1进行归类,笔者进行记录。
3.将学生前后两阶段的思维过程进行分析,对研究结果进行整理、总结归纳。
下图为研究思路图
研究思路图
四、前期研究
在前期研究中已经完成了对文献的总结,整理出了自我诊断表格(表1)。
笔者在顺义五中进行集中见习的时候进行了预研究,在询问学生错因时发现学生时常不能正确判断自己的解题时的错因,表述常常十分混乱,当无法正确判断时就草草将错因归结为粗心、马虎。
五、附录
表1
解题错因自我诊断表
知识性错因
物理前概念干扰引起的错因
生活经验不足引起的错因
物理公式数学化引起的错因
物理概念内涵和外延模糊引起的错因
知识的负迁移引起的错因
认知性错因
思维定势引起的错因
物理抽象能力不足引起的错因
元认知能力薄弱引起的错因
非智力性错因
怯惧心理
疏忽
表2
1.用自己的话复述题目是否跟原本题目一致?
2.能否根据题意抽象出物理模型?
3.抽象出的物理模型是否正确?
4.选取的研究对象是什么?
5.选择该对象的原因是什么?
是否正确?
6.如何对研究对象进行的分析?
7.如何列出的数学表达式?
8.数学运算是否出现错误?
9.本题运用到了什么物理规律、概念?
10.你理解的物理规律、概念是否正确?
11.若概念错误,错误概念是如何来的?
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