動(dòng)力學(xué)問題典型錯(cuò)誤的教育心理分析

白石

動(dòng)力學(xué)問題是物理教材的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在教學(xué)中可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)動(dòng)力學(xué)問題的認(rèn)識(shí)有其普遍規(guī)律。為什么不同教師施教的學(xué)生在學(xué)習(xí)動(dòng)力學(xué)時(shí)發(fā)生的錯(cuò)誤基本相同？為什么不同界的學(xué)生對(duì)動(dòng)力學(xué)的模糊認(rèn)識(shí)基本相似？這只能用動(dòng)力學(xué)規(guī)律的共性及學(xué)生心智活動(dòng)的共同心理規(guī)律加以解釋?；谝陨险J(rèn)識(shí)，注意從學(xué)生的反饋信息中收集他們?cè)诮鉀Q動(dòng)力學(xué)問題時(shí)存在的普遍問題，對(duì)教育過程中學(xué)生產(chǎn)生錯(cuò)誤的共同心理現(xiàn)象進(jìn)行研究，會(huì)收到事半功倍的效果。

學(xué)生在解決動(dòng)力學(xué)問題時(shí)，有以下幾方面傾向值得注意。1、許多學(xué)生對(duì)物理概念、規(guī)律、公式記得很熟，但卻不能通過思維把握所研究問題的實(shí)質(zhì)，不能把研究的問題納入到相應(yīng)的知識(shí)系統(tǒng)中去。當(dāng)他們處理比較具體的物理問題時(shí)，不善于根據(jù)各種可能變更的情況，舍去非本質(zhì)因素，不能從問題中抽象出合理的、可用規(guī)律公式解決的物理模型。他們對(duì)所研究的物體何種情況可以看成質(zhì)點(diǎn)，何種情況不能看成質(zhì)點(diǎn)常常把握不定；對(duì)什么情況下必須考慮重力，什么情況下可以忽略重力感到含糊不清。在學(xué)習(xí)萬有引力這部分內(nèi)容時(shí)，學(xué)生對(duì)“物體的重力并不等于地球?qū)ξ矬w的引力”這一結(jié)論表示懷疑。他們認(rèn)為，這種講法與靜力學(xué)中“重力的方向指向地心”的說法相矛盾。產(chǎn)生這種疑問的根本原因是物理模型中是否應(yīng)該考慮地球自轉(zhuǎn)弄不清楚。學(xué)生不能靈活的根據(jù)實(shí)際情況從不同角度抽象物理模型。這種心理障礙使他們對(duì)以上這類問題認(rèn)識(shí)不清。

2、學(xué)生往往不善于分析、綜合所研究問題中物體間的相互聯(lián)系。動(dòng)力學(xué)問題的核心，在于對(duì)研究問題中涉及的物體各力學(xué)量進(jìn)行分析與綜合，找出它們的聯(lián)系，確定解題各環(huán)節(jié)中的研究對(duì)象。實(shí)際表明，由于學(xué)生綜合能力與分析能力較弱，因而比較難于理清物體系整體和物體個(gè)體之間的關(guān)系，進(jìn)而不能從復(fù)雜的問題中找出研究的對(duì)象。比如學(xué)生作過這樣一道題：一根輕質(zhì)彈簧上端固定，下端掛一質(zhì)量為m的平盤。盤中有一物體，質(zhì)量為M。當(dāng)盤靜止時(shí)，彈簧長(zhǎng)度比自然長(zhǎng)度伸長(zhǎng)了L。今向下拉盤使彈簧再伸長(zhǎng)⊿L后停止。然后松手放開。設(shè)彈簧總處在彈性限度內(nèi)，剛剛松手時(shí)盤對(duì)物體的支持力等于多少？學(xué)生在解決這個(gè)問題時(shí)，在選取研究對(duì)象上表現(xiàn)出以下兩種心理障礙：一種是將物體和平盤始終連為一個(gè)物體；另一種是將物體和平盤始終隔離研究。前者無法得出結(jié)果，后者則難于得到結(jié)果。只有頭腦靈活、思路開闊的學(xué)生容易從整體和局部對(duì)象研究的結(jié)合上敏捷的找到解題思路：先將物體和平盤“合”在一起求放手時(shí)的瞬時(shí)加速度，再將物體和平盤“分”成兩份求此時(shí)平盤對(duì)物體的支持力。但一般學(xué)生較難產(chǎn)生這種思維形式。

3、由于學(xué)生日常經(jīng)驗(yàn)的負(fù)遷移作用，學(xué)生難于將生活經(jīng)驗(yàn)表現(xiàn)為一個(gè)整體過程的動(dòng)力學(xué)問題分開考慮。譬如，在日常生活經(jīng)驗(yàn)中錘子把釘子釘入木板是一個(gè)整體運(yùn)動(dòng)過程。雖然學(xué)生學(xué)了動(dòng)量守恒和動(dòng)量定理，但他們總不容易把錘子和釘子的作用看作一瞬間碰撞過程，而把釘子克服木板阻力進(jìn)入木板看成另一分過程，結(jié)果使他們把這類復(fù)雜的多過程問題錯(cuò)誤的簡(jiǎn)化。

4、學(xué)生綜合分析問題能力的差異也是影響解決力學(xué)問題的重要因素。解決動(dòng)力學(xué)問題的途徑較多，各種途徑的適用條件及研究對(duì)象的鑒別又較為復(fù)雜。在解決綜合問題時(shí)能力差的學(xué)生對(duì)選擇哪種途徑解決問題常常感到棘手，表現(xiàn)為缺乏明確的目的性，喜歡靠盲目的嘗試與猜測(cè)去探求解題的途徑。

5、習(xí)慣思維的影響也是學(xué)生解決較為綜合的動(dòng)力學(xué)問題的一種心理障礙。這也是目前教學(xué)研究中討論較多的“思維定式”問題。一般說來，學(xué)生思維都有先入為主的習(xí)慣，這樣，先掌握的知識(shí)對(duì)后繼的學(xué)習(xí)內(nèi)容有可能產(chǎn)生不良的干擾作用。如牛頓運(yùn)動(dòng)定律結(jié)合勻變速運(yùn)動(dòng)公式是解決動(dòng)力學(xué)問題的起步方法，學(xué)生掌握較為牢固，但隨著知識(shí)的深化，這種思維定勢(shì)的學(xué)生在解決變加速運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，也不適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用這種解題模式，甚至部分學(xué)生不去判斷物體運(yùn)動(dòng)的類型就選用它去解題。這除了說明學(xué)生對(duì)勻變速運(yùn)動(dòng)公式的適用條件缺乏認(rèn)識(shí)外，也說明定勢(shì)的心理因素對(duì)思維的影響。

6、學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解要經(jīng)歷不同階段。學(xué)生和教師對(duì)這種階段性的認(rèn)識(shí)模糊，也會(huì)給動(dòng)力學(xué)問題的解決帶來困難。大家知道，參照系是研究物體運(yùn)動(dòng)的前提。教師如果不在教學(xué)中強(qiáng)調(diào)現(xiàn)階段的定律、公使只能在靜止或勻速運(yùn)動(dòng)的參照系成立的話，學(xué)生就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。比如，對(duì)在圓盤上與圓盤相對(duì)靜止的物塊的受力分析問題就會(huì)感到困難，對(duì)船上的人與浮在水面的船相互作用而運(yùn)動(dòng)時(shí)不選船作參照物也會(huì)感到困惑，他們甚至?xí)谝粋€(gè)公式填上選用不同參照系的狀態(tài)量而使解題錯(cuò)誤。

7、學(xué)生物理量概念不清也是影響解決動(dòng)力學(xué)問題的重要因素。主要涉及以下內(nèi)容：

（1）定義式與決定式的區(qū)別和聯(lián)系；

（2）改變量與變化量的區(qū)別和聯(lián)系；

（3）狀態(tài)量與過程量的區(qū)別和聯(lián)系；

（4）瞬時(shí)量與平均量的區(qū)別與聯(lián)系；

（5）矢量與標(biāo)量的區(qū)別與聯(lián)系；

8、學(xué)生認(rèn)識(shí)個(gè)別問題屬性較易，認(rèn)識(shí)某一類問題的共同屬性較難。能量關(guān)系是動(dòng)力學(xué)問題的主線，學(xué)生往往不能從能量傳遞和轉(zhuǎn)化的角度看待各種多質(zhì)點(diǎn)相互作用的問題。在教學(xué)中學(xué)生做過這樣一道題：“一質(zhì)量M為0.8千克的物塊放在光滑水平面上，先用銷釘固定。一質(zhì)量m為0.2千克的子彈，以200米/秒的速度水平射向物塊，子彈穿出時(shí)速度為100米/秒。然后拔除銷釘，子彈仍以200米/秒的速度水平射向物塊，求物塊和子彈的最終速率?！睉?yīng)該說，這是一道綜合程度較高的動(dòng)力學(xué)問題。開始學(xué)生感到對(duì)此題無法下手。一旦教師引導(dǎo)大家將該題兩種設(shè)計(jì)情況的能量關(guān)系理清，他們馬上對(duì)問題的解決得心應(yīng)手。該題的整個(gè)能量關(guān)系是這樣的：

物塊固定時(shí)子彈的初動(dòng)能：子彈射出后動(dòng)能（保留）、子彈與物塊系統(tǒng)的內(nèi)能（轉(zhuǎn)化）；

物塊自由時(shí)子彈初動(dòng)能：子彈射出后動(dòng)能（保留）、物塊的終了動(dòng)能（傳遞）、子彈和滑塊系統(tǒng)的內(nèi)能（轉(zhuǎn)化）；

9、學(xué)生解決動(dòng)力學(xué)問題的能力還取決于掌握這些內(nèi)容所必需的基本知識(shí)。教學(xué)中系統(tǒng)性原則要求教學(xué)循序漸進(jìn)，原因是后學(xué)的內(nèi)容必須有先學(xué)的知識(shí)開辟道路。眾所周知，對(duì)物體準(zhǔn)確地進(jìn)行受力分析是解決各種力學(xué)問題的基礎(chǔ)。此外對(duì)物體運(yùn)動(dòng)過程中外力做功的分析同樣重要。基礎(chǔ)知識(shí)較差的學(xué)生不能根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)的具體物理過程確定外力做功的正負(fù)，功的多少，不能區(qū)別各種不同性質(zhì)的力作功的特點(diǎn)：哪些力做功與路徑無關(guān)；那些力做功與路經(jīng)有關(guān)；那些力不管在什么情況下都不做功。教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生對(duì)這些基本知識(shí)掌握比較薄弱，給動(dòng)力學(xué)規(guī)律的運(yùn)用造成障礙。

10、理解物理規(guī)律本身就是一個(gè)復(fù)雜的心理智力活動(dòng)過程。學(xué)生對(duì)動(dòng)力學(xué)規(guī)律本身含義沒有徹底掌握，也是出現(xiàn)錯(cuò)誤的原因。牛頓第二定律、動(dòng)能定理、動(dòng)量定理都是從合外力效應(yīng)的角度從幾個(gè)方面描述物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的，實(shí)際使用中學(xué)生長(zhǎng)將“合”丟掉，造成解題錯(cuò)誤。此外他們往往容易將動(dòng)能定理和功能原理的公式混淆。這說明認(rèn)識(shí)物理規(guī)律要注重抓特點(diǎn)，只有將其基本特征深入地把握住，從與實(shí)際結(jié)合上下功夫，而不是局限于抽象理論，才能消除學(xué)習(xí)這部分知識(shí)的困難。