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物理学习的动机和能力的转化探究 高一物理 黄汉杰1 物理学习的一般规律物理的学习和其它学科不同。物理概念是物理事物的抽象，物理中的公式赋予了丰富的含义，是对某种现象所作的综合的用数学表达式概括出来的一个式子，所以在学习过程中，大多数的学生都感到枯燥难学。教师在教学的过程当中，首先要让学生明白为什么要学？也就是学生学的动机是什么？其次要培养学生学习物理的兴趣。在有兴趣的前提下，还要对学生的智力和综合能力作一个有效的分析，根据其相关的特点做出相应的策略，使物理学习能顺利进行，达到相应的能力要求。这才是最终的目的。物理学习的规律就是对物理学习中的动机、兴趣、智力、综合能力的分析研究。2 影响物理学习向能力转化的因素物理学习最终是要培养学生具有一定的能力，影响物理学习向能力转化有以下几种因素：（1）物理学习动机（物理学习动机是直接推动学生学习物理的一种内部动因）（2）物理学习兴趣 （3）物理学习中的智力（观察力、记忆力、想象力、思维力）。下面通过对各种因素的分析并探究出物理学习向能力转化的途径。3 物理学习中的动机和兴趣的培养3.1物理学习中的动机学习动机是指直接推动人们进行学习的一种内部动因，是一种为满足个人物质需要和精神需要而渴望了解、认识世界的心理状态。它来自激励和指引学生进行物理学习的种种需求。这些需求既反映了科技教育和社会对学生学习物理的客观要求，也反映了学生自身对自然界进行探索和改造的主观愿望。物理学习动机往往以学生的好奇、探索、操作、胜任、愿望、欲求、意图、信念、兴趣、爱好、焦虑、内疚等各种形式表现出来，并且对学生的物理学习起着非常重要的影响作用。因此，教师们必须非常重视动机在学生学习物理过程中的作用。物理学习动机在学生学习物理过程中的作用主要体现在以下三个方面首先是引起学生想学习物理的激发功能。其次，物理学习动机在学生学习物理的过程中还具有定向的功能。最后，物理学习动机在学生学习物理过程中还具有强化的功能。由于具有这种动机，学生在物理学习的过程中可以保持适当的强度，直至任务的完成。学生在学习的过程中如果遇到困难，则在这种动机的作用下，学生容易产生克服所碰到困难的勇气和毅力，而反过来，困难的克服也更容易激起学生完成学习任务，实现目标的决心。物理学习动机从不同的角度按照不同的标准可以有不同的分类，一般可以分为直接性动机和间接性动机。直接性动机是指由学生本人自行产生的动机。学习活动的本身就是学生所追求的目的，它是动机中最现实和最活跃的部分。在学生学习物理的过程中，这种动机来自于物理学习活动的本身。其中的一种情况就是如果学生从外界得到的信息与已经形成的认识结构和期望之间形成不一致、分歧和矛盾，则会由此产生疑问、兴趣和好奇心，进而发展为弄清楚这种差异的渴望，于是就有了学习新知识的动机。如学生在开始学习运动和力的关系之前，由于头脑中已经积累了大量的有力作用在物体上物体才能运动的事实，因此也就自然认可力是维持物体运动原因的观点。但当教师向学生演示用力推动实验小车在桌面上运动，撤除推力以后小车仍然运动一段距离后才停下来的现象，并进而追问学生撤除推力以后没有力作用在小车上的时候小车为什么还会运动的时候，前面所说的那种差异和矛盾就显露出来了，即学生产生了强烈的疑问和好奇心，并进而在内心产生了解决这种差异的动机。 间接性动机则是指由学生本人以外的家庭、社会和学校等外部因素所提出的动机。它来源于学习目的、心理需要和社会影响等。在高尚的间接动机作用下，学生会表现出克服困难的毅力，从而获得较好的学习效果。例如，在物理课上物理教师向学生介绍了布鲁诺为了坚持真理而献身于宗教火刑的事迹，进而要求学生在学习物理的过程中要坚持实事求是，不畏惧苦难，并立志为科学做出贡献的时候，学生深受感动，因而在内心产生了立志为科学而献身的动机。这种动机并不是起发于学生自身，而是在教师要求这一外界因素下产生的，因而是间接的。 在物理学习过程中动机的强度和学生的学习效率并不是成简单的线性关系。许多心理学家研究早已表明，动机和效率之间的关系还要受所学习内容难度的影响。对于难度适中的学习内容，中等强度的动机为动机的最佳水平，学习效率最高。如正常的物理学习内容对大多数的学生来讲难度是适中的，因此这时我们应该要求学生以一种中等强度的动机来学习。对于难度较小的内容，要想取得比较好的学习效率就得保持比较强的学习动机。对于难度比较大的内容，则只有当动机强度比较弱的时候才能取得比较高的学习效率，因为此时过强的动机反而会抑制学生水平的发挥。了解了这一点我们就可以在学生碰到困难的时候给予学生正确的指导，从而使学生能够取得最好的成绩。3.2 物理学习中的兴趣的培养学习兴趣同学习动机一样，也是产生于学习的需要。对某一事物产生了动机，还不一定能发展为兴趣；若一旦成为兴趣，则必然有与之相伴随的动机。兴趣还与活动相联系，以活动结果获得的满足感而巩固、加深。教师在教学过程中可通过以下方法培养学生的兴趣。3.2.1 突出实验教学的特色物理学是一门与实验密切相关，具有严谨理论结构的学科。因此教师在教学中要突出实验教学的特色。首先，演示实验要尽量做到直观、生动、有趣，确保实验的成功率。比如针对学生在“短路”的概念和由“短路”所产生的后果理解上有困难，可以采用把保险丝直接连入照明电路，并在保险丝下面放上易燃的纸的实验装置。当闭合电键后，由于短路电流很大，产生大量的热，保险丝在瞬间熔断，在高温的作用下，纸会自然燃烧起来。这就让学生很快理解防止“短路”的真正含义。其次，让学生分组实验，通过规范的分组实验，在满足学生动手愿望基础上，使他们真正体会到物理教学中的分组实验是必不可少的部分。3.2.2 提炼风趣幽默的教学语言教师在教学过程中要求语言诙谐幽默，做好“演员”角色，引导学生投入到课堂学习中，同时保持课堂气氛轻松活泼。在教学过程中可以利用肢体语言来强调问题。也可以穿插一些成语典故、幽默笑话、顺口溜、歇后语，物理学史、科学家生平事迹等。还可以采用问题讨论、分组竞赛等手段，随时变换教法，抓住学生眼球，让学生随着教师的导演，紧跟教师完成每一堂课的教学和学习任务。例如学习长度的单位“纳米”时，可以介绍“纳米技术”和“纳米材料”，既可以让学生了解一些物理常识，特别是现在社会上流传纳米技术和纳米材料很神秘，很有必要让学生了解这些常识，认识到物理并不神秘但很有用，又可以激发学生的学习兴趣。3.2.3 利用实践活动，保持兴趣的延伸教师要根据学生的学习情况，设计出一些学生通过一定努力便能独立解决的问题，由学生自己去解决或实验。遇到问题时，教师再及时给予帮助。当学生解决了面临的问题后，便会获得成功的满足，产生愉快兴奋的情绪，从而形成越学越有兴趣，越有兴趣越想学的良性循环。例如让学生观察日常生活中的摩擦力，分析摩擦力的好与坏，写一篇没有摩擦力的时候。4 物理学习中的智力 4.1物理学习中的智力物理学习的智力，是使学生能够顺利完成物理学习认知活动的比较稳定的个性心理特征。物理学习中的智力，包括观察力、记忆力、想象力和思维力。4.1.1物理学习中的观察力观察力是观察活动的能力。学生与物理环境的作用从根本上说始于观察，从观察中获得感性材料。因此，观察力是物理学习认知活动的门户和源泉，是学生获得感性认识的智力条件。学生的观察力水平，主要反映在观察的目的性、敏锐性、准确性、深刻性和全面性等方面。用观察的深刻性来做比方，观察的深刻性,是指观察不能停留在表面现象上，要深入到现象的本质。如:手推一物体使它运动，手离开不久物体就会停下来，表面上看好像力是维持物体运动的原因，然而深入的思考会得出物体停下来是由于摩擦力作用的结果，因此就会考虑到这一现象的本质所在，即力是改变物体运动状态的原因。可见，思维的积极参加，可以提高观察活动的深刻性。4.1.2物理学习中的记忆力物理记忆是一种要求较高的记忆。学习物理不能靠机械记忆，而应以意义记忆为主。物理知识的核心是概念和规律，一般都相当抽象、相当简练，而概念、规律的扩展和应用又相当具体、相当丰富。如果未能理解其内涵和外延，仅从字面上来背记，是十分困难的，也是无效的。此外, 物理记忆需要不断简化和组织。一个人记忆的全部物理内容及其组织，实际上就是这个人头脑中现有的物理认知结构。事实上,学习其任何内容记忆也需要不断简化和组织，由于物理知识抽象，丰富，故记忆更要简化和组织。4.1.3物理学习中的想象力想象是物理智慧中最活跃的成分。物理学习中的想象是具有突出特色的想象活动。物理想象不同于文学艺术中的想象，它比文学艺术中的想象更概括、更抽象。物理想象也不同于数学想象，它不仅需要空间想象，也需要对客观事物状态及发展过程的较为形象的想象。学习物理的想象力包括下列基本要素：建立空间位置关系的能力，形成物理图景的能力和构想理想化形象的能力。建立空间位置关系的想象能力与学生的数学水平，尤其是几何水平有关。这种能力实际上是一种物理化了的数学能力，是由多年在数学训练中形成的能力转化而来的。414 物理学习中的思维力思维是物理智力活动的核心。物理学习中把感性认识上升为理性认识主要靠思维，从理性再回到感性的解决物理问题阶段主要靠的也是思维。一个人思维能力的高低，将从根本上影响他的物理学习效果。物理思维能力主要有物理抽象能力、物理概括能力、物理判断推理能力、物理综合分析的能力。在形成物理概念中，抓住事物的本质属性靠的是抽象，给概念下定义也是抽象，解决物理问题要抓住主要的，忽略次要的，这就要求抽象，因此思维力是物理的基本能力。高中物理教学中应着重提高学生的思维能力。5 物理学习中的综合能力5.1 物理阅读和表达能力在物理学习中，阅读和表达是以语言为媒介的学生与物理环境相互作用的形式。通过阅读，学生能够从物理教材或参考书中获得对事物的感知，还能把有关材料与认知结构相联系从而理解这些材料。通过表达，学生能够实现对物理环境的作用，把学习的结果显示出来。近年来，不少新的物理教学方法改革都十分强调学生的阅读和表达，注意培养学生的阅读和表达能力。可见，阅读和表达能力在物理学习中确实起着十分重要的作用。一般的阅读和表达能力强的学生，在物理阅读和表达上不见得表现出能力一定强。物理阅读和表达是具有鲜明特色的一种特殊阅读和表达，原因在于其媒介物理语言是具有鲜明特色的一种特殊的语言。物理阅读和表达能力实质上是理解和运用这种特殊语言的能力。学生在阅读中不能停留在对文字语言本身的理解上，必须抓住文字语言所表达的物理内容，理解其物理实质。物理语言是科学语言，他不仅少而精而且是日常语言简约化的，叙述逻辑性强语法严谨，句型复杂，联合成分多。比如，牛顿第一定律仅用不到40个字就揭示了宇宙中一切物体都具有的共同属性惯性。又如，“导体中的电流强度跟这段导体两端的电压成正比”，这里“导体中”、“这段导体两端”都是定语成分，用来修饰电流与电压成正比的关系，这与日常用语的简约化成了鲜明的对比。5.2 物理实验能力物理实验能力是一种包罗广泛的能力，实验过程中要进行各种不同的活动，不同的活动需要不同的能力，一般要求具有观察物理现象的能力、操作仪器设备的能力和分析和处理数据的能力。而操作仪器设备的能力在教学当中处于核心的地位，原因在于动手操作是由外显的机体运动来实现的，它具有鲜明的实践性。动手操作是否为实验教学所独有呢？在实验教学以外的各教学形式中也有动手的活动，如动手做习题，不过这种动手只是心智活动的初步外显和延伸，与实验中的动手有根本的区别。因此，动手操作是实验教学所独具的一种活动。5.3 分析和解决物理问题的能力分析和解决物理问题的能力是整个物理学习能力的集中反映。正是由于这个缘故，考查整个物理学习能力通常都是以考查分析和解决物理问题能力的方式进行的。5.3.1 构成问题的一般成分从某种意义上讲，学习的最终目的是能够比较自如地解决各种问题。所谓问题，是这样一种情境，个体想做某件事，但不能即刻知道做这件事所需采取的一系列行动。每个问题一般都包括以下四种成分：目的，即在某种情境中想要干什么；个体已有的知识；障碍，即是指在解决问题的过程中会遇到的种种需解决的因素；方法，即个体用来解决问题的程序或步骤。解决问题的活动是由种种智力活动和行为活动构成的。解决问题的办法是由已有知识经过新的组合而产生，以便达到一定的目的。显然，一个人的能力越强，拥有的知识越多，对信息做出更多组合方式的可能性就越大，从而能够顺利解决问题的机会就越多。5.3.2 分析和解决物理问题的能力所包含的要素分析和解决物理问题的能力主要包括识别和分析问题的能力、新知识组块的生成能力、选择解决问题策略的能力和运用数学工具解决物理问题的能力。其中关键的要算新知识组块的生成能力。分析和解决物理问题的实质是物理知识的灵活应用，而生成新的知识组块是把知识引向应用的关键。新知识组块的生成能力可以带动其他三项能力的发展。生成新知识组块的能力强了，遇到问题就能迅速建立起适合的物理模型，将使识别和分析问题的过程同物理知识更紧密地联系起来，从一开始就能看清问题的物理实质，这样也就提高了识别和分析问题的能力。5.4 自学能力自学能力是学生通过自己独立学习获得知识和技能的一种能力。自学能力包括独立阅读、独立思考、独立研究、独立观察、独立实验等能力，所以它是一种综合能力。它的最大特点在于必须通过独立的活动，与物理环境发生相互作用，使自己的行为或行为潜力发生比较持久的变化。5.5 创造能力创造能力是一种进行创造性活动的能力。创造能力是集各种智力和上述其他综合能力于一身的一种特别综合的能力，是一种最高层次的能力。创造能力的发挥还依赖于一些非智力的良好心理品质，如：对大自然奥秘的好奇心和惊讶感；对科学创造与学习的浓厚兴趣和强烈的动机，忍耐性、坚持性和百折不回的顽强意志，善于怀疑、敢于进攻的勇气和魄力，以及严于自我批评的谦恭精神，等等。通过以上的分析，可以知道物理学习中受到多种因素的影响，物理学习最终目的是具有物理学习能力，其能力如何转化而来？除了我们经常提及的动机和兴趣外，还有很多智力因素和非智力因素等，在这里不一一详细谈论，我们着重探究通过怎样的途径可以有效地把物理学习向能力转化？结合物理教学实际研究如何培养学生的物理学习的能力，物理阅读和表达能力，分析和解决物理问题的能力，物理实验能力、自学能力和创造能力。6 物理学习向能力的转化的途径物理学习的内容不包括能力，但培养能力却是物理教学要达到的首要目标。下面探讨由物理知识转化为能力的途径。6.1 让学生形成清晰而完整的物理认知结构6.1.1 形成知识的认知结构认知心理学认为，如果学生头脑中的认知结构中的知识结构有序，系统性好，层次分明，则在利用已有知识解决新问题时，就能够迅速、准确地提取与之有关的知识；反之，则会发生提取困难或错误，从而影响认知结构的可利用性。在物理教学中，学生如能有序地认知知识结构，就能提高分析和解决问题的能力。如在高中教学中洛仑兹力这一知识点总结时可以逐个对概念、规律及所涉及的问题进行分类和展示： 带电粒子在匀强磁场中作匀速圆周运动一类问题，其中突出几何关系； 带电粒子在复合场中的运动，突出讨论能量关系； 受束缚的带电体（放置在斜面上、套在杆子上等）运动变化规律讨论； 带电粒子在变化磁场中的圆周运动与带电粒子作圆周运动时进入磁感应强度不同区域问题的讨论。通过对洛仑兹力上述四种类型问题的提出，有助于对问题的一般呈现形式、思考时的切入角度、解决这类问题所采用的一般方法等形成整体认识。如要使学生在较大的范围内形成知识结构的有序，以“运动和力”为例，教学中可根据物理现象、情境、过程等引导学生不断进行思考、归纳，整理出“运动和力”的总体关系：教师应把握从某一“知识点”出发，形成对某部分内容认识的“知识链”，最终使学生头脑中形成清晰的知识认识网络体系。6.1.2 把知识向方法、能力转化 与其它学科学习相比，物理学习中对方法、能力的要求显得尤其重要。知识和能力的关系是极为密切的，知识是能力的基础，能力只有在掌握知识与运用知识的过程中才得以发展，离开了知识的学习和运用，能力的培养就成了无源之水、无本之木。可以这么说，物理学习中单凭知识的有序排列，只能解决典型情境下的物理问题，还不能真正形成完整的解决物理问题的能力。若要使学生能解决新问题、开拓新领域，就必须在知识有序的基础上发展对知识的迁移和变通能力。6.1.2.1 变通 变通是指思路的变换与贯通，解决问题不受思维定势的影响，当一种方法行不通时，能及时变换另一种可能行得通的方法。从有序到变通，一般是在同化学习中发生的。新的认识活动与原有的“序”之间存在着一定的矛盾，但没有根本的矛盾，这时就要适当地改变原来“序”中的某些部分，调整成适合于新活动的形式。在这个过程中，应用性实践使思路逐步达到变换与贯通，摆脱原来“序”的限制。由此可见，变通能够变换原来的“序”，产生虽属与原来同类但有较大差别的新“序”，这种在具体活动中灵活应变的心理特征，显然是能力的重要方面。培养学生解决物理问题的变通能力可以通过不断变换题设条件、变换解题思路等方面进行。6.1.2.2 迁移 迁移是指一种学习对另一种学习的影响，就是能巧妙地把物理结论及信息迁移到不同的物理过程加以应用，开阔思路、化难为易。心理学的大量实验指出，产生迁移的关键是学习者在两种活动中概括出它们之间的共同原理，可见迁移是与概括密切相关的，只有通过概括这一思维活动才能产生迁移。用已知的上位知识得出下位知识，或把具有一定概括性的知识与实际问题联系起来，就产生了概括性的迁移。学生对已有知识的概括水平越高，就越能揭示以前没有认识过的同类新对象的实质，并将新对象纳入已有的知识经验系统，因而也就越能顺利迁移。例如，深入透彻地理解光的折射定律，将使后面的全反射、棱镜等教材的学习变得比较容易。其原因在于后几节教材的内容被概括到折射定律中去，形成了以折射定律为上位知识的认知结构。6.2 训练学生解决物理问题的基本技能 训练学生解决物理问题的基本技能也就是在教学情景中教师让学生认识物理问题的解决方法。也就是训练其解决物理问题方法的能力。解决物理问题方法很多，但有些方法是可以相通的,教师可以在让学生在掌握某些方法的基础上让学生有更好的解决实际问题的能力。教师在教学中适当地培养这些基本技能，学生在以后解题时可以按照实际问题选择相应的方法，提高解题效率，从而达到提高解决实际问题的能力。在实际的教学中，物理解题方法有以下几种：求异思维法、假设法、类似模型法、变换参照系法、情景图像法和对称法等。下面就求异思维法和变换参照系法举例说明。6.2.1 求异思维法 求异思维是一种创造性的思维。一般是指在思维活动中不按照现成的、常用的方案和程序，而是应用新的方案和程序去解决问题的思维活动。若将这种思维方式应用于解决物理问题，不仅能揭示物理问题的本质及规律，还能达到另辟蹊径，出奇制胜的效果。例1 质量分别为m，M的物体，中间用一轻质弹簧栓接，如图，竖直放在水平地面上。今对物体m施加一竖直向下的压力F，要使放手后m能将M从地面提起，F至少为多大?图1解析：本题按常规应从最低点和 m 的弹起过程着手，利用力学原理和机械能守恒观点处理。解题过程较为复杂。若能考虑到本题的最小力为释放后m恰能将M吊起，则M和弹簧组成的系统可视为一弹簧振子，其在最高点和最低点的物理量是关于平衡位置对称的。撤掉F瞬间系统所受合力为F，在最高点系统所受合力为( m + M ) g所以 F = F下回 = F上回 = ( m + M ) g点评：对于一些物理问题，若按常规思维方式显得繁琐甚至不得其解，这时就得避开常规的思维模式，大胆进行变通、迁移，另辟解题捷径，创造性地设置新情景，往往能使问题迎刃而解。6.2.2 变化参照系法在研究物体的运动时，习惯于取大地为参照系，但由于题设条件的限制有时可能无从下手或难于解答。这时可巧妙地选取一个特殊的参照系，从新视场去观察和分析物体的运动情况。就能达到殊途同归、事半功倍的解题效果。例2 如图2所示，空腔物块 长为 L ，质量为M，滑块 B 的质量为 m ，长L2,其左端小槽，槽内装有轻质弹簧。开始时，B紧贴A1，使弹簧处于压缩状态，今突然松开弹簧，在弹簧作用下整个系统获得动能，弹簧松开后，便离开小槽远离物块 ，以后B将在 和 之间发生无机械能损失的碰撞。假定整个系统都位于光滑的水平面，求：1)弹簧松开后滑块A1 A2和B的速度大小；2)物块B相对滑块 运动的周期。图2解析：此题第2) 问若按常规选用大地为参照系，则计算滑块周期将是一个十分繁杂的问题，但选取为参照系，求出B相对于 的运行速度，再求碰撞周期，则难度将大为降低。1)设 m 速度 ，速度 ，对 AB 系统有：0 = m - (1) = + (2)联立(I)(2)可得： 2)设m、M碰后速度分别为 又有点评：某些题目中物体系的运动情景复杂，运用常规参照系，列式繁杂，计算量大。如灵活选择参照系，从新角度分析物体系的运动情况，往往能化繁为简，化难为易。6.2.3 情景图像法解物理题的过程在某种程度上就是作图的过程，能否准确、简洁、熟练地画出物体的运动状态分析图、受力分析图，或能否用图象表达出物体运动的具体情景，往往是解决问题的关键环节。例3 人能看见卫星的条件是卫星被太阳照着且在人的视野之内。一个可看成漫反射的卫星的圆形轨道与赤道共面，卫星自西向东运动，太阳光垂直射向赤道，赤道上某处的人在日落8小时时在西边的地平线附近恰能看到它，之后极快地变暗而看不到了，已知地球半径为R，地面重力加速度为g，计算：1)卫星离地的高度；2)卫星速度大小。分析：此题无现成的公式可套用。但可据题目所叙的物理情景作出情景图像如图3 设人在A点随地球自转到点时需时=8小时，在点时恰好能看见卫星，之后太阳光照不到卫星上，又看不见卫星了。设卫星离地高度为h，地球自转周期为。1）题目要求出卫星离地的高度，由图3分析可知只要求到 的大小。根据题目，人应在点看到卫星，那么到A（太阳光好可以照到卫星）点所需时间t为8小时（赤道上某处的人在日落8小时时）。 图3点评：有些物理过程仅用文字叙述情景茫然，计算起来无从下手。若能将题目所叙的主要物理过程用图象示之，很多复杂的变化过程就能简洁明了地跃然纸上。利用图象就能轻松求解。 物理的学习不能仅限于这几种的解题方法，而应在学习的过程中慢慢让学生接触这些方法，而且要让学生自己有一种方