动力学问题典型错误的教育心理分析

白石

动力学问题是物理教材的重点和难点。在教学中可以发现，学生对动力学问题的认识有其普遍规律。为什么不同教师施教的学生在学习动力学时发生的错误基本相同？为什么不同界的学生对动力学的模糊认识基本相似？这只能用动力学规律的共性及学生心智活动的共同心理规律加以解释。基于以上认识，注意从学生的反馈信息中收集他们在解决动力学问题时存在的普遍问题，对教育过程中学生产生错误的共同心理现象进行研究，会收到事半功倍的效果。

学生在解决动力学问题时，有以下几方面倾向值得注意。1、许多学生对物理概念、规律、公式记得很熟，但却不能通过思维把握所研究问题的实质，不能把研究的问题纳入到相应的知识系统中去。当他们处理比较具体的物理问题时，不善于根据各种可能变更的情况，舍去非本质因素，不能从问题中抽象出合理的、可用规律公式解决的物理模型。他们对所研究的物体何种情况可以看成质点，何种情况不能看成质点常常把握不定；对什么情况下必须考虑重力，什么情况下可以忽略重力感到含糊不清。在学习万有引力这部分内容时，学生对“物体的重力并不等于地球对物体的引力”这一结论表示怀疑。他们认为，这种讲法与静力学中“重力的方向指向地心”的说法相矛盾。产生这种疑问的根本原因是物理模型中是否应该考虑地球自转弄不清楚。学生不能灵活的根据实际情况从不同角度抽象物理模型。这种心理障碍使他们对以上这类问题认识不清。

2、学生往往不善于分析、综合所研究问题中物体间的相互联系。动力学问题的核心，在于对研究问题中涉及的物体各力学量进行分析与综合，找出它们的联系，确定解题各环节中的研究对象。实际表明，由于学生综合能力与分析能力较弱，因而比较难于理清物体系整体和物体个体之间的关系，进而不能从复杂的问题中找出研究的对象。比如学生作过这样一道题：一根轻质弹簧上端固定，下端挂一质量为m的平盘。盘中有一物体，质量为M。当盘静止时，弹簧长度比自然长度伸长了L。今向下拉盘使弹簧再伸长⊿L后停止。然后松手放开。设弹簧总处在弹性限度内，刚刚松手时盘对物体的支持力等于多少？学生在解决这个问题时，在选取研究对象上表现出以下两种心理障碍：一种是将物体和平盘始终连为一个物体；另一种是将物体和平盘始终隔离研究。前者无法得出结果，后者则难于得到结果。只有头脑灵活、思路开阔的学生容易从整体和局部对象研究的结合上敏捷的找到解题思路：先将物体和平盘“合”在一起求放手时的瞬时加速度，再将物体和平盘“分”成两份求此时平盘对物体的支持力。但一般学生较难产生这种思维形式。

3、由于学生日常经验的负迁移作用，学生难于将生活经验表现为一个整体过程的动力学问题分开考虑。譬如，在日常生活经验中锤子把钉子钉入木板是一个整体运动过程。虽然学生学了动量守恒和动量定理，但他们总不容易把锤子和钉子的作用看作一瞬间碰撞过程，而把钉子克服木板阻力进入木板看成另一分过程，结果使他们把这类复杂的多过程问题错误的简化。

4、学生综合分析问题能力的差异也是影响解决力学问题的重要因素。解决动力学问题的途径较多，各种途径的适用条件及研究对象的鉴别又较为复杂。在解决综合问题时能力差的学生对选择哪种途径解决问题常常感到棘手，表现为缺乏明确的目的性，喜欢靠盲目的尝试与猜测去探求解题的途径。

5、习惯思维的影响也是学生解决较为综合的动力学问题的一种心理障碍。这也是目前教学研究中讨论较多的“思维定式”问题。一般说来，学生思维都有先入为主的习惯，这样，先掌握的知识对后继的学习内容有可能产生不良的干扰作用。如牛顿运动定律结合匀变速运动公式是解决动力学问题的起步方法，学生掌握较为牢固，但随着知识的深化，这种思维定势的学生在解决变加速运动问题时，也不适当的运用这种解题模式，甚至部分学生不去判断物体运动的类型就选用它去解题。这除了说明学生对匀变速运动公式的适用条件缺乏认识外，也说明定势的心理因素对思维的影响。

6、学生对知识的理解要经历不同阶段。学生和教师对这种阶段性的认识模糊，也会给动力学问题的解决带来困难。大家知道，参照系是研究物体运动的前提。教师如果不在教学中强调现阶段的定律、公使只能在静止或匀速运动的参照系成立的话，学生就会产生错误。比如，对在圆盘上与圆盘相对静止的物块的受力分析问题就会感到困难，对船上的人与浮在水面的船相互作用而运动时不选船作参照物也会感到困惑，他们甚至会在一个公式填上选用不同参照系的状态量而使解题错误。

7、学生物理量概念不清也是影响解决动力学问题的重要因素。主要涉及以下内容：

（1）定义式与决定式的区别和联系；

（2）改变量与变化量的区别和联系；

（3）状态量与过程量的区别和联系；

（4）瞬时量与平均量的区别与联系；

（5）矢量与标量的区别与联系；

8、学生认识个别问题属性较易，认识某一类问题的共同属性较难。能量关系是动力学问题的主线，学生往往不能从能量传递和转化的角度看待各种多质点相互作用的问题。在教学中学生做过这样一道题：“一质量M为0.8千克的物块放在光滑水平面上，先用销钉固定。一质量m为0.2千克的子弹，以200米/秒的速度水平射向物块，子弹穿出时速度为100米/秒。然后拔除销钉，子弹仍以200米/秒的速度水平射向物块，求物块和子弹的最终速率。”应该说，这是一道综合程度较高的动力学问题。开始学生感到对此题无法下手。一旦教师引导大家将该题两种设计情况的能量关系理清，他们马上对问题的解决得心应手。该题的整个能量关系是这样的：

物块固定时子弹的初动能：子弹射出后动能（保留）、子弹与物块系统的内能（转化）；

物块自由时子弹初动能：子弹射出后动能（保留）、物块的终了动能（传递）、子弹和滑块系统的内能（转化）；

9、学生解决动力学问题的能力还取决于掌握这些内容所必需的基本知识。教学中系统性原则要求教学循序渐进，原因是后学的内容必须有先学的知识开辟道路。众所周知，对物体准确地进行受力分析是解决各种力学问题的基础。此外对物体运动过程中外力做功的分析同样重要。基础知识较差的学生不能根据物体运动的具体物理过程确定外力做功的正负，功的多少，不能区别各种不同性质的力作功的特点：哪些力做功与路径无关；那些力做功与路经有关；那些力不管在什么情况下都不做功。教学实践表明，学生对这些基本知识掌握比较薄弱，给动力学规律的运用造成障碍。

10、理解物理规律本身就是一个复杂的心理智力活动过程。学生对动力学规律本身含义没有彻底掌握，也是出现错误的原因。牛顿第二定律、动能定理、动量定理都是从合外力效应的角度从几个方面描述物体运动规律的，实际使用中学生长将“合”丢掉，造成解题错误。此外他们往往容易将动能定理和功能原理的公式混淆。这说明认识物理规律要注重抓特点，只有将其基本特征深入地把握住，从与实际结合上下功夫，而不是局限于抽象理论，才能消除学习这部分知识的困难。