从信息加工心理学看物理学习失误的成因及教学对策_物理论文

物理学习错误产生的原因及教学对策——信息加工心理学视角，本文主要内容关键词为：视角论文,心理学论文,对策论文,物理论文,错误论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

物理学习错误可分成两类：一类为浅显错误，主要因粗心造成，比如看错题目、计算错误等；另一类为深层次错误，因概念不清、思维混乱或教师不当的教学等引起。对于深层次错误，教师要深入分析错因，设计纠错方案，这些错误给师生创造了成长的机会，更有研究价值。本文的学习错误指深层次错误，用信息加工心理学的理论分析物理学习错误产生的原因，为我们研究学生错误提供一种全新的视角，可以促使错误研究由经验性向科学性转化，提高纠错效果。

一、从物理情境中提取信息发生障碍，不能获取关键信息

1.呈现的物理信息过多

根据信息加工心理学的观点，个体在某时刻能意识到的东西存储在短时记忆中，存储时间很短且容量有限，一般为7+2个对个体有意义的信息单元[1]。物理学习中，如果呈现给学生的信息量超出短时记忆的最大容量，那么信息中的一些关键部分可能正好被学生忽略，影响学生对有效信息的提取和加工，从而产生错误。

例如，教学“学习使用滑动变阻器”时，学生按图1连接电路，并将实验现象记录在表1中。实验结束后，教师想知道学生对滑动变阻器的理解程度，提出问题：“要使图1的灯泡变亮，滑动变阻器可怎样接入？如何移动滑片？”从课堂反馈看，很多学生回答错误。究其原因，主要是表1呈现的信息远远超过短时记忆容量，而有助于学生分析、理解的关键信息——接入的电阻，可能被学生忽略，影响了学生对滑动变阻器的理解。

2.关键信息隐藏在物理习题中

物理情境提供的信息分为显性信息和隐性信息，学生对显性信息的提取能力要强于对隐性信息的提取能力。没有挖掘出题目中的隐性信息是学生出错的原因之一。

例1 某物理兴趣小组设计了如图2甲所示的电路图进行实验探究，电源为可调压直流电源，小灯泡标有“6V 1.2W”字样，

为20Ω的定值电阻。小组根据记录的电流表和电压表示数，描绘出U-I关系如图2乙所示。（1）略；（2）当电压表示数为1V时，求小灯泡的实际电功率。

3.呈现物理信息的方式复杂

研究表明，学生对单纯文字的信息识别能力较强，解决问题比较顺利，而对表格、图像等信息，需要更高的认知水平和抽象思维能力，不少学生既难以从图、表中提取有效信息，也难以抽象出关键信息，识别问题条件的能力较弱，成为解决此类问题的最大障碍[2]。比如表1或图2乙，因信息呈离散状，学生不知从何“读”起，获取信息时可能顾此失彼，影响对关键信息的把握，进而导致错误。

另外，有效信息与许多干扰信息混合呈现也将影响学生对信息的提取。一些物理试题呈现的信息量大，让学生眼花缭乱，干扰了学生对有效信息的识别，导致遗漏重要信息，产生错误。

二、从长时记忆中提取信息发生障碍，导致加工结果错误

1.长时记忆中的知识模糊

学生从外界获得的信息暂时存储在短时记忆中，同时学生需要提取长时记忆中的相关知识，进行信息加工。如果相关知识模糊不清，认识上一知半解，在提取物理知识时就容易出现错误。

例2 如图3，某同学在做俯卧撑运动，可将他视为一个杠杆，他的重心在A点，重力为600N，那么他将身体撑起时，求：（1）双手对地面的压力至少是多少？（2）若他在1min内做了30个俯卧撑，每次肩部上升的距离均为0.4m，则他的功率至少为多少？

2.长时记忆中没有起固定作用的知识

信息加工就是将新信息与已贮存在长时记忆中的信息建立联系的过程，因此，确保信息加工顺畅、精确进行的前提是学生长时记忆中必须有提供固定作用的前提知识。如果这一条件不具备，学生的信息加工过程将无法进行。比如，探究电流与导体两端电压的关系或电流与导体电阻的关系时，如果学生没有正比、反比关系的数学基础，就不可能得出正确的物理规律。又如，在研究电流与电阻关系时，学生的一个设计方案如下页图4，因为电源电压不变，故改变AB间的电阻，读出电流表示数即可。学生长时记忆中贮存的知识是“电源电压恒定不变”，但现实中电池存在内阻，当外电路电阻变化时，路端电压也发生变化，这其实涉及高中物理知识。由于学生缺乏相关知识，并不会意识到设计方案的错误。

三、不按序列加工信息，引起思维混乱

解决较复杂的物理问题一般要经历几个信息加工过程，后一结论的得出往往以前一结论为基础，若学生对信息的加工不按序列进行，或遗漏某个信息加工过程，则会给下一步的逻辑加工带来障碍，形成错误。

四、逻辑加工过程发生障碍，不能得出正确结论

学生会运用一定加工方式对短时记忆的信息进行加工，从而形成信息间的联系。学生形成新联系的机制是逻辑的，主要有归纳和演绎推理[1]。初中学生正处于具体运算向形式运算的过渡期，主要以形象思维为主，逻辑推理能力相对薄弱，学生容易在逻辑推理时出错。比如，根据实验现象和数据归纳出物理定律或规律，就是归纳推理的具体运用，学生有时只根据少量事实或非本质属性，就轻率得出普遍性结论，出现以偏概全的错误。如学生观察到摩擦力与物体运动方向相反，就归纳出“摩擦力总是与物体运动方向相反”的结论；又如，探究并联电路电流特点时，学生归纳出“支路电流相等”的错误结论，原因是他们选择的灯泡规格相同，是特殊情境，没有收集不同灯泡的电流信息。

五、基于信息加工心理学的防错、悟错策略

1.控制课堂信息量，留足信息加工时间，减少出错机会

有教师认为，要提高课堂效率，就要增加单位时间内的信息，但短时记忆容量有限，如果盲目增加课堂信息量，不给学生预留加工思考的时间，结果必然适得其反。除控制信息量外，还可以指导学生将物理知识组块化，当学生面对大容量的物理信息时，因知识组块的作用，进入大脑的信息量将相对增多，达到在短时记忆容量限度内间接增加信息量的目的，从而有效减少关键信息的遗漏，减少错误的发生。

2.提高加工水平，加深记忆痕迹，防止模糊提取而出错

根据信息加工心理学的观点，信息的提取与信息在长时记忆中的记忆痕迹有关，而记忆痕迹的强度又与相应信息所受到的加工深度有直接关系[2]。所以，提取的信息要准确，就要先加深记忆痕迹，对物理信息精细加工，主要有两种形式：一是双重编码；二是建立知识结构与知识网络。双重编码是对物理知识同时赋予语义和形象编码。比如，学生对“灯丝温度升高，电阻变大”经常记反，原因是教师只对该知识点进行了语义编码，记忆效果不理想。如果讲授时同时配合实验演示，如图6，让学生看到灯泡变暗、电流表示数变小的现象，通过语义和形象双重编码加深学生记忆，避免因提取的信息模棱两可而出错。此外，要帮助学生形成新旧知识之间的关系网络。新知识只有被纳入到学生已有的知识网络中，才便于长时保存和记忆，网络组织得越好，越有利于同化新知识，也就越有利于保存知识[3]。

3.经常复习运用知识，加深对物理概念、规律的理解，防止理解不深而出错

知识的复习、运用可以促进对信息的再编码，不断扩展原有信息的内涵和外延，增强认知结构的辨别性和稳定性。如通过例2的复习运用，学生对W=Gh公式再编码，扩充对“h”含义的理解和认识，提高“h”的可辨别性，减少出错的可能。

4.分解复杂的物理问题，按序列加工，防止台阶太高而出错

对复杂的物理问题，要引导学生梳理信息，每次选择一部分信息，按序列加工，进而降低思维难度，减少错误的发生。比如，上述“学习使用滑动变阻器”教学中，为促进学生理解，教师可引导学生分步关注部分信息，如：表1中，由步骤5知，接入AB能改变电流吗？由步骤6知，接入CD能改变电流吗？分别观察步骤1、2、3、4，这几种接法能改变电流吗？分别观察步骤1、2或3、4，接入的电阻有何特点，改变电流的作用是否相同？观察步骤1、2、3或1、2、4，对电阻改变起决定作用的是哪一边的接线柱？通过一个个信息的加工过程，学生对滑动变阻器才能形成全面的认识和理解，减少犯错几率。

5.唤起学生的“注意”，引起学生选择性知觉，促进学生悟出错因

根据信息加工心理学的观点，学生从感觉器官获得的信息首先到达感觉登记器，信息在感觉登记器中的停留时间非常短，如果引不起注意，就会丢失这部分信息。只有被“注意”的信息才能进入短时记忆系统。如果一些重要信息没有被学生“注意”到，就会发生错误。因此，在引导学生对思维反思时，要激发学生的选择性知觉和“注意”。具体措施有：①通过对比，促进学生选择性知觉。例如，图7中，物体沿斜面匀速运动，许多学生认为摩擦力与拉力相等，因为学生没有识别出斜面与水平面的受力情况不同。在引导学生悟错时，可将图7和水平匀速的图片并列在一起，引发学生选择性知觉，让学生主动检索两图的不同之处，进而悟出可能的不同结果。②通过语言提醒，唤起学生有意注意。在例1的纠错教学中，教师可提醒学生再次观察图2乙，将学生注意力集中在图像信息上：