初中物理教學(xué)中糾正錯(cuò)誤前概念的實(shí)踐研究

白孝忠

物理前概念是學(xué)生在接觸科學(xué)知識前，與周圍環(huán)境長期作用形成的對生活現(xiàn)象的經(jīng)驗(yàn)型認(rèn)識，對物理學(xué)習(xí)既有積極影響也有消極作用。正確的前概念為物理學(xué)習(xí)做好鋪墊，成為概念學(xué)習(xí)的資源和增長點(diǎn)，對學(xué)生掌握物理概念產(chǎn)生積極影響；而錯(cuò)誤的前概念將成為物理學(xué)習(xí)的障礙，如果得不到及時(shí)糾正，將影響學(xué)生對科學(xué)概念的順應(yīng)，阻礙科學(xué)概念的構(gòu)建，從而使學(xué)生感到物理難學(xué)，失去學(xué)習(xí)興趣。本文以蘇科版八年級下冊第十章第五節(jié)“物體的浮與沉”為例，談?wù)劶m正錯(cuò)誤前概念的具體做法和體會(huì)，以期拋磚引玉。

一、進(jìn)行教學(xué)前測，了解學(xué)生錯(cuò)誤前概念

教授新知識前，教師應(yīng)采用診斷性的測試方式，如問卷調(diào)查和訪談法，激活學(xué)生經(jīng)驗(yàn)圖式，讓學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)浮出水面。對于前概念及轉(zhuǎn)變策略研究來說，診斷學(xué)生前概念非常必要，而且要弄清哪些是正確的，哪些是片面的，甚至是錯(cuò)誤的。對錯(cuò)誤的前概念，教師要設(shè)計(jì)科學(xué)合理的教學(xué)過程以幫助學(xué)生改造和重組原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從而形成正確概念。在教學(xué)浮力知識前，對本校154名初二學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，并訪談部分學(xué)生，研究結(jié)果及分析如下。

1.對漂浮狀態(tài)的認(rèn)識

（1）對漂浮原因的認(rèn)識

如表1，近一半學(xué)生（48.1%）認(rèn)為物體能浮在水面上是因?yàn)槭艿降母×Υ蟆Ｒ豁?xiàng)對7～12歲兒童的研究發(fā)現(xiàn)，31.7%的兒童認(rèn)為物體漂浮是因?yàn)檫@個(gè)物體很輕，17.2%的兒童認(rèn)為物體是空心的[1]，而本調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，持這兩種觀點(diǎn)的學(xué)生各占3.2%，百分比大幅下降，原因是學(xué)生經(jīng)歷了小學(xué)科學(xué)課程和初二大半年的物理課程學(xué)習(xí)，知識在增長，生活閱歷逐漸豐富，一些錯(cuò)誤的觀念發(fā)生了潛移默化的轉(zhuǎn)變，學(xué)生的自我教育在這種轉(zhuǎn)變過程中發(fā)揮了重要作用。因?yàn)閷W(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了密度知識，有45.5%的學(xué)生開始用密度的視角思考物體浮沉的原因。

表1

（2）對漂浮浮力的比較

如表2，大部分學(xué)生（71.9%）認(rèn)為物體露出液面的體積越大，就是浮的越厲害，受到的浮力也就越大。僅有13.4%的學(xué)生認(rèn)為一樣大，說明多數(shù)學(xué)生不能將漂浮與平衡狀態(tài)聯(lián)系起來，缺乏在具體情景中應(yīng)用物理知識的能力。

表2

（3）對上浮和漂浮的理解

如表3，91.6%的學(xué)生認(rèn)為“上浮”與“漂浮”是有區(qū)別的，但只是從字面意思上區(qū)別了“上浮”和“漂浮”，在物理情景中應(yīng)用時(shí)卻會(huì)犯錯(cuò)，如表4，正確率僅為37.6%，51.0%的學(xué)生選A，其實(shí)他們就是把兩者混淆了。

表3

表4

2.對下沉狀態(tài)的認(rèn)識

與漂浮原因的認(rèn)識相似，學(xué)生思維主要集中在一個(gè)因素，即物體自身特點(diǎn)或者浮力大小，如表5，認(rèn)為與物體自身有關(guān)的（物體很重、物體是實(shí)心的）占10.3%，43.6%的學(xué)生認(rèn)為“受到的浮力小”，這些都是從一個(gè)維度考慮浮沉條件，而實(shí)質(zhì)上要比較重力與浮力或物體與水的密度大小關(guān)系，說明學(xué)生依據(jù)知識與經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建起來的前概念一般不復(fù)雜，但前概念是學(xué)生與環(huán)境長期作用的結(jié)果，往往根深蒂固，“不復(fù)雜”并不意味著可以輕松轉(zhuǎn)變。因?yàn)檎莆樟艘恍┟芏戎R，有46.1%的學(xué)生認(rèn)為“物體密度比水大”。

表5

3.對懸浮狀態(tài)的認(rèn)識

（1）對懸浮現(xiàn)象的認(rèn)識

上浮、漂浮、下沉現(xiàn)象司空見慣，懸浮在日常生活中少見，學(xué)生缺乏這樣的生活體驗(yàn)。如表6，27.9%的學(xué)生認(rèn)為“懸浮”不可能，9.1%的學(xué)生“不知道”。

表6

（2）對懸浮原因的認(rèn)識

要求表6選A的學(xué)生繼續(xù)回答表7的問題，36.4%的學(xué)生認(rèn)為物體懸浮在液體中應(yīng)還受其他外力作用，說明學(xué)生心目中的“懸浮”與物理學(xué)上的懸浮概念存在偏差，進(jìn)而表明學(xué)生對物理學(xué)上的懸浮現(xiàn)象持懷疑態(tài)度。

表7

（3）對懸浮現(xiàn)象的理解

表8中，59.7%的學(xué)生認(rèn)為木塊是懸浮的，由訪談了解到原因，學(xué)生將“懸浮”拆開來理解，物體有上浮的趨勢（即“浮”），但在外力作用下靜止在水中（即“懸”），則也為懸浮狀態(tài)。由此可見，在幾種狀態(tài)中，學(xué)生認(rèn)識復(fù)雜且有分歧的是懸浮現(xiàn)象，但從教學(xué)實(shí)踐看，學(xué)生只要明確了懸浮的定義，這個(gè)看似復(fù)雜的前概念反而更容易轉(zhuǎn)化。

表8

二、基于錯(cuò)誤前概念，積極探尋糾正策略

1.體驗(yàn)證偽，引發(fā)認(rèn)知沖突

科學(xué)是靠證偽發(fā)展的，比如比薩斜塔實(shí)驗(yàn)，證偽了亞里士多德關(guān)于物體下落的論斷；盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)，證偽了湯姆遜的原子結(jié)構(gòu)西瓜模型……科學(xué)史表明：在科學(xué)探索的漫長歲月中，人們對自然科學(xué)現(xiàn)象及本質(zhì)的認(rèn)識都是不斷地通過證偽錯(cuò)誤的假說和理論而逐步深入的[2]。通過體驗(yàn)感知，引導(dǎo)學(xué)生證偽前概念，激發(fā)學(xué)生修正或重構(gòu)觀念的心理欲望。

[教學(xué)片段一]

器材準(zhǔn)備：盛水的水槽、帶蓋的小玻璃瓶、小泡沫塊、蘋果、橡皮泥以及學(xué)生自備的各種小物體。（注：小玻璃瓶的體積大于小泡沫塊的體積，蘋果的質(zhì)量大于橡皮泥的質(zhì)量。）

學(xué)生活動(dòng)：將這些物體浸沒在水中松手，觀察發(fā)生的現(xiàn)象，匯報(bào)下沉和上浮的物體分別有哪些。

學(xué)生交流：下沉的物體有：裝較多水的小玻璃瓶、橡皮泥等；上浮的物體有：裝少量水的小玻璃瓶或空玻璃瓶、小泡沫塊、蘋果等。

基于前概念研究結(jié)果，展示要討論的問題：下列關(guān)于浮沉原因的分析是否正確？為什么？（1）輕的物體上浮，重的物體下沉；（2）空心的物體上浮，實(shí)心的物體下沉；（3）物體受到的浮力大，所以上浮，反之，下沉。

盡管有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與以上說法一致，但一些反例足以使學(xué)生意識到自己的前概念存在瑕疵，例如：對于問題（1），橡皮泥比蘋果輕，而橡皮泥下沉，蘋果上浮，說明物體的浮沉并不由輕重決定；對于問題（2），裝較多水的小玻璃瓶是空心的，但它下沉；蘋果是實(shí)心的，但它上浮，說明物體的浮沉并不由實(shí)心或空心決定；對于問題（3），裝有較多水的小玻璃瓶體積比小泡沫塊大，受到的浮力大，但小玻璃瓶下沉，小泡沫塊上浮，說明浮沉條件也不是僅由浮力大小決定。學(xué)生自然就會(huì)產(chǎn)生疑問，物體的浮沉到底由什么決定呢？

以上體驗(yàn)活動(dòng)和“證偽”過程，讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，導(dǎo)致認(rèn)知失衡，從而自發(fā)地產(chǎn)生調(diào)整認(rèn)知結(jié)構(gòu)的內(nèi)驅(qū)力。這種認(rèn)識興趣和認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力是學(xué)習(xí)內(nèi)在動(dòng)機(jī)中最活躍的成分，將鼓勵(lì)學(xué)生充滿熱忱地從事學(xué)習(xí)和探究。

2.探究推理，構(gòu)建科學(xué)概念

認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力點(diǎn)燃了學(xué)生求知的火把，如果及時(shí)地提供探究素材，構(gòu)建科學(xué)概念就水到渠成了。

[教學(xué)片段二]

任務(wù)驅(qū)動(dòng)：怎樣使下沉的物體浮起來？怎樣使漂浮的物體沉下去？并說明采用的方法。

學(xué)生探究，交流方案，例如：減少瓶中的水、將橡皮泥捏成船形分別是通過減少物重、增大浮力的方法使沉底的物體漂浮；相反，增大物重或減少浮力能使漂浮的物體沉下去。

教師追問：以下沉的物體為例，減小物重或增大浮力一定能使沉底的物體浮上去嗎？

教師演示：將沉底的玻璃瓶取出，用注射器抽出少許水，放入水中，小玻璃瓶仍沉在底部；綁有鉤碼的氣球沉底，用打氣筒給氣球充少量氣，體積變大，浮力增大，而它們還是沉底。前者減少物重，后者增大浮力，但都沒有浮起來，這是為什么？

教師對比演示：繼續(xù)抽取一部分水，小玻璃瓶開始上??；繼續(xù)給氣球充氣，氣球和鉤碼也開始上浮。這又是為什么？

引導(dǎo)學(xué)生從受力的角度思考，讓沉底的物體上浮，減少物重或者增大浮力的最終目標(biāo)是使浮力大于重力，讓學(xué)生意識到浮沉條件由浮力和重力共同決定。學(xué)生歸納推理，得出結(jié)論：當(dāng)浮力大于重力時(shí)，物體上??；當(dāng)浮力小于重力時(shí)，物體下沉。

接著介紹“漂浮”和“懸浮”兩種狀態(tài)，并結(jié)合二力平衡知識得出漂浮和懸浮條件，同時(shí)讓學(xué)生討論“上浮”和“漂浮”的區(qū)別。對于懸浮，可以用雞蛋懸浮在鹽水中的實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化對懸浮現(xiàn)象的感知，并說明雞蛋只受重力和浮力作用，不受其他外力，最后學(xué)生自主推導(dǎo)不同狀態(tài)下物體密度和液體密度的關(guān)系。

三、教學(xué)效果與反思

新課結(jié)束后，對授課班級（40人）進(jìn)行了測驗(yàn)（第一次后測），經(jīng)過約一周的習(xí)題教學(xué)后，用相同的試卷對相同的學(xué)生又進(jìn)行了測試（第二次后測）。以“漂浮條件及應(yīng)用”知識為例，對比前測和兩次后測的正確率：表1的問題“物體為什么能浮在水面上”在三次測驗(yàn)中的正確率為：在新課前為45.5%，新課結(jié)束后，馬上檢測，正確率不升反而降為17.5%，75%的學(xué)生選“受到的浮力大”，說明前概念很頑固，轉(zhuǎn)化過程可能有反復(fù)，而經(jīng)過一周習(xí)題訓(xùn)練后，正確率達(dá)到92.5%；表2關(guān)于鉛筆浮力的問題在三次測驗(yàn)中的正確率分別為13.4%、40.0%、82.5%，第二次后測的正確率較第一次后測有明顯提高。

本研究啟發(fā)我們，探究式教學(xué)能培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神，但要糾正錯(cuò)誤前概念，只有探究式學(xué)習(xí)顯然不夠，一定要配合傳統(tǒng)的習(xí)題教學(xué)。該過程的任務(wù)是將學(xué)生建構(gòu)的新圖式運(yùn)用到各種情境中，以促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)概念更深刻、更全面的理解，比如對懸浮現(xiàn)象的認(rèn)識、上浮和漂浮的區(qū)別等。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳素平，王小梅，蔡慶龍，等.對7～12歲兒童的浮力前概念的探查報(bào)告.教育科學(xué)研究，2011（5）.

[2] 應(yīng)崇恩，孔琴飛，張禮聰.化學(xué)“證偽”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的探索.化學(xué)教學(xué)，2011（5）.