高中物理前概念教學(xué)初探

劉正斌

概念是高中物理教學(xué)中的重要內(nèi)容，它是同一類物理現(xiàn)象的共性在人腦中的概括和抽象的反映，它既具有一般概念的共性，又具有自身特征。而前概念則是指人在日常生活中通過(guò)經(jīng)驗(yàn)性積累形成的一種概念，在物理學(xué)習(xí)中有正遷移和負(fù)遷移作用。筆者就高中物理教育為例，探討如何糾正學(xué)生的錯(cuò)誤前概念，提高教學(xué)效果。筆者結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，談?wù)勛约旱膸c(diǎn)看法。

一、高中物理前概念的特征

1.廣泛性

我們的學(xué)生，不管在高中階段還是高中階段，甚至有很多大學(xué)理科生中，都有前概念廣泛存在于頭腦中。并且學(xué)生在學(xué)習(xí)物理之前已有了十多年的生活經(jīng)驗(yàn)，接觸了許多物理現(xiàn)象，頭腦中自發(fā)形成的前概念所涉及的范圍相當(dāng)廣泛。當(dāng)然，這種廣泛性是相對(duì)的，他們對(duì)感性的、日常生活經(jīng)常接觸到的事物形成了較多的前概念，而對(duì)那些比較抽象的物理知識(shí)，則很少有前概念。如學(xué)生對(duì)力學(xué)、熱學(xué)和幾何光學(xué)均有著較多的前概念，而對(duì)電學(xué)則很少有前概念。

2.自發(fā)性

學(xué)生大腦中的前概念，緣起于學(xué)生長(zhǎng)期、大量的對(duì)日常生活的觀察與感知，這些經(jīng)驗(yàn)在其大腦中逐漸深化發(fā)展，經(jīng)過(guò)感覺、知覺、表象階段最終形成概念。學(xué)生在其大腦里構(gòu)建前概念時(shí)，完全是自發(fā)性的，沒有人教他這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該是這樣、那個(gè)問(wèn)題應(yīng)該是那樣，他完全是站在自己的立場(chǎng)上，憑自己的感性經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行構(gòu)建。因此，前概念是學(xué)生自己的精神財(cái)富，他們依靠這些前概念去解釋各種物理現(xiàn)象。

3.頑固性

前概念是學(xué)生長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)的積累結(jié)果，在學(xué)生頭腦中印象深刻，可謂根深蒂固。用傳統(tǒng)的教學(xué)方法給予更正，這些概念顯得頑固不化。一些研究表明，一旦學(xué)生對(duì)某些物理現(xiàn)象形成了前概念，要想加以轉(zhuǎn)變是相當(dāng)困難的。

二、高中物理前概念的方法

1.克服消極影響

物理前概念對(duì)物理學(xué)習(xí)既有積極的作用也有消極的作用。正確的物理前概念是物理學(xué)習(xí)的良好基礎(chǔ)和鋪墊，它的正遷移作用可成為物理概念學(xué)習(xí)的資源和概念學(xué)習(xí)的新的增長(zhǎng)點(diǎn)，可使學(xué)生盡快地掌握新的概念和知識(shí)結(jié)構(gòu)。如學(xué)生在學(xué)習(xí)物理前己對(duì)生活的一些物理現(xiàn)象和規(guī)律有所了解：在熱學(xué)方面，他們有了冷熱的不同感覺；在光學(xué)方面，他們對(duì)照相機(jī)照相，近遠(yuǎn)視眼鏡，馬路上的油膜色彩等充滿了好奇……對(duì)這些己知的物理現(xiàn)象的了解和好奇是新知識(shí)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。有助于激發(fā)他們進(jìn)一步學(xué)習(xí)物理的興趣，促進(jìn)科學(xué)物理概念的建構(gòu)和意義學(xué)習(xí)。但是在一些情況下，對(duì)物理現(xiàn)象，過(guò)程，材料的片面或錯(cuò)誤理解而產(chǎn)生的前概念，將會(huì)成為學(xué)生學(xué)習(xí)物理的障礙，這些錯(cuò)誤的前概念如果得不到及時(shí)糾正，將影響對(duì)物理新知識(shí)的同化和順應(yīng)，甚至歪曲新知識(shí)的意義。使學(xué)生形成錯(cuò)誤的思維，變成物理學(xué)習(xí)的障礙，學(xué)生會(huì)覺得物理難學(xué)。如“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”的錯(cuò)誤觀念，使得學(xué)生認(rèn)為踢出去的足球在空中還受到一個(gè)向前的力的作用；斜面上下滑的物體受到一個(gè)下滑力的作用；作圓周運(yùn)動(dòng)的物體受到一個(gè)特有的向心力的作用等。這影響了力學(xué)部分的學(xué)習(xí)和力學(xué)知識(shí)體系的建立。

2.進(jìn)行分層理解

物理概念的分層理解的策略就是指在各種物理現(xiàn)象中，首先是這類現(xiàn)象的核心問(wèn)題，然后抓住事物的本質(zhì)特征分析歸納出現(xiàn)象本質(zhì)的共性，再經(jīng)過(guò)抽象概括得出抽象概念，進(jìn)而深入理解應(yīng)用概念。該策略的實(shí)施程序是：①明確物理現(xiàn)象；②分析概括；③得出結(jié)論；④理解應(yīng)用。

例如，學(xué)習(xí)動(dòng)量的概念：①可以先讓學(xué)生明確物理現(xiàn)象：大人與小孩相撞，誰(shuí)會(huì)被撞倒？②分析概括：物體的運(yùn)動(dòng)效果不單由質(zhì)量或速度決定，而由它們的乘積mv來(lái)決定；③得出結(jié)論：物體的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)速度的乘積叫物體的動(dòng)量，即P=mv；④理解運(yùn)用：a.動(dòng)量是矢量，其方向與速度方向相同，其運(yùn)算符合平行四邊形法則；b.動(dòng)量是狀態(tài)量，對(duì)應(yīng)某一位置或某一時(shí)刻；c.動(dòng)量具有相對(duì)性，因?yàn)樗俣染哂邢鄬?duì)性，一般選擇慣性參考系；d.動(dòng)量的物理意義是：描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和效果的物理量，其單位是千克·米/秒。

3.利用變式例證

布魯納認(rèn)為，學(xué)生在其中經(jīng)歷某件事情越是多樣，就越有可能把該事情與其他事件聯(lián)系起來(lái)，多種多樣的訓(xùn)練，有助于增強(qiáng)各事物之間的共同之處，指出每一事物的獨(dú)特之處。變式可提供大量包含某一物理概念的不同事例，包括正面的和反面的例子，如壓力、拉力、支持力等都是“彈力”這個(gè)概念的肯定例證，重力、摩擦力是“彈力”的否定例證。彈簧振子、懸浮在水面上的木塊在其平衡位置附近的運(yùn)動(dòng)、懸掛在豎直平面內(nèi)的小球在擺角很小的情況下的運(yùn)動(dòng)都是簡(jiǎn)諧振動(dòng)的肯定例證，地面上做上下運(yùn)動(dòng)的小球是簡(jiǎn)諧振動(dòng)的否定例證。變式往往具有物理概念的相同本質(zhì)但具有不同形式，通過(guò)對(duì)物理概念的足夠數(shù)量的不同變式的徹底練習(xí)，使學(xué)生能形成正確的概括，有助于轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤的前概念和科學(xué)概念的掌握及知識(shí)的遷移。

4.開展合作學(xué)習(xí)

大多數(shù)科學(xué)教育工作者的實(shí)驗(yàn)研究表明：同輩間的合作學(xué)習(xí)優(yōu)于個(gè)體單獨(dú)學(xué)習(xí)。在合作學(xué)習(xí)中，學(xué)生間，師生間的口頭交流是教學(xué)樞紐，可使學(xué)生大腦中的思考和推理過(guò)程外觀化，同時(shí)可以幫助教師考查學(xué)生所掌握的概念與物理科學(xué)概念之間的差距，使學(xué)生對(duì)概念的認(rèn)知水平在學(xué)生討論及教師對(duì)概念的講解中不斷提高，其錯(cuò)誤的物理概念也會(huì)漸漸變成科學(xué)的物理概念。

合作學(xué)習(xí)旨在挑戰(zhàn)他們已有的概念并引導(dǎo)他們?cè)诒匾臅r(shí)候修正他們的前概念，它可以克服個(gè)體知覺系統(tǒng)的局限性。學(xué)生與學(xué)生之間通過(guò)合作、交流與討論，使他們超越自己原來(lái)狹隘的認(rèn)識(shí)，了解彼此的見解，了解那些不同觀點(diǎn)的基礎(chǔ)。而且，在合作學(xué)習(xí)中，每個(gè)學(xué)生都是積極的參與者，在自由平等、相互信任的氣氛中最適宜表達(dá)各種荒誕的觀念，這些荒誕的觀念有些是自相矛盾的，在激烈的爭(zhēng)論和積極的思考中，常常會(huì)促使他們認(rèn)識(shí)到自己原有認(rèn)識(shí)的片面性和不合理之處并萌發(fā)一些新的猜想，這些猜想往往已經(jīng)走進(jìn)真理的邊緣。

總之，對(duì)于高中物理前概念，并不能全盤否定，必須一分為二地分析對(duì)待。學(xué)生基本正確但不全面的前概念，可加以利用、生成新概念；錯(cuò)誤的前概念，應(yīng)轉(zhuǎn)化為科學(xué)的概念。對(duì)高中物理教師來(lái)說(shuō)，了解和研究學(xué)生已經(jīng)具備的前概念，充分地挖掘、恰當(dāng)?shù)乩没蜣D(zhuǎn)化這些前概念，教學(xué)工作將取得事半功倍的效果。