例談物理教學中對學生生活概念的處理策略

葉世文

摘要：學生總是帶上生活概念走進物理課堂，如何將生活概念轉(zhuǎn)化成物理概念是一線老師面臨的課題.本文從教學案例切入，闡述了生活概念的含義、成因及將生活概念轉(zhuǎn)化成物理概念的策略，供同仁借鑒.

關(guān)鍵詞：生活概念；物理概念；轉(zhuǎn)化

1教學案例

案例1 《牛頓第一定律》教學片斷

師：我們已經(jīng)學過力的知識和運動知識，人類很早以前就開始思考這樣一個問題：力和運動存在怎樣的關(guān)系？今天我們就來研究這個問題.請把橡皮放在桌上，先用手指推它，然后停止推動，觀察橡皮的運動情況.

生：（學生實驗后）用力推就運動，停止用力就停下來.

師：你能嘗試性地說說力和運動的關(guān)系嗎？

生1：有力作用物體時物體就運動.例如：生活中要想使運動的自行車繼續(xù)前進，需要用力踏自行車腳踏板.

生2：力是使物體運動的原因.穿溜冰鞋，不斷地蹬地，才能使人連續(xù)運動下去.

生3：物體的運動需要力來維持.

師：兩千多年前，古希臘學者亞里士多德也思考了這個問題.他的觀點是：必須有力作用在物體上物體才運動，沒有力作用，物體就要停下來.這跟我們剛剛討論的結(jié)論相符，也符日常經(jīng)驗.對這一觀點有無不同意見？舉例說明.

（少數(shù)學生舉手）生：投出手的鉛球、踢出去的足球、射出去的子彈……，在力停止作用后，物體還要運動，說明亞里士多德的觀點不正確.

師：說得有道理，還有事例嗎？

生：電動車剎車后，還要滑行.

師：這些事例說明力不是維持運動的原因.那么，為什么剛才從橡皮的實驗中得出力是維持運動的原因呢？請同學們再做一次，仔細觀察、思考、小組討論.

（學生形成認識沖突，帶著問題做實驗，操作更認真，觀察更細心，討論更熱烈）

生4：我發(fā)現(xiàn)停止用力后，橡皮還在滑行一小段距離，說明沒有力物體還會運動.

師：人停止用力后實際上是停止了動力，還有什么力對它有影響？

生5：（學生似有醒悟）還有桌面的摩擦阻力對橡皮運動有影響.

師：假設(shè)阻力也消失會怎樣呢？（學生猜想）

師：看來物體運動需要力的觀點是錯的，第一個糾正這個錯誤觀點的是伽例略.

接著師引導學生設(shè)計小車實驗，學生操作后，推導出牛頓第一定律.

案例2：《阿基米德原理》教學判斷

學生學習稱量法測浮力后，引導學生猜想影響浮力大小的因素，并要求列舉猜想依據(jù)，師歸納板書如下：（1）液體的密度ρ液；（2）物體的密度ρ物；（3）物體的體積V物；（4）物體的形狀；（5）物體沒入液體的深度h；（6）物體沒入液體的體積V浸；（7）物體排放液體體積V排；（8）液體的溫度t.

師：我們先來討論猜（3）、（5）、（6）、（7）四者關(guān)系.①以上四個猜想中有沒有是同一個意思？學生比較后發(fā)現(xiàn)V排、V浸是一回事，去掉猜想（6）；②請同學們思考，船的體積很大，未入水前會受水的浮力嗎？（學生思考后排除猜想（3））；③同學們請將石塊掛在彈簧測力計下，漸漸浸入水，入水后再下降，觀察彈簧測力計讀數(shù)（先減小后不變），說明什么問題？（深度不是影響浮力的本質(zhì)因素，只是通過影響排開液體的體積再影響浮力，去掉猜想（5））.

通過聯(lián)想，學生發(fā)現(xiàn)液體的溫度變化引起ρ液變化，不是本質(zhì)因素，去掉猜（8）；對猜想（2），師引導學生設(shè)計實驗比較體積相同的鋁、銅塊浸沒水中比較浮力，從而得出浮力與物體密度無關(guān)；對于猜想（4），教師引導學生用橡皮泥變成不同形狀浸沒水中做實驗從而排除.

最后，8個猜想只剩下了猜想（1）和猜想（7），教師分別引導學生設(shè)計實驗探究得出：浮力大小與ρ液、V排有關(guān).

師：通過以上的實驗和分析，知道浮力的大小只跟液體密度和排開液體體積兩因素有關(guān)，能否將這兩個因素合成一個因素呢？

生：能，由m=ρV可知，浮力大小跟物體排開的液體質(zhì)量有關(guān).

生：由G=mg，說明浮力大小跟物體排開液體重力有關(guān).

師：你認為浮力跟哪個因素之間的關(guān)系最簡單？

生：浮力與排開液體重力關(guān)系最簡單；因為浮力與重力都是力.

師：有道理，下面來探究浮力與排開液體重力關(guān)系……

2反思與探討

21什么是物理生活概念

生活概念又稱“前科學概念”.建構(gòu)主義認知心理學又形象地稱為“日常概念”，國外有些研究者又稱為“民間概念”（folkcon cept）或“相異構(gòu)想”（alternat ive framewo）是指學生在學習系統(tǒng)的科學知識之前，頭腦中已對該知識形成的概念、規(guī)律、思想方法、邏輯因素等的總和.學生從懂事開始，就按照自己的思想和方式對周圍的許多事物和現(xiàn)象進行解讀，并得出了自認為是的結(jié)論.初中生知識經(jīng)驗有限，辯證思維還不發(fā)達，思維的獨立性和批判性還不成熟，對事物的認識往往是表象的、非本質(zhì)的，因而在走進課堂之前的帶來概念往往與與科學概念之間有距離，有些甚至是錯誤概念.例如：案例1中學生認為“力是維持運動的原因”、“沒有力物體就靜止”；案例2中，影響浮力大小的有“物體在液體中的深度”、“物體浸在水中體積”、“物體的形狀”等多個因素.

22物理生活概念的成因

物理學習中，學生形成概念的途徑很多，可歸納為以下幾點：（1）先入為主的日常生活經(jīng)驗.例如：案例1中學生由“用力推桌子，桌子就動，停止和力桌子就靜止”等經(jīng)驗形成“力是維持運動的原因的認識”；案例2中由生活中“人游泳時，涉水越深人感到越輕”等經(jīng)驗形成“深度可影響浮力大小”的認識.（2）知識的負遷移.數(shù)學知識是學習和研究物理學工具，但物理學不同于數(shù)學，物理學更重要的是物理事實、物理本質(zhì)和物理關(guān)系.學生由于從小接受數(shù)學教育，在思考物理問題時常常有“數(shù)學慣性”，以數(shù)學關(guān)系來理解物理概念.例如，常常將公式“ρ=m1V，常常錯誤的理解為ρ與m成正比，ρ與V成反比.（3）詞語帶來的曲解.概念總是用一定的詞語來記載和標志的，借助詞語可以對感性材料進行抽象和概括，揭露事物的本質(zhì)屬性.但初中對詞語的理解有時不到位，往往成錯誤認識.例如：“勻速”指的是“速度不變”，因而將“勻速圓周運動”也是“勻速運動”；還有認為重量、質(zhì)量是一回事.（4）不當?shù)念惐?類比是重要的物理思維方式，它是人認識新事物的翅膀，但類比的結(jié)果是否正確，需要通過實踐檢驗，學生學習“電流”是借助自來水管中的“水流”進行類比的，靠近水廠的水管中的水壓強大，水管末端壓強小，因而大部分學生已形成電池正極處電流大，負極處電流小”的錯誤認識.

23物理生活概念的處理策略

建構(gòu)主義者認為：個體的學習過程，是個體自己主動建構(gòu)知識的過程.在這個過程中，個體通過已有的認知結(jié)構(gòu)對輸入的新信息主動地進行選擇加工和編碼，從而建構(gòu)自己對新信息的理解.這說明學生走進課堂時頭腦中不是一張白紙，教師面對學生的這些生活概念是無法回避的，只有將其作為實施教學的起點，遵循學生認知規(guī)律，將其轉(zhuǎn)化為“科學概念”.

231暴露和動搖

新課程標準提出，課堂教學應(yīng)以學生的學習為中心，以學生的“學習”為中心.而要做到以學生為中心，首先要了解學生，了解學生的想法.案例1、案例2教者先讓學生說出自己對研究對象的認識（即猜想），盡管有些猜想是正確的，有些猜想是錯誤的，但它們都是學生自己的知識，是寶貴的教學資源.

面對學生的錯誤認識，教師順藤摸瓜、循循誘導.案例1中學生提出“力是維持運動的原因后”，教師引導學生提出反例：投出的鉛球無推力仍然能運動，然后引導學生帶著目的再做推橡皮實驗；案例2中學生分析猜想（3）時，教師引導學生思考：船體積很大，未入水前受浮力嗎？典型的實驗和精心選擇的反例，使學生的認識發(fā)生沖突，錯誤的前概念開始動搖了.

232同化和轉(zhuǎn)變

生活概念可分為兩類，一類是雖然與科學的物理概念不一致，但提供給一定的預備知識后，再輔之以有關(guān)的引導，便不難使他們形成正確的物理概念，從結(jié)構(gòu)上來說，這類概念在學生頭腦里形成不涉及認知結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，是屬于認知同化過程.如學生頭腦中有“鐵比木頭重”的認識，教師引導學生思考：鐵比木頭重有條件嗎？什么條件？（相同體積），這樣稍加改造后并形成了“密度”的概念.再如案例2中，對于學生猜想（6），猜想（7），教師引導學生比較后合并成V排；案例2中對于猜想（1）（ρ液）、猜想（7）（V排），師引導學生將其合并成一個G排.還有一類前概念，則與科學概念完全相反，教師必須努力使學生原有認知結(jié)構(gòu)完全解體，并建立新認知結(jié)構(gòu).案例1中，學生通過再做推橡皮實驗認識到前概念“沒有力作用物體就靜止”是錯誤的，接著引導學生分析：推橡皮得出錯誤結(jié)論的原因是忽略了阻力對運動的影響，若運動物體既無動力又無阻力又如何呢？最后引導學生設(shè)計斜面實驗，推出正確的結(jié)論.案例2中對于學生猜想（4）（物理形狀），教師引導學生用橡皮泥改變形狀做實驗，使學生認識到自己的原有認識是錯誤的，最終，引導學生設(shè)計實驗探究F浮與G排的關(guān)系，最終建立新的科學概念.

233鞏固和強化

生活概念的形成是學生長期生活積累的過程，一旦學生對某些物理現(xiàn)象形成錯誤的前概念，要想轉(zhuǎn)變是相當困難.歷史上亞里士多德提出了一個錯誤觀點“必須有力作用在物體上才運動，沒有力作用，物體就停下來”，這個錯誤一直延續(xù)了2000多年，可見生活概念對認識的影響是多么巨大，因而教師不但要讓學生暴露前概念、轉(zhuǎn)化前概念，而且要重視新建立的科學概念的鞏固和強化.在學生建立科學概念后要將新概念與錯誤的前概念進行比較；科學概念建立后要將其放在不同的生活情境加以運用.如：阿基米德原理學習之后，可引導學生分析氣球上升過程中浮力變化（ρ空對浮力影響）、分析潛水艇出海時浮力變化？（ρ液影響）、潛水艇下潛時浮力變化（深度影響）、潛水艇露出水面過程中浮力變化（V排影響）等等，盡管這些情境形式不同，但反映的物理本質(zhì)相同，從不同的角度刺激學生，使學生對科學概念的認識更全面、更豐富、更生活化，逐步消除前概念的負面影響.