錯(cuò)誤前概念的智慧突破

胡曉強(qiáng)

(平湖中學(xué)，浙江 嘉興 314200)

前概念是指人們?cè)谌粘Ｉ钪型ㄟ^(guò)經(jīng)驗(yàn)性積累形成的一種概念,而錯(cuò)誤前概念往往是學(xué)習(xí)者潛意識(shí)中的與科學(xué)理論相違背的部分,在物理學(xué)習(xí)中有負(fù)遷移作用.筆者就下列幾種學(xué)生中常見(jiàn)的錯(cuò)誤前概念類(lèi)型為例,探討如何智慧突破錯(cuò)誤前概念,從而提高物理教學(xué)效果.

1 思維方法型

圖1

案例1.如圖1所示,用兩根細(xì)繩AB和AC系一重為G的重物,兩繩和水平線的夾角分別為α和β,其中α=30°,β=60°,求繩AB和AC的拉力F1和F2各是多少?

出乎意料的是,即使學(xué)生已經(jīng)掌握了力的圖示,對(duì)力的平行四邊形法則也有了前期的學(xué)習(xí),但學(xué)生腦海中潛意識(shí)里的前概念負(fù)遷移還是導(dǎo)致了多種意想不到的錯(cuò)誤.

圖2

圖3

錯(cuò)誤2:仍舊直接將繩長(zhǎng)當(dāng)做繩子拉力的大小,并“生硬”地作出所謂的平行四邊形(如圖3),再根據(jù)“平行四邊形法則”以及幾何關(guān)系，求解得F1=Gcosα，F(xiàn)2=Gcosβ這樣的錯(cuò)解.

原來(lái),大多數(shù)學(xué)生為了湊成一個(gè)平行四邊形而盲目地構(gòu)造矢量關(guān)系,出現(xiàn)這種問(wèn)題的根源在于多數(shù)初學(xué)者都存在一些固化的思維方法型前概念錯(cuò)誤,學(xué)生沒(méi)有準(zhǔn)確把握矢量思維和平行四邊形法則,抽象思維薄弱,想當(dāng)然地根據(jù)自己的潛意識(shí)理解解題,并且在分析問(wèn)題時(shí)試圖用模糊的前概念理解來(lái)填補(bǔ)自身能力上的缺失,從而造成認(rèn)知偏差.

此時(shí),教師應(yīng)進(jìn)行引導(dǎo)突破:大家都將AB和AC的繩長(zhǎng)當(dāng)作拉力F1和F2的大小,這樣對(duì)嗎?

學(xué)生甲:細(xì)想一下,感覺(jué)不對(duì)，假如保持其他量不變,增加繩長(zhǎng)使B點(diǎn)無(wú)限向左側(cè)移動(dòng),則繩AB將趨于無(wú)窮長(zhǎng),而根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn),繩子的拉力根本不會(huì)無(wú)窮大.

學(xué)生乙:雖然繩AC較短,但感覺(jué)承受的拉力反而較大,若圖1中繩AC趨于豎直,則重物重力將全部由繩AC承擔(dān).

教師實(shí)驗(yàn)突破:按圖1結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)裝置,其中細(xì)繩AB和AC由承受力較弱的較細(xì)棉線充當(dāng),重物G由小沙桶代替.

教師緩慢向桶中注入細(xì)沙,學(xué)生凝神屏息、聚精會(huì)神地注視著實(shí)驗(yàn)進(jìn)程,細(xì)繩AB和AC好比心弦一般扣動(dòng)著學(xué)生好奇心,短的細(xì)繩AC突然斷裂的一剎那,隨著全班學(xué)生“啊!”的一聲驚叫,“繩長(zhǎng)當(dāng)做拉力的大小”的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)頓時(shí)煙消云散.

圖4

此時(shí)教師乘勢(shì)分析： 本案例為力的平衡中應(yīng)用平行四邊形法則解題,貼近我們的日常生活,對(duì)重物進(jìn)行受力分析，根據(jù)三力平衡,F1、F2的合力與重物重力G等大反向,運(yùn)用平行四邊形法則(如圖4),即可求解兩繩上的拉力大小,即F1=Gsinα，F(xiàn)2=Gsinβ.由于有了先期的思維辨析和實(shí)驗(yàn)演示,學(xué)生對(duì)于此正確方法的理解掌握就顯得易于接受,對(duì)于“繩長(zhǎng)即為受力大小”的前概念錯(cuò)誤突破也就水到渠成了.

教師在課堂上應(yīng)重視學(xué)生將“繩長(zhǎng)即為受力大小”的錯(cuò)誤前概念,認(rèn)真分析學(xué)情,用耐心和責(zé)任心去幫助學(xué)生克服局限的潛意識(shí),不斷創(chuàng)設(shè)思考討論、情境實(shí)驗(yàn)等多種方式,引導(dǎo)學(xué)生逐漸適應(yīng)矢量思維方式,幫助學(xué)生完成矢量思維這個(gè)華麗的轉(zhuǎn)身.[1]

2 生活經(jīng)驗(yàn)型

案例2.觀看過(guò)山車(chē)視頻(圖5)——過(guò)山車(chē)是一項(xiàng)深受青年人喜歡的娛樂(lè)項(xiàng)目,相信不少學(xué)生也體驗(yàn)過(guò)過(guò)山車(chē)的驚險(xiǎn)和刺激.視頻結(jié)束后,學(xué)生意猶未盡,教師及時(shí)拿出好比是過(guò)山車(chē)軌道的實(shí)驗(yàn)裝置(如圖6),小球相當(dāng)于過(guò)山車(chē),現(xiàn)將小球從A處釋放,讓大家猜測(cè)一下小球能否到達(dá)與A點(diǎn)等高的B處?

圖5

圖6

過(guò)山車(chē)是學(xué)生感興趣的內(nèi)容,課堂結(jié)合過(guò)山車(chē)的視頻及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?有利于吸引學(xué)生對(duì)于問(wèn)題的注意力,學(xué)生對(duì)感興趣的問(wèn)題自然會(huì)踴躍地表達(dá)自己的觀點(diǎn),這為問(wèn)題的討論做了很好的鋪墊,大家討論積極踴躍.

學(xué)生甲:小球在下滑的過(guò)程中機(jī)械能守恒,當(dāng)小球達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)動(dòng)能為0,因此可以達(dá)到相同的高度.

學(xué)生乙:由于實(shí)際存在空氣阻力,所以小球有能量損失,因此到達(dá)的高度比B處略低,但也相差不多.

教師適時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示:請(qǐng)甲同學(xué)上來(lái)操作實(shí)驗(yàn),檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與自己的預(yù)測(cè)相同.結(jié)果發(fā)現(xiàn)小球沒(méi)到達(dá)最高點(diǎn)就掉下來(lái)了,學(xué)生們的反應(yīng)都比較驚訝.

教師不急于指出問(wèn)題癥結(jié)所在,索性放慢教學(xué)進(jìn)度,讓學(xué)生進(jìn)一步自由討論.

學(xué)生丙:摩擦力的因素肯定有,但由于該裝置的摩擦力很小,而實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中小球很早就脫離軌道了,說(shuō)明摩擦力不是主要的原因.

學(xué)生丙:以前遇到的伽利略理想斜面演示器模型(如圖7),由于斜面與平面均光滑,忽略能量的損失,從左側(cè)斜面A處?kù)o止釋放的小球是能夠到達(dá)右側(cè)等高處B的.

圖7

教師拓展:現(xiàn)在要使小球可以到達(dá)圓軌道的最高點(diǎn),請(qǐng)同學(xué)們計(jì)算一下小球的釋放點(diǎn)在哪?

學(xué)生甲:根據(jù)機(jī)械能守恒及小球最高點(diǎn)的速度可得

教師:請(qǐng)你上來(lái)做一下實(shí)驗(yàn),從你確定的釋放點(diǎn)釋放,觀察結(jié)果.

學(xué)生甲:實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明小球能到達(dá)最高點(diǎn).

由于其產(chǎn)生原因的復(fù)雜性,對(duì)于“生活經(jīng)驗(yàn)型”錯(cuò)誤前概念,要改變它并不容易,但我們可以通過(guò)創(chuàng)設(shè)特定的情境,采用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法與策略,使學(xué)生在認(rèn)識(shí)到原有概念的錯(cuò)誤后能接受新的概念,最終達(dá)到轉(zhuǎn)化錯(cuò)誤概念的目的,同時(shí)也使我們的教學(xué)更加生動(dòng)有效.[2]

圖8

3 實(shí)際應(yīng)用型

案例3.如圖8,裝滿水的瓶子水平放置,瓶子內(nèi)有一氣泡,當(dāng)瓶子突然向前運(yùn)動(dòng)時(shí),氣泡相對(duì)瓶子將如何運(yùn)動(dòng)?[3]

錯(cuò)誤認(rèn)識(shí):初中已經(jīng)學(xué)過(guò)慣性概念,瓶中氣泡由于慣性,要保持原來(lái)的靜止?fàn)顟B(tài)而“留在原處”,因此氣泡相對(duì)瓶子將向后運(yùn)動(dòng).

對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō),已有初中“慣性知識(shí)”的儲(chǔ)備,簡(jiǎn)單不過(guò)的物理情境,相當(dāng)熟悉的生活經(jīng)驗(yàn)(實(shí)際汽車(chē)突然啟動(dòng)后乘客也是向后倒)等,導(dǎo)致學(xué)生幾乎千篇一律地給出如此“標(biāo)準(zhǔn)”的結(jié)論.

此時(shí),筆者意識(shí)到,接下來(lái)對(duì)學(xué)生錯(cuò)誤認(rèn)知的釋疑,若僅從教師層面向?qū)W生點(diǎn)出題目的關(guān)鍵點(diǎn)“氣泡質(zhì)量小慣性小”,而不加以重點(diǎn)突破理解的話,學(xué)生對(duì)“慣性”的本質(zhì)認(rèn)知可能會(huì)停留在囫圇吞棗、一知半解的尷尬境地.

于是,筆者不急于用“慣性知識(shí)”解釋分析,而是先設(shè)問(wèn):本題中的“氣泡”與以往相比有什么“玄機(jī)”?

大家把目光重新回到情境本身,或若有所思,或竊竊私語(yǔ),或交互討論,進(jìn)而伴隨著一段短暫的沉寂后,一些學(xué)生紛紛恍然大悟:“水中氣泡”的密度比水要小.

教師乘勢(shì)追問(wèn):那“氣泡”密度小具體會(huì)有什么表現(xiàn)形式呢?

學(xué)生甲:同樣體積的“水泡”和“氣泡”,因?yàn)椤八荨钡拿芏却蟆①|(zhì)量大、慣性大,更容易保持原來(lái)的靜止?fàn)顟B(tài)而留在“原處”,而“氣泡”就被“擠”到了前面,因此氣泡相對(duì)瓶子將向前運(yùn)動(dòng).

學(xué)生乙:分析得很有道理,我們還可以用自己帶的水瓶來(lái)實(shí)際演示驗(yàn)證.

說(shuō)完,大家也都紛紛就將自己隨身攜帶的水瓶橫在課桌上快速前推,果然清楚地看到了氣泡的前移，將整個(gè)課堂氣氛推向了高潮.

圖9

此時(shí)教師再乘勢(shì)拓展:如圖9,一只盛水容器固定在一個(gè)小車(chē)上,在容器中分別懸掛和拴著一只鐵球和一只乒乓球,容器中的水和鐵球、乒乓球都處于靜止?fàn)顟B(tài).當(dāng)容器隨小車(chē)突然向右運(yùn)動(dòng)時(shí),兩球相對(duì)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀況是怎樣的?

學(xué)生幾乎都得出了“鐵球向左,乒乓球向右”的正確結(jié)論.

學(xué)生自主地經(jīng)歷以上物理情境的分析和討論探究過(guò)程,對(duì)“慣性”的認(rèn)知理解,肯定會(huì)透徹到位,原理也一清二楚,而其中起關(guān)鍵作用的因素,正是其中涉及的對(duì)學(xué)生已有前概念認(rèn)知的思考、突破,這比單純地將“慣性”知識(shí)理論講解,“完美”地給出標(biāo)準(zhǔn)答案,不僅更符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律、更符合教育的科學(xué)性,而且能使學(xué)生更能全方位、融會(huì)貫通地來(lái)突破“慣性”認(rèn)知的前概念錯(cuò)誤,達(dá)到了“懂了一道題,就懂了一類(lèi)題”的良好教學(xué)效果.

4 結(jié)束語(yǔ)

總之,對(duì)于以上各種類(lèi)型的錯(cuò)誤前概念,教師若能了解學(xué)生的錯(cuò)因所在,充分地挖掘、恰當(dāng)?shù)乩没蜣D(zhuǎn)化這些前概念,并運(yùn)用一定的教學(xué)方式進(jìn)行智慧突破,則教學(xué)工作將取得事半功倍的效果.[4]

參考文獻(xiàn)：

1 林潔清.初高中物理銜接之矢量教學(xué)的探討[J].中學(xué)物理,2016(9)： 26-27.

2 周佳.淺談學(xué)生前概念中錯(cuò)誤概念的轉(zhuǎn)化[J].中學(xué)物理,2016(1)： 26-27.

3 浙江省教育廳教研室.浙江省普通高中新課程作業(yè)本·物理必修1[M]. 杭州:浙江教育出版社,2008:78.

4 劉正斌.高中物理前概念教學(xué)初探[J].教學(xué)研討,2017(3)：74.