落實(shí)全面“理解”，促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變
——以“物體的顏色”教學(xué)為例

肖 萍

(深圳市福田區(qū)教育科學(xué)研究院，廣東 深圳 518048)

初中物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生常有與日常生活中感覺不同的疑惑：對慣性，能正確回答“慣性與質(zhì)量有關(guān)與速度無關(guān)”，但感覺“汽車速度越快越難剎車呀，不說明速度快，慣性大嗎？”；對平面鏡成像，感覺“鏡子里的我就在鏡子后面，怎么是鏡面對稱？而且鏡子里的我確實(shí)比我小很多，怎么是相同大小？”；對“物體顏色是由反射光的顏色決定”，學(xué)生糾結(jié)：“物體顏色本來就有，為何還由反射光決定？”.經(jīng)驗(yàn)和研究表明，對許多初中物理內(nèi)容，學(xué)生早已有了“前概念”，且“多是膚淺、與科學(xué)概念相悖的，對學(xué)生形成物理概念構(gòu)成障礙”.[1]在面對具體現(xiàn)象時，“前概念”不讓位于新概念，容易發(fā)生認(rèn)知沖突.若不及時利用這個契機(jī)將“前概念”轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念，而采用強(qiáng)化記憶的教學(xué)方式，雖應(yīng)付了考試，但遇到實(shí)際問題時，認(rèn)知依然會回到了原點(diǎn).

心理學(xué)、教育學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)理論都認(rèn)為認(rèn)知發(fā)展是“平衡—不平衡—新平衡”的過程，認(rèn)知不平衡可觸發(fā)認(rèn)知發(fā)展的動力，能激發(fā)內(nèi)在學(xué)習(xí)動機(jī)、并通過吸納新的知識，去重新組織和建構(gòu)更高層次的新平衡.故及時利用并化解認(rèn)知沖突，促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變，就是物理教學(xué)的重要任務(wù).本文以“物體的顏色”教學(xué)為例，探討基于學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的有效教學(xué)設(shè)計(jì).

1 挖掘認(rèn)知沖突背后的問題

初中物理中“物體的顏色”的教學(xué)設(shè)計(jì)，多從“光的色散”開始，最后用類似以下的檢測結(jié)束：“在暗室里用紅光照射裝在白色瓷盤中的紅色蘋果及黃色香蕉，問旁人看到3個物體的顏色分別是什么？”.某校8年級100名學(xué)生的課堂測試結(jié)果是：58%能回答正確，31%是按所學(xué)知識邏輯分析、61%靠回憶類似的答案、8%憑直覺.學(xué)生反映：物體的顏色從小就能分辨，但涉及物體的本來顏色、實(shí)際觀察到的顏色時，就開始糾纏不清，對于“物體的顏色是由反射光決定”的新概念更是疑惑，例如：

(1) “物體的顏色”是由反射光的顏色決定的，“物體本來的顏色”是由什么決定的？

(2) 按照光的反射定律，光照射在物體上會反射，只是鏡面與漫反射不同而已.同樣顏色的光照射在不同物體上，反射光的顏色應(yīng)該相同，那么物體的顏色也應(yīng)該相同，可是實(shí)際上不是這樣，為什么？

(3) 既然所有物體都有光的反射，為何有時照射的光沒有反射？它到哪里去了？

(4) 照射物體的是白光，為何反射是有顏色的光？其它顏色的光在哪里？

……

以上“問題”表明：學(xué)生對“光的顏色”和“光的色散”的認(rèn)知是零散的、相互間缺乏有機(jī)的關(guān)聯(lián)，且停留在光線或光路模型基礎(chǔ)上的“知道”層面，缺乏多層面、高層次的理解；特別是學(xué)生較普遍地認(rèn)為“物體的顏色是固有且不可改變的”.這樣的看法雖然不對，只是學(xué)生對日?，F(xiàn)象表面、膚淺的認(rèn)識，但卻是長期生活經(jīng)驗(yàn)積累的結(jié)果，因而成為影響科學(xué)概念獲得和真正理解的“前概念”.憑借它解釋不了所面臨的自然和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時，就不可避免地產(chǎn)生認(rèn)知沖突，成功實(shí)現(xiàn)從“前概念”到科學(xué)概念的“概念轉(zhuǎn)變”，將成為物理概念教學(xué)有效性的前提.而“概念轉(zhuǎn)變”的途徑，一是“同化”，運(yùn)用已有概念解釋新現(xiàn)象；二是“順應(yīng)”，為成功地理解新現(xiàn)象進(jìn)行核心概念的重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)根本性的轉(zhuǎn)變.[2]因此教學(xué)中，應(yīng)針對“前概念”存在的局限，找準(zhǔn)概念轉(zhuǎn)變關(guān)鍵，系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容和方式，才能促使學(xué)生真正建構(gòu)科學(xué)概念.

2 用“理解”促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變

2.1 重新理解“理解”

物理教師大都知曉布魯姆目標(biāo)理論，“識記、理解、應(yīng)用、分析、綜合、評價”等層次劃分也常在各種教研活動中被提及；但有一個普遍的默認(rèn)：“后面一級目標(biāo)以其前面一級的為基礎(chǔ)”，遵循“依次達(dá)成”路徑.據(jù)此認(rèn)識，“理解”就自然成了較低層次的目標(biāo)，其在教學(xué)中的地位被誤解，意義與作用也被低估.要正確認(rèn)識“理解”，使之在教學(xué)中回歸到恰當(dāng)?shù)奈恢?，有必要對“理解”進(jìn)行重新理解.其實(shí)，“理解”建立在熟悉的知識基礎(chǔ)之上，有著不同的層級，并在各個目標(biāo)層次中起著關(guān)鍵的作用.就像認(rèn)識一個物體，需站在不同的位置和高度，對不同的側(cè)面或縱橫切面進(jìn)行多層面、多維度、多梯度的觀察和關(guān)聯(lián)，才能形成整體的了解.對知識的“理解”，不僅需要從“橫切面”維度上解釋、闡明、應(yīng)用、洞察等，還需要在“縱切面”上分多個梯度.[3]由此，對物體顏色的“理解”教學(xué)，就可設(shè)計(jì)層次不同的活動與過程：

(1) 通過三棱鏡的色散現(xiàn)象，理解光的單色和復(fù)合性；

(2) 利用光的透射性(通過有色透明物體)的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)不同光照下物體有不同的顏色；

(3) 通過光照射在不同物體上顯示不同效果的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，認(rèn)識到光有能量，物體有不同程度的反射、透射和吸收特性；

(4) 通過綜合分析理解：發(fā)光物體的顏色由發(fā)出的光決定，不發(fā)光物體的顏色與照射光有關(guān)、但由反射光的顏色來決定；

(5) 將新學(xué)的知識遷移應(yīng)用到新的情境中，如能利用“顏色形成原理”來改變物體的顏色視覺效果，促進(jìn)學(xué)生對新概念的理解.

通常的教學(xué)中，也許以上內(nèi)容和過程或環(huán)節(jié)本身都不缺，但可能缺乏對知識的綜合分析和能力的分層梳理；教學(xué)設(shè)計(jì)缺乏全方位的目標(biāo)，教學(xué)過程缺乏概念轉(zhuǎn)變所需的鏈接和構(gòu)建過程，教學(xué)評價的內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)缺乏前置性；以至于應(yīng)對“前概念”時，要么不系統(tǒng)，火力覆蓋有死角；要么不精準(zhǔn)，火力不集中；教學(xué)的精準(zhǔn)性、有效性和深度難以達(dá)到理想境界.

2.2 架起“理解”的橋梁

綜合前面的分析、再結(jié)合“物體的顏色”的教學(xué)設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有教學(xué)實(shí)驗(yàn)較多體現(xiàn)光的“反射”和“透射”，均缺少“吸收”知識層面和認(rèn)知梯度，以致學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的“同化”或“順應(yīng)”都無法跨越這個障礙.

2.2.1 增加事實(shí)或證據(jù)

“光的顏色”與“光的吸收”在不同的知識維度上，其理論鏈接較難，通過實(shí)驗(yàn)和邏輯推理比較有效.因此設(shè)計(jì)以下兩個遞進(jìn)實(shí)驗(yàn).

(1) 暗室手電筒實(shí)驗(yàn).

在黑暗房間內(nèi)用手電筒做光源，并設(shè)法形成紅、綠、藍(lán)3種單色光線；分別比較白光和三色光線照明條件下，所看到不同顏色氣球的顏色，結(jié)果如表1.

學(xué)生對同種顏色的“反射”容易“同化”，但可能對“黑色”有新的疑惑，于是針對“變黑”現(xiàn)象，用以下實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化光被吸收后的作用與效果.

表1 不同色光下不同色氣球的顏色觀察記錄

(2) 光的吸收實(shí)驗(yàn).[4]

實(shí)驗(yàn)器材：紅、綠、藍(lán)色強(qiáng)激光筆(功率約100 mW)各1支，藍(lán)色、綠色、紅色、黑色、白色的氣球若干只、打氣筒1個.

實(shí)驗(yàn)過程：將白色、紅色、綠色、藍(lán)色、黑色的氣球充氣至十分鼓脹狀態(tài)，掛至同一高度，然后分別用不同顏色的激光筆在約1.5 m距離處照射每個氣球(注意帶好護(hù)目鏡).

實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象與結(jié)果：部分氣球爆裂，記錄如表2.

表2 不同色激光爆裂不同色氣球的實(shí)驗(yàn)記錄

2.2.2 增強(qiáng)事實(shí)理解

教學(xué)過程中的實(shí)驗(yàn)，若停留在表面或形式化，學(xué)生只看熱鬧，缺乏有效性的思考，對概念轉(zhuǎn)變就沒有任何幫助.所以“理解”一定要綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，多方位，合理建構(gòu).

(1) 闡明現(xiàn)象： ① 白色氣球總是不會被激光爆裂、黑色氣球總是會被激光爆裂；顏色與激光相同的氣球，不會被爆裂； ② 在色光照射下，呈現(xiàn)色光的氣球不會被激光擊爆；而顯示黑色的氣球，會被激光擊爆.

(2) 解釋原因： ① 在紅光下，白色和紅色氣球都反射紅光，顯示紅色，而藍(lán)色、綠色和黑色氣球，不反射紅光，吸收了紅光，都是黑色的.② 用紅色激光筆照射綠、藍(lán)和黑色的氣球，激光的能量全都被氣球表面吸收，造成了溫度上升，引起了氣球爆裂，而白色和紅色的氣球表面可以反射紅色激光，被氣球表面吸收的激光總量減少，所以白色和紅色氣球就不會爆裂了；有學(xué)生疑惑：氣球爆裂也可能是因?yàn)椤皦毫Υ蟆焙汀皽囟雀摺?，用激光筆照射黑色塑料袋使其融化，就排除了“壓力”，直指“溫度”升高，驗(yàn)證了吸收效果.

(3) 應(yīng)用轉(zhuǎn)換：白光通過紅色透明的物體時，紅光可透過，而綠光和藍(lán)光被這個物體吸收了；光線照射到不透明的物體上之后，一部分反射出來，被看到了顏色，另一部分則被物體吸收.所以，物體的顏色就是它透射或反射光線的顏色.

(4) 洞察觀點(diǎn)：發(fā)光物體的顏色由發(fā)出的光決定.不發(fā)光物體在黑暗環(huán)境下沒有顏色，它“本來的顏色”是指在白光下，通過反射了某種顏色光而形成的“被看到的顏色”.在單色光照射下，不同物體對光的反射與吸收不同、呈現(xiàn)的顏色不同.物體的顏色雖然與照射光有關(guān)，但最后還是要由反射光的顏色來決定.

3 追求“理解”效果

判斷概念轉(zhuǎn)變后“新概念具有有效性，學(xué)生可運(yùn)用新概念解釋反例或引申新的探究方向”.[2]“理解”的最高境界不是“回憶和重復(fù)”，而是“可以將知識遷移到新的問題或情境中”.[3]例如解釋：光盤本來沒有顏色，在陽光下顯現(xiàn)七彩；在不同光線下，看到人臉顏色有所不同；西瓜攤上增加紅色燈光等現(xiàn)象；還能解決諸如：攝影時使用濾色鏡達(dá)到某種特效、攝像中的“白平衡”等問題.甚至還可鏈接到植物上：太陽光照射在植物上，葉子反射了綠色光成為綠葉，其余的紅、黃、藍(lán)、紫等顏色的光被吸收用于光合作用，因此人工溫室里用紅藍(lán)合成的偏紫色的光照射植物增強(qiáng)光合作用.

總之，因“前概念”而產(chǎn)生“認(rèn)知沖突”是正常的，教學(xué)應(yīng)沿著學(xué)生的“疑惑”找到“痛點(diǎn)”，發(fā)現(xiàn)“新概念”認(rèn)知過程中的“理解”障礙，不論從教學(xué)設(shè)計(jì)還是目標(biāo)達(dá)成，都應(yīng)從多方位、多層面、多梯度去思考和重構(gòu).物理教學(xué)不僅讓學(xué)生了解物理現(xiàn)象，還需轉(zhuǎn)化成合理的、有效的物理新概念，在概念基礎(chǔ)上形成物理原理，最后達(dá)到擁有物理思想和境界.