“三序”結(jié)合視角下高中物理迷思概念轉(zhuǎn)變研究*

趙 瑩|江蘇省無錫市輔仁高級(jí)中學(xué)

黃 皓|江蘇省無錫市第一女子中學(xué)

王 靖|江南大學(xué)人文學(xué)院

一、研究背景

在中等教育階段，“三序”指教材的邏輯順序、學(xué)生的認(rèn)知順序、學(xué)生的心理發(fā)展順序。在高中物理教學(xué)中，存在兩種傾向。其一，出于對(duì)“教師中心論”的片面理解，課堂教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)施只關(guān)注教材的邏輯順序，這往往會(huì)導(dǎo)致知識(shí)量爆炸性增長、難點(diǎn)集中、信息超載等問題。其二，出于對(duì)“學(xué)生中心論”的片面理解，學(xué)生的認(rèn)知順序與心理發(fā)展順序被視作重中之重，忽視教材邏輯順序的教學(xué)，這往往會(huì)導(dǎo)致碎片化的學(xué)習(xí)、梗概化的教學(xué)，知識(shí)點(diǎn)與知識(shí)單元之間、知識(shí)單元與知識(shí)體系之間的聯(lián)系被弱化、窄化甚至切斷?！叭颉狈蛛x的教學(xué)方式就此產(chǎn)生。

發(fā)展心理學(xué)的研究表明，學(xué)習(xí)總是隨著年齡的增長，由淺入深、由簡單到復(fù)雜、由感性到理性地發(fā)展的。在設(shè)計(jì)教材的展開順序時(shí)，若遇到“三序”相矛盾或相沖突的地方，教師應(yīng)該把學(xué)科知識(shí)的邏輯系統(tǒng)性與學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律的恰切結(jié)合看作一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程，教材組織的邏輯系統(tǒng)性水平應(yīng)隨著學(xué)生的思維和所形成的認(rèn)知結(jié)構(gòu)逐步改變和提高。

就物理學(xué)科而言，高中學(xué)生已初步具備通過觀察、比較、實(shí)驗(yàn)、歸納、概括、演繹、推理等認(rèn)知活動(dòng)來認(rèn)識(shí)自然事物之間的內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律的能力，其中歸納、概括是核心，因此教師可以較多地關(guān)注學(xué)科知識(shí)的邏輯系統(tǒng)性，但也要根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容的抽象程度，對(duì)學(xué)科知識(shí)的邏輯系統(tǒng)作必要的調(diào)整，以設(shè)計(jì)出最佳的學(xué)習(xí)序列。

二、迷思概念的成因分析

迷思概念的定義主要有兩種取向。其一，以迷思概念來形容學(xué)生所擁有的不正確的想法。其二，以迷思概念來形容學(xué)生有局限的、不完整的、不同于一般所公認(rèn)的科學(xué)概念。迷思概念的形成與前概念有千絲萬縷的關(guān)系，而“三序”分離的教學(xué)方式也是其重要成因。

例如，“壓力大小等于重力大小”是高一階段最典型的迷思概念。教師會(huì)多次、反復(fù)告知學(xué)生，壓力與重力性質(zhì)不同，壓力大小與重力大小無關(guān)，壓力方向與重力方向也無關(guān)。但是，學(xué)生做題時(shí)認(rèn)為“壓力大小等于重力大小”依然是個(gè)大概率事件。就個(gè)別學(xué)生而言，迷思概念的產(chǎn)生有其偶然性，但如果問題大范圍發(fā)生，本質(zhì)上就一定是結(jié)構(gòu)性問題，不解決根源問題，迷思概念的產(chǎn)生就是必然的。其實(shí)，如果教師能夠靜下心來，深入了解學(xué)生相關(guān)的非正式知識(shí)和學(xué)習(xí)軌跡，找到癥結(jié)所在并不難。

首先，生活中存在著大量壓力大小等于重力大小的實(shí)例。其次，傳統(tǒng)上根據(jù)物理學(xué)科知識(shí)的內(nèi)在邏輯要求安排教學(xué)內(nèi)容被認(rèn)為是理所當(dāng)然的，所以多數(shù)初中教師對(duì)于這一特例，確實(shí)有符合教材邏輯順序的推導(dǎo)過程，但初中學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)決定了他們往往更關(guān)注結(jié)果而不是過程，因此很少有學(xué)生會(huì)在課后主動(dòng)梳理、鞏固分析過程。再次，推導(dǎo)過程對(duì)課后的習(xí)題解答并非不可或缺，教師自然也不會(huì)刻意去強(qiáng)調(diào)。最后，應(yīng)用“壓力大小等于重力大小”解題在初中階段不會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)果。因此，這個(gè)迷思概念在日常訓(xùn)練中就被反復(fù)地鞏固、強(qiáng)化了。

所以說，“壓力大小等于重力大小”這個(gè)迷思概念的形成，既符合學(xué)生的認(rèn)知順序，又讓學(xué)生在應(yīng)試訓(xùn)練中真切地體驗(yàn)到了實(shí)際獲得感，從而形成了遇到同類情境時(shí)內(nèi)部心理思維活動(dòng)強(qiáng)烈的傾向性。這種認(rèn)知不是高一階段做幾個(gè)實(shí)驗(yàn)、舉些反例就可以輕易改變的。

因此，教師要幫助學(xué)生完成迷思概念的轉(zhuǎn)變，就既要診斷出迷思概念的成因，又要想辦法讓他們強(qiáng)烈地感受到實(shí)際獲得感，僅僅依靠多次符合教材邏輯順序的教學(xué)，往往只會(huì)令學(xué)生更深地陷入已有的思維框架。這告訴我們，在設(shè)計(jì)教材的展開順序時(shí)，教師應(yīng)在“三序”結(jié)合方面作出卓有成效的變革。

三、“三序”結(jié)合視角下的迷思概念轉(zhuǎn)變

在設(shè)計(jì)教材的展開順序時(shí)，如何對(duì)學(xué)科內(nèi)容的邏輯順序進(jìn)行重建，使之符合學(xué)生的認(rèn)知順序以及心理發(fā)展順序，杜威、布魯納、維果茨基等學(xué)者都進(jìn)行了深入的研究，值得我們參考、借鑒。

杜威認(rèn)為，基于“三序”結(jié)合，教材的展開總體上是一個(gè)從具體到抽象、從綜合到分化的過程[1]。筆者認(rèn)為，迷思概念的轉(zhuǎn)變同樣如此，其內(nèi)容和目標(biāo)邏輯關(guān)系如圖1所示。下文結(jié)合實(shí)例對(duì)此加以說明。

圖1 迷思概念轉(zhuǎn)變的內(nèi)容和目標(biāo)邏輯關(guān)系

（一）從具體到抽象

【待轉(zhuǎn)變迷思概念】動(dòng)力必定做正功，阻力必定做負(fù)功。

通過外化和表達(dá)，筆者發(fā)現(xiàn)該迷思概念的成因是高三階段的部分學(xué)生對(duì)功的正負(fù)的物理意義理解有誤。由于教材的限制，功的教學(xué)一般在高一第二學(xué)期初進(jìn)行，動(dòng)量的教學(xué)則在高二第一學(xué)期末完成，兩者不僅處于不同章節(jié)且相隔時(shí)間較長，學(xué)生先入為主，只關(guān)注力的空間累積，迷思概念就此形成。

1.從動(dòng)作表征開始

布魯納認(rèn)為，任何知識(shí)領(lǐng)域或在此知識(shí)領(lǐng)域中之任何問題都可以用三種方式表示：一是用一套適合于達(dá)到某種結(jié)果的動(dòng)作來表示（動(dòng)作表征）；二是用一整套歸納出來的形象或圖畫以代替未經(jīng)充分定義的概念來表示（形象表征）；三是用一整套從符號(hào)系統(tǒng)中引出來的、在形式或轉(zhuǎn)換命題中受一定規(guī)則和定律制約的符號(hào)或邏輯命題來表示（符號(hào)表征）[2]。

據(jù)此，筆者設(shè)置具體情境“立定原地起跳”（動(dòng)作表征）以幫助學(xué)生思考。學(xué)生認(rèn)為，顯然地面對(duì)人的支持力是動(dòng)力，重力是阻力。但是在該情境中，支持力直接作用在腳上，腳離地之前豎直方向上沒有位移，離地之后又沒有了支持力，故地面支持力對(duì)人并不做功（形象表征）。

在上述情境中，學(xué)生產(chǎn)生了強(qiáng)烈的選擇類認(rèn)知沖突。學(xué)生難以舍棄原本的觀點(diǎn)，需要明確有力的證據(jù)表明選用其他觀點(diǎn)的合理性。因此，教師要引導(dǎo)學(xué)生闡述自己支持或反對(duì)的理由，通過尋找外部證據(jù)來支撐自己的觀點(diǎn)并總結(jié)反思，進(jìn)而作出正確的選擇。

2.符號(hào)表征

杜威認(rèn)為，安排教育活動(dòng)，應(yīng)當(dāng)逐步地把學(xué)生追求結(jié)果的興趣轉(zhuǎn)移到對(duì)于事物的研究上去，即研究它們的性質(zhì)、意義、結(jié)構(gòu)、原因、結(jié)果等，最后形成有意義的結(jié)論。但必須注意：傳授的知識(shí)必須是個(gè)人觀察所不易獲得的，而且學(xué)生有充分的直接經(jīng)驗(yàn)作為新知識(shí)的基礎(chǔ)[3]。

通過動(dòng)作表征和形象表征，學(xué)生有了較以前更充分的直接經(jīng)驗(yàn)，筆者順勢(shì)引導(dǎo)學(xué)生討論“力的時(shí)間累積”，學(xué)生恍然大悟，原來支持力是人起跳過程速度增量的動(dòng)力。筆者進(jìn)一步引導(dǎo)：從動(dòng)力學(xué)角度，功只涉及力的空間累積，“力對(duì)物體做正功”不是“這個(gè)力是動(dòng)力”的充要條件，所以“動(dòng)力必定做正功，阻力必定做負(fù)功”（符號(hào)表征）不成立。

在這個(gè)實(shí)例中，筆者設(shè)置情境，將符號(hào)表征轉(zhuǎn)換為相對(duì)低級(jí)的表征方式，即動(dòng)作表征或形象表征，使那些只能用或更易用動(dòng)作表征或形象表征的方式認(rèn)識(shí)外界事物的學(xué)生，能夠直覺地、具體地發(fā)現(xiàn)問題的異同并提煉、升華，促進(jìn)深度交互和協(xié)作知識(shí)建構(gòu)，進(jìn)而形成符號(hào)表征。至此，先破后立，從具體到抽象，迷思概念轉(zhuǎn)變成功。

（二）從綜合到分化

【待轉(zhuǎn)變迷思概念】靜電力對(duì)某個(gè)電荷做的功，就等于這個(gè)電荷電勢(shì)能的變化。

通過外化和表達(dá)，筆者發(fā)現(xiàn)該迷思概念的成因是應(yīng)試背景下某些教師習(xí)慣性的梗概化教學(xué)，此類教學(xué)的特點(diǎn)如圖2所示。

圖2 梗概化教學(xué)的特點(diǎn)

為了方便學(xué)生快速解題，教師通常會(huì)總結(jié)一些有適用條件的二級(jí)結(jié)論，例如“串反并同”“增縮 減 擴(kuò)”“來 拒去留”等。殊不知，學(xué)生在具體應(yīng)用時(shí)往往會(huì)忽略適用條件，不假思索地生搬硬套。對(duì)學(xué)生來說，該迷思概念就是一個(gè)梗概化的應(yīng)試結(jié)論。

1.形成框架性認(rèn)識(shí)

綜合即連通知識(shí)結(jié)點(diǎn)、建立知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。為避免學(xué)習(xí)的盲目性，教師可根據(jù)“先行組織者”策略，在呈現(xiàn)具體的迷思概念之前，先呈現(xiàn)那些學(xué)生確有基礎(chǔ)的概述性內(nèi)容，以幫助他們對(duì)將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容形成框架性認(rèn)識(shí)[4]。

維果茨基指出：任何概念都是概括，必然要反映現(xiàn)實(shí)間的復(fù)雜的聯(lián)系、從屬性和其他各種關(guān)系；任何個(gè)別概念的本質(zhì)都要求具備一定的概念體系，孤立于這個(gè)體系之外的概念是不存在的；兒童學(xué)習(xí)的個(gè)別概念，不是雜亂無章地、毫無聯(lián)系地并列、重疊在一起的……否則就不可能進(jìn)行要求概念相互關(guān)系的任何思維活動(dòng)[5]。

據(jù)此，筆者引導(dǎo)學(xué)生討論“重力對(duì)某個(gè)物體做的功，是否等于這個(gè)物體重力勢(shì)能的變化”。多數(shù)學(xué)生能夠立刻指出，重力勢(shì)能是由物體與地球所共有的。筆者隨即追問“有沒有與之類似的情況”，并耐心細(xì)致地指導(dǎo)學(xué)生回顧、總結(jié)，得出：一對(duì)相互作用力（場(chǎng)力）的功，才等于相互作用系統(tǒng)勢(shì)能的變化量。在這個(gè)教學(xué)片段中，學(xué)生產(chǎn)生了改善/保留類認(rèn)知沖突，這源于觀點(diǎn)本身的不完善或不成熟，因此其主要的消解方式是從觀點(diǎn)本身出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)觀點(diǎn)本身進(jìn)行反思。

2.“擬容”與分化

反思學(xué)習(xí)活動(dòng)具有很強(qiáng)的內(nèi)隱性，離開內(nèi)在思維活動(dòng)的任何外在學(xué)習(xí)行為都是沒有意義的。那么，內(nèi)在思維與外在行為是如何實(shí)現(xiàn)融合的呢？正是依靠認(rèn)知思維的“擬容”作用。所謂“擬容”作用，就是在認(rèn)知過程中把那些有待認(rèn)知的新事物擬化成被認(rèn)知事物，將其與已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行有機(jī)融合或重組，從而形成新的有序的認(rèn)知結(jié)構(gòu)[6]。在融合或重組的過程中，新舊事物間的區(qū)別與聯(lián)系便能分辨清楚，分化就此完成。

布魯納認(rèn)為，處于不同年齡階段的兒童，在知覺、認(rèn)識(shí)階段與在貯存、再現(xiàn)階段，對(duì)不同事物的表征方式都不相同，其運(yùn)算能力的發(fā)展水平也是不同的。因此，教學(xué)以及作為教學(xué)之依據(jù)的課程教材必須將教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化（翻譯）成“學(xué)生的語言”，用學(xué)生能適應(yīng)的形式呈現(xiàn)[7]。

很多高中生在面對(duì)理論層面的探討時(shí)，會(huì)選擇直接附議等方式逃避妥協(xié)。為減少阻礙，筆者舉一實(shí)例讓學(xué)生研討：“平行板電容器中固定有一點(diǎn)電荷，移動(dòng)其中一個(gè)極板時(shí)，電場(chǎng)力對(duì)點(diǎn)電荷未做功。但由于點(diǎn)電荷的電場(chǎng)對(duì)極板做了功，相互作用力總功不等于零，點(diǎn)電荷與電容器極板共有的電勢(shì)能發(fā)生了變化?！睂W(xué)生發(fā)現(xiàn)在這類問題中，討論一對(duì)相互作用力（場(chǎng)力）的功，才是問題的關(guān)鍵所在。

在這個(gè)教學(xué)片段中，學(xué)生意識(shí)到，要認(rèn)識(shí)同類事物的共同特征，就需要具有一定的歸納、概括能力，需要把個(gè)別概念編織成概念體系，而歸納、概括能力只有在認(rèn)識(shí)各類事物的共同特征的過程中才能得到鍛煉和發(fā)展。在歸納、概括了很多類事物的共同特征之后，學(xué)生逐漸認(rèn)識(shí)到構(gòu)成自然界的各種事物并不是雜亂無章的，而是有規(guī)律的，且這些規(guī)律是可以被發(fā)現(xiàn)的，而發(fā)現(xiàn)和掌握了這些規(guī)律，就可以更好地理解和解釋這個(gè)世界的各種現(xiàn)象。

又如，為轉(zhuǎn)變力學(xué)中的常見迷思概念“爆炸類”問題“系統(tǒng)動(dòng)量近似守恒”，筆者先幫助學(xué)生形成框架性認(rèn)識(shí)：系統(tǒng)動(dòng)量與內(nèi)力沒有任何關(guān)系，即便內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，系統(tǒng)動(dòng)量也只與外力沖量有關(guān)。再進(jìn)行“擬容”與分化：由于爆炸時(shí)間極短，所以可忽略系統(tǒng)外力對(duì)各個(gè)物體的沖量，如果將系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)物體的動(dòng)量定理方程（已忽略外力沖量）相加，確實(shí)會(huì)得到一個(gè)與系統(tǒng)動(dòng)量守恒相似的方程，不過，這個(gè)方程中的各個(gè)物體的動(dòng)量之和，并不是系統(tǒng)總動(dòng)量，因?yàn)橄到y(tǒng)總動(dòng)量的變化只與外力有關(guān)。至此，從綜合到分化，從知識(shí)碎片回歸知識(shí)系統(tǒng)，個(gè)別概念被編織成概念體系，科學(xué)概念在學(xué)生概念體系的內(nèi)部得以產(chǎn)生、生存和發(fā)展，迷思概念轉(zhuǎn)變完成。

四、結(jié)語

我國的物理教育一直非常關(guān)注知識(shí)的系統(tǒng)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。對(duì)于迷思概念的成因，以往的研究多集中在教學(xué)方法不恰當(dāng)、忽視概念教學(xué)、教材的局限性、學(xué)科間負(fù)遷移等方面。學(xué)者普遍認(rèn)為，只有實(shí)施更加系統(tǒng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)，才可以轉(zhuǎn)變迷思概念。通過實(shí)踐，筆者在反思的基礎(chǔ)上認(rèn)識(shí)到，教材的展開在考慮內(nèi)容的系統(tǒng)性、嚴(yán)謹(jǐn)性時(shí)還有一個(gè)“尺度”的問題，也就是說，要順應(yīng)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知以及心理發(fā)展水平。如果教學(xué)組織科學(xué)合理，既注意學(xué)科內(nèi)容的邏輯體系，又符合學(xué)生的學(xué)習(xí)心理規(guī)律，就能大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。

從具體到抽象、從綜合到分化，這就是迷思概念轉(zhuǎn)變的底層邏輯。對(duì)迷思概念轉(zhuǎn)變的研究應(yīng)該展開足夠深刻的沉思與謀劃，如此，我們才不會(huì)辜負(fù)時(shí)代給予的機(jī)會(huì)，基于新課程、新教材觀念的教學(xué)行為才能進(jìn)入新的境界?！酲?/p>