基于前概念的高中物理教學(xué)易混淆知識(shí)點(diǎn)的剖析及其教學(xué)策略

方君煒

（福州第二中學(xué)，福建 福州 350001）

高中物理教學(xué)中有很多的知識(shí)點(diǎn)，它們彼此間既相互聯(lián)系又有所區(qū)別，教師在教學(xué)過程中常常會(huì)發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)一些物理知識(shí)總是不能很好地掌握，特別是對(duì)一些相似相近的知識(shí)點(diǎn)容易產(chǎn)生混淆。知識(shí)點(diǎn)的混淆加劇了學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解的困難，進(jìn)而導(dǎo)致在后續(xù)應(yīng)用過程中產(chǎn)生各種各樣的錯(cuò)誤。通過對(duì)高三學(xué)生的問卷調(diào)查與個(gè)別訪談，文章選取了學(xué)生最容易混淆的一些知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分析。通過剖析學(xué)生理解這些知識(shí)點(diǎn)的過程，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)這些知識(shí)點(diǎn)產(chǎn)生混淆的原因很多都基于先入為主的“前概念”，且從前概念產(chǎn)生角度來看，它具有自發(fā)性、必然性、廣泛性、復(fù)雜性等特點(diǎn)。［1］因此，研究前概念對(duì)學(xué)生理解知識(shí)過程產(chǎn)生的影響就具有其必要性和實(shí)用價(jià)值。本文還通過一些具體的教學(xué)策略來幫助學(xué)生厘清正確“前概念”、暴露錯(cuò)誤“前概念”，進(jìn)而從根源上避免知識(shí)點(diǎn)間的混淆，達(dá)到提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的目的。

一、“前概念”的定義與內(nèi)涵

前概念是前科學(xué)概念的簡(jiǎn)稱，建構(gòu)主義認(rèn)知心理學(xué)又形象地稱之為日常概念。［2］近些年，對(duì)前概念的定義存在狹義和廣義之分。狹義的理解認(rèn)為“前概念”是“學(xué)生在接受正規(guī)的訓(xùn)練或?qū)W習(xí)以前就已經(jīng)形成的錯(cuò)誤的觀念或認(rèn)識(shí)即前概念”。廣義的理解認(rèn)為“前概念就是學(xué)生在接受正式的教育以前對(duì)所感知的現(xiàn)象、生活中的常識(shí)與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)加工所得出的認(rèn)識(shí)和理解”。顯然后一種理解要較前一種理解在意義上廣泛得多，它不僅包含片面的、錯(cuò)誤的觀念或認(rèn)識(shí)，還包含有科學(xué)成分的認(rèn)識(shí)。目前教育界普遍偏重于后一種定義。［3］文章采用的也是這種廣義的定義方式，結(jié)合文章內(nèi)容將“前概念”區(qū)分為學(xué)習(xí)新知識(shí)前已經(jīng)獲得的科學(xué)的正確的概念，即“正確的前概念”，以及學(xué)習(xí)新知識(shí)前形成的與科學(xué)概念不一致或不完全一致的“錯(cuò)誤的前概念”。

二、“前概念”對(duì)物理知識(shí)理解的影響

（一）正確的前概念對(duì)物理知識(shí)理解的正向促進(jìn)作用

物理概念的建立是學(xué)生掌握物理知識(shí)的基礎(chǔ)，前概念對(duì)物理知識(shí)理解的影響主要體現(xiàn)在新概念的建構(gòu)。正確的前概念是物理學(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)。［4］如果學(xué)生對(duì)某個(gè)新的概念的理解建立在正確的前概念的基礎(chǔ)之上，就能以此為基礎(chǔ)逐層逐步的建構(gòu)出新的物理概念，完成階梯式的遞進(jìn)學(xué)習(xí)，進(jìn)而事半功倍地掌握這個(gè)新的知識(shí)。

以高一學(xué)習(xí)的新概念“加速度”為例，學(xué)生在學(xué)習(xí)加速度前對(duì)速度、速度變化量等概念已經(jīng)有充分的認(rèn)知。速度、速度變化量對(duì)加速度的學(xué)習(xí)就是前概念，學(xué)生如果在學(xué)習(xí)加速度之前就建立了正確的速度、速度變化量的科學(xué)概念，則學(xué)習(xí)新概念加速度就會(huì)比較順利。即學(xué)生能透過“速度”“速度變化量”“速度變化率”這些概念語言表面的相似性，理解“加速度”概念的內(nèi)涵，明白速度變化率是速度變化量與時(shí)間的比值，進(jìn)而建構(gòu)出正確的“加速度”概念。反之，如果沒有這些正確的前概念作為基礎(chǔ)，學(xué)生往往會(huì)將加速度與速度變化量相混淆，進(jìn)而對(duì)加速度的理解產(chǎn)生困難。學(xué)生對(duì)這些前概念掌握得比較好，為新概念的學(xué)習(xí)做好了足夠的鋪墊，能讓新概念的學(xué)習(xí)建立的堅(jiān)實(shí)的科學(xué)概念的基礎(chǔ)之上。

（二）錯(cuò)誤的前概念對(duì)物理知識(shí)理解的反面對(duì)比作用

正確的前概念對(duì)物理知識(shí)理解的正向促進(jìn)作用顯而易見，但是錯(cuò)誤的前概念對(duì)物理知識(shí)的理解也不全都是負(fù)面的。只要教師能及時(shí)認(rèn)清這些錯(cuò)誤的前概念，它可以作為學(xué)生概念學(xué)習(xí)過程中的對(duì)比參照模型，反過來強(qiáng)化學(xué)生對(duì)正確概念的理解，以多角度的對(duì)比來不斷調(diào)整學(xué)生對(duì)正確概念的認(rèn)知，最終達(dá)到建構(gòu)正確物理概念的目標(biāo)。

以高二學(xué)習(xí)的新概念“電勢(shì)能”為例，它屬于一個(gè)比較抽象的新概念，學(xué)生如果掌握了“電勢(shì)”“勢(shì)能”這些正確的前概念自然可以幫助學(xué)生理解“電勢(shì)能”。但是很多學(xué)生如果直觀地產(chǎn)生“電的勢(shì)能”或“電勢(shì)的能量”這些錯(cuò)誤的前概念，教師就要重視它們的形成過程，幫助學(xué)生會(huì)正視這種錯(cuò)誤的前概念，而不是害怕它的出現(xiàn)，進(jìn)而幫助學(xué)生應(yīng)用對(duì)比等教學(xué)方式以糾錯(cuò)的方式形成對(duì)新概念的學(xué)習(xí)。有的學(xué)生沒有將自己的錯(cuò)誤前概念暴露出來，學(xué)生對(duì)新概念的掌握就是不完備的，今后會(huì)潛意識(shí)的用這些錯(cuò)誤的前概念來理解或解釋新的物理知識(shí)，進(jìn)而發(fā)生錯(cuò)誤。

不論是“正確的前概念”還是“錯(cuò)誤的前概念”，它都是學(xué)生認(rèn)識(shí)新知識(shí)的基礎(chǔ)，教師只有對(duì)其進(jìn)行正確的引導(dǎo)，才能有助于學(xué)生理清知識(shí)間的差別，從而避免知識(shí)的混淆。

三、學(xué)生產(chǎn)生知識(shí)混淆的原因及其教學(xué)策略

（一）厘清正確前概念，提前防范避免混淆

物理知識(shí)間經(jīng)常會(huì)存在一些明顯的共同點(diǎn)，學(xué)生往往會(huì)人為放大這種共同點(diǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生混淆。這些共同點(diǎn)有的是概念本身的相似性，如“平均速度”和“平均速率”，它們都是描述一段時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)快慢的物理量；有的是描述上的有共同的內(nèi)容，如“一對(duì)平衡力”和“一對(duì)作用力反作用力”，它們都是一對(duì)等大反向的力；還有的是適用條件上的相互覆蓋，例如動(dòng)量守恒與機(jī)械能守恒，但是很多場(chǎng)景中動(dòng)量守恒的系統(tǒng)，機(jī)械能也守恒。

學(xué)生知識(shí)混淆表現(xiàn)出來的就是概念的張冠李戴，把平均速度和平均速率混為一談，不能區(qū)分相互作用力和平衡力，用一些的特殊個(gè)例來代替一般普遍規(guī)律，這些都是沒有建立正確前概念的典型表現(xiàn)。前概念作為學(xué)生認(rèn)識(shí)新知識(shí)的基礎(chǔ)，教師在教學(xué)過程中要積極引導(dǎo)學(xué)生厘清前概念，只有學(xué)生有了正確的前概念，才能進(jìn)一步理解新的物理知識(shí)，進(jìn)而避免出現(xiàn)學(xué)習(xí)的盲點(diǎn)與誤區(qū)。比如，要區(qū)分平均速度和平均速率，就要事先厘清速度和速率這兩個(gè)前概念，區(qū)分平衡力和相互作用力的前提是厘清受力分析的對(duì)象，正確運(yùn)用動(dòng)量守恒和能量守恒的前提是要嚴(yán)格厘清它們的條件分別是“系統(tǒng)合外力為零”“系統(tǒng)只有重力做功”，只有這樣才能建立正確的前概念，進(jìn)而避免因?yàn)槲锢碇R(shí)的共同而產(chǎn)生混淆。

再比如，在萬有引力與天體運(yùn)行的問題中，學(xué)生容易將雙星問題與單星問題混淆，就是典型的前概念不清，導(dǎo)致應(yīng)用出現(xiàn)錯(cuò)誤的案例。一般的單星運(yùn)行如月球繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，有萬有引力提供向心力的表達(dá)式，其中等式兩邊的r值相同。如果學(xué)生對(duì)這個(gè)r值的含義沒有理解清楚，只是粗淺地認(rèn)為兩者都是半徑，那在出來雙星問題時(shí)就會(huì)出現(xiàn)非常明顯的錯(cuò)誤。天體m1與天體m2間距為L(zhǎng)，如它們繞連線的中點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，很多學(xué)生會(huì)將表達(dá)式寫成，依然認(rèn)為等式兩邊的r=。錯(cuò)誤的原因就在于前概念不清，沒有正確理解r這個(gè)重要的前概念。在萬有引力中的r指的是兩個(gè)天體間的距離，而向心力中的r才是圓的半徑即天體到圓心的距離。當(dāng)月球繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)它們恰好相同，在雙星問題中萬有引力中的r＝L，向心力中的r=，它們的差異就體現(xiàn)出來了，學(xué)生犯了以特殊代一般的錯(cuò)誤。因此，為了避免學(xué)生出現(xiàn)這種錯(cuò)誤，在教學(xué)時(shí)應(yīng)該提前將學(xué)生的前概念理清，特別將萬有引力與向心力的r作比較以說明它們間的差異。只有學(xué)生提前理清了前概念，才能避免在后續(xù)學(xué)習(xí)與應(yīng)用中用錯(cuò)誤的前概念解決問題而出現(xiàn)混淆。

（二）暴露錯(cuò)誤前概念，摒除錯(cuò)誤，避免混淆

學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)到的正確的前概念會(huì)有一個(gè)明確的認(rèn)知。但是錯(cuò)誤的前概念，學(xué)生的認(rèn)知是模糊的，學(xué)生常常不知道自己固有的前概念是錯(cuò)誤的。這時(shí)，教師如果沒有在教學(xué)過程中加以引導(dǎo)，讓學(xué)生把這種錯(cuò)誤的前概念暴露出來并加以糾正，學(xué)生在后續(xù)學(xué)習(xí)中就會(huì)不由自主地使用錯(cuò)誤的前概念而不自知。學(xué)生可以通過教師講述建立正確的前概念，并借由習(xí)題強(qiáng)化等方式厘清并固化下來。而在錯(cuò)誤的前概念沒有暴露前，即使教師重復(fù)講述某個(gè)知識(shí)點(diǎn)多次，學(xué)生依然會(huì)因?yàn)殄e(cuò)誤的前概念存在而沒法真正掌握新的知識(shí)，出現(xiàn)學(xué)生普遍反饋的似懂非懂的情況，進(jìn)而出現(xiàn)知識(shí)的混淆與錯(cuò)誤。例如，在結(jié)繩類的共點(diǎn)力平衡問題中，有些學(xué)生會(huì)有一種錯(cuò)誤的前概念：繩長(zhǎng)＝力的大小，進(jìn)而出現(xiàn)如圖1 所示的錯(cuò)誤的力圖。教師如果沒有明確點(diǎn)出這種錯(cuò)誤的前概念，使之暴露出來，有些學(xué)生就會(huì)在比較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)一直出現(xiàn)類似的錯(cuò)誤。

圖1

再比如，高中階段學(xué)生剛開始學(xué)習(xí)速度、力等矢量時(shí)，得到了可以正負(fù)號(hào)來表示方向的正確概念，往有一部分學(xué)生就此形成了一個(gè)錯(cuò)誤的前概念——高中階段數(shù)值前的符號(hào)都表示方向或者高中階段的符號(hào)都不用來比大小。這種錯(cuò)誤的前概念會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在后續(xù)進(jìn)行功與能量等物理量的學(xué)習(xí)時(shí)發(fā)生混淆。因?yàn)楣蛣?shì)能是有正負(fù)號(hào)的，學(xué)生往往延續(xù)錯(cuò)誤的前概念，要么把功和勢(shì)能前面的正負(fù)號(hào)當(dāng)作方向看待，要么認(rèn)為它們都是不參與數(shù)值比較的。這里就需要教師在教學(xué)過程中暴露他們錯(cuò)誤的前概念的同時(shí)，對(duì)正確的概念進(jìn)行準(zhǔn)確的描述，幫助學(xué)生摒除錯(cuò)誤，避免混淆。即功的正負(fù)不用來比大小，但是功的正負(fù)不表示方向，它的物理意義在于表示動(dòng)力做功或阻力做功，體現(xiàn)的是力和位移夾角間的關(guān)系。重力勢(shì)能的正負(fù)同樣不表示方向，但是特殊的是重力勢(shì)能的正負(fù)是可以用來比大小的。如Ep1＝-10J，Ep2＝-2J，Ep2＞Ep1。這與F1＝-10N，F(xiàn)2＝-2N，F(xiàn)2＜F1，完全不同。因此，教師可以通過設(shè)問的方式，讓學(xué)生主動(dòng)將錯(cuò)誤的前概念暴露出來，一旦產(chǎn)生認(rèn)知上的沖突，學(xué)生就會(huì)很順利地將錯(cuò)誤的前概念轉(zhuǎn)變成正確的科學(xué)概念，也就不會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生負(fù)面影響了。

（三）凸顯前概念的差異，找出異同避免混淆

高中對(duì)同一物理模型經(jīng)常會(huì)有不同的物理量來進(jìn)行描述，即“一模多量”問題，學(xué)生常常會(huì)混用這些物理量，造成錯(cuò)誤。例如，場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)分別是從力和能的角度來描述電場(chǎng)的物理量，很多同學(xué)明知它們之間有聯(lián)系但也有不同，但還是很容易產(chǎn)生混淆。這種混淆主要是由于知識(shí)記憶上出現(xiàn)的混淆，筆者將其稱為互為前概念現(xiàn)象，即兩個(gè)有相近或相關(guān)的物理量成為彼此的前概念。這時(shí)就需要教師通過加強(qiáng)兩個(gè)物理量的對(duì)比，突出它們的差異來強(qiáng)化記憶，并不斷地變化物理情境來考查學(xué)生對(duì)這兩個(gè)物理量理解和應(yīng)用，這樣才能突出差異，達(dá)到避免混淆的目的。

再比如“電勢(shì)與電勢(shì)能”這兩個(gè)概念，它們字面僅一字之差，且都是在電場(chǎng)這一模塊中學(xué)習(xí)到的。學(xué)生對(duì)這兩個(gè)抽象的新概念，常常因?yàn)椴荒芾斫馄浔举|(zhì)，彼此混用。該用電勢(shì)描述時(shí)用了電勢(shì)能，該用電勢(shì)能描述時(shí)用了電勢(shì)。此時(shí)教師在教學(xué)時(shí)就應(yīng)當(dāng)不斷凸顯他們間的差異，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)這兩個(gè)物理量在電場(chǎng)中的不同定位。即要在不同的情境中體現(xiàn)電勢(shì)與電勢(shì)能在描述對(duì)象上的不同，而不是只停留于體現(xiàn)電勢(shì)能等于電勢(shì)與電荷量的乘積上。

針對(duì)知識(shí)點(diǎn)本身就存在的易混淆的特性，教師在教學(xué)中除了要明確概念、規(guī)律的適用對(duì)象適用條件外，還可以用廣設(shè)對(duì)比項(xiàng)的方式來突出差異。這樣既能理清前概念，又能強(qiáng)化差異，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度。例如，在動(dòng)量與動(dòng)能的教學(xué)過程中，教師可以設(shè)置（如表1）表格進(jìn)行對(duì)比。這樣就能在認(rèn)識(shí)共性的同時(shí)，明確二者間的差異，達(dá)到以對(duì)比強(qiáng)化認(rèn)知，增強(qiáng)記憶的效果。

表1 動(dòng)量和動(dòng)能等概念的對(duì)比

綜上，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)物理知識(shí)的混淆，有其認(rèn)知上的因素（前概念因素）也有知識(shí)本身（相似性相關(guān)性）因素的影響。教師如果能正確認(rèn)識(shí)到前概念在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的影響，在備課過程中考慮到這個(gè)因素，就能采取合適的教學(xué)策略，幫助學(xué)生盡可能地避免因?yàn)橹饔^的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生物理知識(shí)的混淆，從而提高高中物理課堂教學(xué)的有效性。