陳國文　廖珊如

摘 要：當(dāng)前高中物理概念教學(xué)中存在忽視前概念的深遠影響，忽視概念轉(zhuǎn)變中滲透科學(xué)方法，忽視概念在解決物理問題上的應(yīng)用等諸現(xiàn)象。本文借鑒PISA評價理念，根據(jù)物理概念轉(zhuǎn)變模型，提出了基于認(rèn)知基礎(chǔ)的概念引入、基于科學(xué)思維的概念建構(gòu)和基于問題解決的概念應(yīng)用的教學(xué)對策。

關(guān)鍵詞：PISA評價理念；概念教學(xué)；概念轉(zhuǎn)變對策

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2014）10（S）-0068-3

PISA是學(xué)生能力國際評價的英文縮寫，PISA測試關(guān)于科學(xué)概念評估的要求是，學(xué)生能理解科學(xué)概念，能運用這些概念解釋自然現(xiàn)象，解決現(xiàn)實生活中的科學(xué)問題。借鑒這種評價理念，物理概念教學(xué)應(yīng)關(guān)注學(xué)生認(rèn)知基礎(chǔ)，滲透科學(xué)方法，注重解決實際問題。

1 物理概念教學(xué)中存在的問題

概念教學(xué)中存在的問題：一是忽視前概念的深遠影響，導(dǎo)致正確的前概念沒有得到應(yīng)有的發(fā)展，錯誤的前概念不能得到有效修正，新知識不能恰當(dāng)?shù)厝谌雽W(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)；二是忽視概念轉(zhuǎn)變中科學(xué)方法滲透，富有活力的概念內(nèi)涵被符號所淹沒，學(xué)生學(xué)習(xí)中所積累的大量的零散“碎片”無法有效融合和科學(xué)化；三是忽視概念在解決物理問題上的應(yīng)用，運用科學(xué)方法解決問題的能力得不到有效的提升，缺失在解決問題過程中體驗知識的價值。

2 PISA評價理念下有效的概念轉(zhuǎn)變模型

有效實現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變的步驟是：一是識別異常情況，二是建構(gòu)新概念，三是應(yīng)用新概念。概念教學(xué)中的“問題情景設(shè)計”和“學(xué)生活動設(shè)計”應(yīng)圍繞以下四個方面展開：一是對已有概念產(chǎn)生不滿，學(xué)生意識到需要發(fā)展或修正原認(rèn)知；二是新概念具有合理性，與學(xué)生的經(jīng)驗、信念和直覺具有一致性；三是新概念是可理解的，學(xué)生能懂得新概念的本質(zhì)屬性；四是新概念是有效的，即能夠解決面臨的問題，可以用來解釋和預(yù)測物理現(xiàn)象。

3 PISA評價理念下有效的概念轉(zhuǎn)變對策

轉(zhuǎn)變策略包含以下三個環(huán)節(jié)：一是基于認(rèn)知基礎(chǔ)的概念引入，二是基于科學(xué)思維的概念建構(gòu)，三是基于問題解決的概念應(yīng)用。

3.1 基于認(rèn)知基礎(chǔ)的概念引入

研究表明前概念具有普遍性和難于改變的特點，概念教學(xué)必須以學(xué)生的前概念為出發(fā)點。從認(rèn)知基礎(chǔ)的角度，物理概念可分為三類：一是有前概念且前概念基本正確；二是有前概念但前概念基本是錯誤的；三是基本上沒有前概念。

（1）對于有基本正確的前概念，比如：力、質(zhì)量、速度、靜電平衡等概念。教學(xué)中可以采用“預(yù)測—解釋—發(fā)展”的形式促進其發(fā)展，教學(xué)的核心是利用和發(fā)展學(xué)生的觀點。通過傾聽學(xué)生的預(yù)測、解釋，了解學(xué)生的原認(rèn)知，再把需要發(fā)展的信息以問題情景的方式呈現(xiàn)，讓學(xué)生認(rèn)識到原有認(rèn)知還不足以對問題的解釋提供充分的證據(jù)，有發(fā)展原認(rèn)知的需求。

在“靜電平衡”的概念教學(xué)中，讓學(xué)生預(yù)測帶電金屬球靠近驗電器時，驗電器的金屬箔片能否張開。由于學(xué)生有“靜電感應(yīng)”的前概念，能用“在電場作用下自由電子定向運動”對該現(xiàn)象進行解釋。隨后，教師提出“用金屬網(wǎng)把驗電器罩起來，網(wǎng)外帶電金屬球靠近驗電器，金屬箔片能否張開”，學(xué)生認(rèn)為金屬網(wǎng)有“空隙”無法“遮住”電場，金屬箔片依然會張開。演示結(jié)果與預(yù)測不一致，讓學(xué)生意識到對靜電平衡的本質(zhì)屬性需要進一步了解。

（2）對于存在錯誤前概念的，比如：超重、失重、加速度、合力與分力等概念。教學(xué)中可以采用“認(rèn)知沖突”的形式，讓錯誤認(rèn)知與問題的情景產(chǎn)生沖突，對原有概念產(chǎn)生不滿，驅(qū)動其改變。

在 “力的分解”概念教學(xué)中，學(xué)生存在“合力”大于“分力”的錯誤前概念。為此，設(shè)置如下課堂活動：一根長繩中間掛一重物，能否用力將繩子拉直？大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為重物的質(zhì)量不大，拉直繩子應(yīng)該沒有問題。實驗結(jié)果是：二位同學(xué)使勁往兩邊拉，繩子還是拉不直。通過觀察，學(xué)生認(rèn)識到原本“無需懷疑”的想法受到挑戰(zhàn)，產(chǎn)生認(rèn)知沖突，有重新審視原認(rèn)知的動力。

（3）對于沒有“前概念”的，比如：洛侖茲力、自感、電勢能、電磁波等概念。第一種類型的概念，比如：洛侖茲力、自感等，可以通過實驗，突顯概念所包含的關(guān)鍵屬性，為學(xué)生提供具體的認(rèn)知基礎(chǔ)。在“自感”教學(xué)中，可以利用一節(jié)干電池、日光燈的鎮(zhèn)流器、電鍵組成閉合回路，讓學(xué)生兩手分別接觸鎮(zhèn)流器兩端的金屬導(dǎo)線，在斷電瞬間，學(xué)生驚奇地體驗到“觸電”。第二種類型概念，比如：電勢能、電磁波等概念，這些概念比較抽象，難有定性的認(rèn)識，可以采用“類比”或“分層整合”的方式為概念提供認(rèn)知基礎(chǔ)。比如：電勢能，可用重力勢能、彈性勢能進行類比；比如：電磁波，可以從具體的水波到抽象的聲波再到更抽象的電磁波，分層整合來幫助學(xué)生理解。

3.2 基于科學(xué)思維的概念建構(gòu)

學(xué)生在通過觀察、實驗獲取必要的認(rèn)知后，運用比較、分析、綜合等科學(xué)思維方法對認(rèn)知進行加工和抽象，實現(xiàn)新概念的建構(gòu)。

（1）歸納策略：呈現(xiàn)可以歸納出本質(zhì)特征的物理事例，通過分析、比較歸納出事例的本質(zhì)特征，常用求同、差異、共變等方法。求同法，如：定義振動時，先出示振動的事例——敲擊后的鼓膜、飛行中蜜蜂的翅膀、氣墊導(dǎo)軌上的彈簧振子運動等。通過討論可以歸納出共同的特征，一是存在平衡位置，二是受到指向平衡位置的力的作用。差異法，如：定義電場時，電場的性質(zhì)是對放入其中的電荷有力的作用，用試探電荷是否受電場力來確定電場的有無。共變法，如：加速度、安培力等，這些物理量與多個因素有定量的關(guān)系，可以使用控制變量的方法分別研究這種關(guān)系。

（2）類比策略：類比教學(xué)中要對類比的目標(biāo)概念與“源”概念的各種現(xiàn)象、事實、研究方法、表達式、本質(zhì)屬性、適用范圍等全面比較，引發(fā)知識遷移和思維飛躍。電阻、電容、電場強度、磁感應(yīng)強度等概念可通過相互類比構(gòu)建。這些概念的共同特征是反映其屬性的兩個物理量均可測量，且比值是定值，可用比值定義法寫出概念的表達式。當(dāng)然磁感應(yīng)強度的教學(xué)更多的是用電場強度做類比，因為它們都是反映場的性質(zhì)，電容概念更多地用電阻類比，它們反映的是電子器件的本領(lǐng)。

（3）理想化模型策略：理想化模型的建立、應(yīng)用可以提升學(xué)生理解和接受新概念的能力。理想化模型分為對象模型和過程模型，是對“客觀模型”的科學(xué)抽象。比如：“單擺”是一種對象模型，是將“細線下端懸掛一個小球”抽象成不計質(zhì)量、不可伸長的細線下端懸掛一質(zhì)點；“自由落體運動”是一種過程模型，先在空氣和真空管中分別比較鐵塊與羽毛下落的快慢，并對“客觀實驗”進行科學(xué)抽象，忽略空氣阻力的影響，建立自由落體運動模型。

（4）實驗探究策略：概念教學(xué)中引入實驗探究，能凸顯概念所包含的關(guān)鍵屬性。比如：在“渦流”概念教學(xué)中，教師可以設(shè)計這樣的情景，用細線懸掛小磁鐵分別在銅板上方和塑料板上方擺動，學(xué)生發(fā)現(xiàn)在銅板上方擺動時，小磁鐵擺動時間短，較快停下。如果將小磁鐵換成普通的鐵塊，則沒有上述現(xiàn)象。通過討論，學(xué)生認(rèn)為小磁鐵在銅板上方擺動時，損失的機械能有一部分轉(zhuǎn)化為了電能，由此推斷銅板中有渦流的存在。

（5）物理學(xué)史介紹策略：讓學(xué)生感悟科學(xué)家的探究過程，能更好地遷移概念建立的思想方法。教學(xué)中的主要流程是：舊概念的困難→假說的提出→假說的驗證。比如：從盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型到玻爾模型，要講清楚原子核式結(jié)構(gòu)存在困難的原因，即高速運動的核外電子會向外輻射能量，導(dǎo)致電子的軌道半徑變小，而且原子發(fā)出的光譜是明線光譜而非連續(xù)光譜。玻爾基于這方面考慮，提出原子的定態(tài)理論、軌道理論、躍遷理論，并成功地解釋了氫光譜。

3.3 基于問題解決的概念應(yīng)用

概念教學(xué)不能僅僅滿足于學(xué)生理解概念的要求，更要達到能夠應(yīng)用新概念解決學(xué)生面臨的問題，還可以用來解釋和預(yù)測其他現(xiàn)象的目標(biāo)，體現(xiàn)新概念的有效性和價值。其流程是：從物理原問題中提取信息、建立物理模型、建立定性或定量關(guān)系、解決或解釋實際問題。

比如：在學(xué)習(xí)“合運動”和“分運動”概念后，教師可以設(shè)計這樣的問題解決情景——小船渡河，水流速度為v1，船在靜水中的速度v2，河寬為d，在以下四種情景中研究船的運動情況：一是要使渡河時間最短；二是v1 v2，船的航程最短；四是v1>v2，如何避開下游一定距離的瀑布。要解決這些問題，先要從題目中提取相關(guān)的信息，明確已知的信息和需要解決的問題，接著把船當(dāng)成理想化的質(zhì)點，畫出運動的情景圖，應(yīng)用運動的合成與分解、分運動的獨立性原理等物理知識尋找定量的關(guān)系，輔助運用數(shù)學(xué)方法解決問題。

PISA測試讓物理概念教學(xué)有了國際視野。借鑒PISA評價理念，立足于認(rèn)知基礎(chǔ)的概念引入，能按概念的分類有針對性地修正或發(fā)展前概念?；诳茖W(xué)思維的概念建構(gòu)中，歸納策略能從事例中抽象出物理概念的本質(zhì)；類比策略可以建立物理概念與學(xué)生已有經(jīng)驗、方法的聯(lián)系；理想化策略能放大概念的本質(zhì)因素；實驗探究策略能凸顯概念的關(guān)鍵屬性；物理學(xué)史介紹策略能遷移科學(xué)家理性追求過程所用的思想方法?；趩栴}解決的概念應(yīng)用，能讓學(xué)生在解決問題中，體驗概念的合理性和價值。

本文對概念教學(xué)的研究，旨在為概念課教學(xué)提供一種新的視野。

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