周洪池 管光華

(1. 江蘇省建湖高級(jí)中學(xué)，江蘇 建湖 224700； 2. 江蘇省上岡高級(jí)中學(xué)，江蘇 建湖 224731)

高中學(xué)生物理前概念中相異構(gòu)想的成因及矯治策略

周洪池1管光華2

(1. 江蘇省建湖高級(jí)中學(xué)，江蘇 建湖 224700； 2. 江蘇省上岡高級(jí)中學(xué)，江蘇 建湖 224731)

因錯(cuò)誤前概念而形成的相異構(gòu)想使不少高中學(xué)生感到物理難學(xué),分析錯(cuò)誤前概念形成的原因,了解相異構(gòu)想的性狀,利用邏輯推理、分析比較、實(shí)驗(yàn)體會(huì)、規(guī)范表達(dá)等策略,讓學(xué)生經(jīng)歷認(rèn)知順應(yīng)同化過(guò)程,可有效矯治因前概念形成的相異構(gòu)想．

前概念；相異構(gòu)想；成因；策略

1 引言

概念是人類在認(rèn)識(shí)自然的過(guò)程中,從感性上升到理性，把所感知的事物的共同本質(zhì)特點(diǎn)抽象出來(lái),加以概括,形成思維體系中的基本構(gòu)筑單位．認(rèn)知過(guò)程中由于某種原因的積淀形成了一些是非不定的前概念．初中學(xué)生錯(cuò)誤前概念形成的主要原因是生活經(jīng)驗(yàn),而高中學(xué)生除來(lái)源于生活經(jīng)驗(yàn)外,還有來(lái)源于初中學(xué)習(xí)時(shí)留下的隱性錯(cuò)誤前概念,經(jīng)歷了次生過(guò)程．因此高中生錯(cuò)誤前概念具有多樣、復(fù)雜和頑固的特點(diǎn),引發(fā)形成不同形式的相異構(gòu)想．

建構(gòu)主義認(rèn)識(shí)論認(rèn)為,學(xué)習(xí)過(guò)程不是簡(jiǎn)單地輸入和儲(chǔ)存信息的過(guò)程,而是主動(dòng)地將原有經(jīng)驗(yàn)和新信息進(jìn)行對(duì)比、分析、批判、選擇和重建的過(guò)程．建構(gòu)的過(guò)程是同化和順應(yīng),當(dāng)新知識(shí)與原有知識(shí)結(jié)構(gòu)和思維方式相符時(shí)就被同化,否則就會(huì)被排斥,當(dāng)然也可能經(jīng)修正、重組后再吸收．由皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論可知,同化是引起認(rèn)知結(jié)構(gòu)量的變化,而順應(yīng)是引起認(rèn)知結(jié)構(gòu)質(zhì)的變化,順應(yīng)的難度遠(yuǎn)大于同化．高中學(xué)生雖然具備了一定的批判精神和科學(xué)的邏輯推理能力,但由于自我控制意識(shí)能力存在差異,固有思維方式根深蒂固,在建構(gòu)過(guò)程中難以超越原有構(gòu)想．

多數(shù)教師將高中學(xué)生的錯(cuò)誤前概念理解成學(xué)生個(gè)體能力存在差異,沒(méi)有及時(shí)采取矯治措施,日積月累使得一大批高中學(xué)生物理成績(jī)不能提高．因此研究和矯治因錯(cuò)誤前概念而產(chǎn)生的相異構(gòu)想是高中物理教師面臨的一個(gè)極有價(jià)值的問(wèn)題．

2 高中生錯(cuò)誤前概念造成相異構(gòu)想的原因分析

2.1 直覺(jué)印象根深蒂固

我們每天都看到太陽(yáng)從東方升起西方落下,不可能從直觀認(rèn)識(shí)到地球繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)．不經(jīng)過(guò)“月亮繞著地球轉(zhuǎn),地球繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)”的強(qiáng)力灌輸,很難自覺(jué)認(rèn)為地球是繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)的?因此,地心說(shuō)在人們的頭腦中是根深蒂固的．在一次高中物理教師基本功競(jìng)賽中,筆者讓選手回答同步衛(wèi)星的周期是否為24h,選手非?？隙ǖ鼗卮稹笆恰?其實(shí)他的回答也是停留在地心說(shuō)基礎(chǔ)之上的,沒(méi)有注意到太陽(yáng)日與地球日的區(qū)別．由此可見(jiàn)高中物理教師潛意識(shí)的“地心說(shuō)”錯(cuò)誤前概念也較為根深蒂固．

2.2 初中形成隱性錯(cuò)誤前概念的延伸

初中學(xué)習(xí)電學(xué)時(shí),部分學(xué)生會(huì)形成“電流流過(guò)電阻時(shí)會(huì)被消耗”的相異構(gòu)想,進(jìn)入高中要求計(jì)算串聯(lián)電路通過(guò)各電阻的電荷量時(shí),這些學(xué)生就產(chǎn)生了“電荷量按電阻分配”的相異構(gòu)想．又如,初中有部分學(xué)生形成了“滑動(dòng)變阻器中電流方向與滑片移動(dòng)方向有關(guān)”的相異構(gòu)想,到高中后不會(huì)分析電流的方向了．

2.3 初、高中認(rèn)知銜接不當(dāng)引發(fā)相異構(gòu)想

初中生根據(jù)二力平衡的知識(shí),形成了豎直向上的拉力等于吊起重物的重力的初步構(gòu)想．到高中探究物體加速度與力、質(zhì)量關(guān)系時(shí),教材中設(shè)計(jì)了用重物拉動(dòng)小車的實(shí)驗(yàn),事先平衡了摩擦力,并控制小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于重物的質(zhì)量,即可認(rèn)為小車受到的合外力近似等于重物的重力．學(xué)生在初中形成的構(gòu)想更深刻了,即使后面再學(xué)習(xí)超重和失重,這種構(gòu)想也很難糾正．

2.4 因字生意形成錯(cuò)誤前概念

運(yùn)動(dòng)學(xué)中加速度的概念比較難理解,它是速度隨時(shí)間的變化率．從“加速度”的字面理解這個(gè)概念更加困難,多數(shù)剛上高中的學(xué)生總錯(cuò)誤地將加速度理解成增加的速度,原因就是這個(gè)概念名稱中的一個(gè)“加”字刺激著他們,形成了深刻的錯(cuò)誤前概念．

2.5 解題不嚴(yán)密形成相異構(gòu)想

教師為了節(jié)省時(shí)間,在板演時(shí)總會(huì)跳過(guò)原始公式直接寫出推論．這種一步到位的寫法使學(xué)生養(yǎng)成不按“理”列式的壞習(xí)慣．解題過(guò)程中大量使用“二級(jí)結(jié)論”使學(xué)生產(chǎn)生依賴思想,認(rèn)為只要記住結(jié)論就能解題了．事實(shí)上解題過(guò)程應(yīng)該是根據(jù)題目的意思,依據(jù)概念、定理、定律逐步求出結(jié)果的過(guò)程．

2.6 主觀臆斷形成相異構(gòu)想

物體A疊放在B上,B放在水平面上,當(dāng)用外力拉A時(shí),學(xué)生總認(rèn)為只要拉力大于A、B間的最大靜摩擦力，兩個(gè)物體就會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),而不考慮下面B物體的運(yùn)動(dòng)情況．判斷運(yùn)動(dòng)員勻速爬桿時(shí),學(xué)生認(rèn)為勻速上爬時(shí)運(yùn)動(dòng)員受摩擦力向下,勻速下滑時(shí)運(yùn)動(dòng)員受摩擦力向上,主觀臆斷的憑據(jù)是摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)方向相反．

2.7 認(rèn)知層次達(dá)不到要求形成相異構(gòu)想

中學(xué)階段學(xué)生對(duì)力的概念理解呈螺旋上升的趨勢(shì)．初學(xué)時(shí)認(rèn)為力就是“推、拉、提、壓”;后來(lái)又知道力可使物體發(fā)生形變;是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生加速度的原因;還存在場(chǎng)力、分子力和核力，最終歸納出4種相互作用.而理論物理定義為力是物體動(dòng)量的變化率．力的概念比較抽象,經(jīng)過(guò)具體到抽象再概括的過(guò)程,在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生會(huì)產(chǎn)生各自的相異構(gòu)想,形成階段性的錯(cuò)誤前概念．

在建構(gòu)概念的過(guò)程中,無(wú)意間在大腦中丟下一粒錯(cuò)誤的種子,在條件適當(dāng)?shù)那闆r下就會(huì)生根發(fā)芽,形成形式各異、是非不定的前概念．物理學(xué)史中的大量事實(shí)證明,人類認(rèn)知自然經(jīng)歷的過(guò)程也是這樣,錯(cuò)誤認(rèn)知在不斷地接受新事實(shí)的批判,然后再重新建立新的概念和構(gòu)想．

3 矯治錯(cuò)誤前概念中相異構(gòu)想的策略

3.1 發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤前概念是矯治的前提

矯治錯(cuò)誤前概念的前提是要讓學(xué)生明白自己的認(rèn)知是錯(cuò)誤的．“滑動(dòng)變阻器中電流方向與滑片移動(dòng)方向有關(guān)”的相異構(gòu)想是極少數(shù)的現(xiàn)象,我們只要追問(wèn)一下“為什么”或許就可以解決．由于學(xué)生錯(cuò)誤前概念暴露的機(jī)會(huì)比較少,因此發(fā)現(xiàn)得越及時(shí)越好．開(kāi)展小組合作學(xué)習(xí),組內(nèi)同伴相互交流時(shí)可以使隱蔽的錯(cuò)誤前概念顯露出來(lái),學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的認(rèn)知與別人不同時(shí)就會(huì)產(chǎn)生認(rèn)知沖突,引發(fā)思考后經(jīng)過(guò)順應(yīng)過(guò)程形成正確的認(rèn)知．因此,小組合作學(xué)習(xí)方式矯治學(xué)生相異構(gòu)想的效果比較好．

3.2 調(diào)整教學(xué)順序抑制相異構(gòu)想

學(xué)習(xí)牛頓第二定律時(shí),首先要求探究物體加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系．為了簡(jiǎn)便,教材用重物對(duì)繩子的拉力來(lái)代替小車受到的合外力,如圖1所示．于是學(xué)生產(chǎn)生了豎直方向懸掛重物時(shí)繩子拉力等于重物重力的相異構(gòu)想,根本不去理會(huì)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于重物質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)條件．實(shí)際教學(xué)過(guò)程中我們先對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了調(diào)整,在小車左端加接一只力傳感器顯示力的大小,當(dāng)平衡摩擦力后,學(xué)生很容易接受力傳感器上顯示的就是小車受到的合外力．學(xué)習(xí)超失重和連接體問(wèn)題后,再回頭梳理教材提供的實(shí)驗(yàn)方案,并推導(dǎo)只要小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于重物的質(zhì)量時(shí),重物的重力就可以近似替代小車的合外力．通過(guò)調(diào)整教學(xué)順序,淡化錯(cuò)誤構(gòu)想,使學(xué)生認(rèn)知清晰．

圖1

3.3 利用邏輯的力量沖擊錯(cuò)誤前概念形成新認(rèn)知

圖2

從錯(cuò)誤的概念或構(gòu)想出發(fā),推導(dǎo)出相互矛盾的結(jié)果,可矯治因錯(cuò)誤前概念而產(chǎn)生的相異構(gòu)想．伽利略利用邏輯的力量,有效地矯治了重物越重下落越快的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)．在學(xué)習(xí)靜電感應(yīng)時(shí),不少學(xué)生認(rèn)為哪里有電荷,接地時(shí)此處電荷就會(huì)流入大地．如圖2所示,枕形絕緣導(dǎo)體AB靠近帶正電的小球C,A端感應(yīng)正電荷,B端感應(yīng)負(fù)電荷．用手觸摸枕形導(dǎo)體B端時(shí),有學(xué)生認(rèn)為B端的負(fù)電荷通過(guò)人體流入大地,使枕形導(dǎo)體帶正電．枕形導(dǎo)體處在C的電場(chǎng)中,表面是等勢(shì)面,感應(yīng)電荷的電勢(shì)能為0,當(dāng)用手觸摸B端時(shí),有電流流過(guò)人體,消耗了電勢(shì)能,觸摸后枕形導(dǎo)體帶上了正電荷,與C構(gòu)成的系統(tǒng)電勢(shì)能大于0．能量增加了,莫非是永動(dòng)機(jī)?通過(guò)邏輯推理讓他們感到認(rèn)知錯(cuò)誤,然后進(jìn)行正面的講解,錯(cuò)誤前概念得到良好的矯治．

3.4 同化和順應(yīng)過(guò)程矯治相異構(gòu)想方法比較

圖3

如圖3所示,物體A放在B上,B放在光滑的水平面上,要用多大的拉力兩物體就會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)?

對(duì)上面的問(wèn)題,設(shè)計(jì)兩種方案,對(duì)“只要水平拉力大于A、B間最大靜摩擦力,A、B就會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)”的相異構(gòu)想進(jìn)行矯治．

3.4.1 重復(fù)運(yùn)算,以同化過(guò)程矯治相異構(gòu)想

設(shè)mA=6kg,mB=2kg,A、B間動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,g=10m/s2．水平向右拉A物體的力為多大時(shí)A、B兩物體發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)?

假設(shè)兩物體間的最大靜摩擦力足夠大,作用在A物體上的水平拉力取不同值時(shí),求出兩物體間的靜摩擦力Ff,如表1.

表1

A、B間能產(chǎn)生的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力Ffm=μFN=μmAg=12N．從表格中可以看出只有當(dāng)作用在A物體上的水平拉力達(dá)到48N時(shí),A、B間的摩擦力才達(dá)到最大靜摩擦力．當(dāng)作用于A上的水平拉力為12N時(shí),A、B間的摩擦力才為3N,這個(gè)靜摩擦力比A、B間的最大靜摩擦力小,所以A、B不會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)．

經(jīng)過(guò)重復(fù)多次的類似計(jì)算,認(rèn)知逐漸在同化過(guò)程中構(gòu)建,相異構(gòu)想得到矯治．

3.4.2 實(shí)驗(yàn)體會(huì),以順應(yīng)過(guò)程矯治相異構(gòu)想

實(shí)驗(yàn)器材是兩本厚薄相差較大的書,將兩本書疊放在比較光滑的桌面上,用水平力拉其中的一本書,要求將兩本書拉分離，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2.

表2

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,薄書在上厚書在下時(shí)拉薄書非常容易使兩書分離;厚書在上薄書在下時(shí)拉厚書,下面的薄書隨上面的厚書運(yùn)動(dòng)非常明顯,要使兩本書發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)則非常難．通過(guò)實(shí)驗(yàn)體會(huì)和對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析,多數(shù)學(xué)生能發(fā)現(xiàn)自己的構(gòu)想存在問(wèn)題．實(shí)驗(yàn)是對(duì)錯(cuò)誤認(rèn)知順應(yīng)過(guò)程的基礎(chǔ),是矯治相異構(gòu)想的有力武器．

3.5 養(yǎng)成“摳理”和規(guī)范表達(dá)矯治相異構(gòu)想

對(duì)字意理解時(shí)要對(duì)字意作出合理的解釋,加速度中的“加”、楞次定律中的“阻礙”、過(guò)程量的“增量”與“變化量”、功和能中“能”等字詞的意義,可通過(guò)討論、查字典的形式辨別．在物理學(xué)科中相同的字眼表達(dá)的意義也不相同,濕度和相對(duì)濕度的區(qū)別,就不能類比于高度和相對(duì)高度來(lái)理解了．結(jié)合能、比結(jié)合能相差在“比”上,意為“平均”而不是比值．對(duì)一些定理,教師甚至要把主謂賓、定狀補(bǔ)成分“摳”出來(lái)細(xì)分析．在學(xué)生看來(lái)物理教師的“摳”是沒(méi)有必要的,但教師不“摳”,學(xué)生就會(huì)形成零碎而復(fù)雜的錯(cuò)誤認(rèn)知．“摳”可以將道理講得更明確,減少相異構(gòu)想．

計(jì)算物體在水平面上運(yùn)動(dòng)受到滑動(dòng)摩擦力時(shí),總是一步到位地將表達(dá)式寫成Ff=μmg,學(xué)生會(huì)將物體在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)滑動(dòng)摩擦力表達(dá)式也寫成Ff=μmg,隨意簡(jiǎn)化導(dǎo)致了相異構(gòu)想的產(chǎn)生．所以在摩擦定律教學(xué)時(shí),要求學(xué)生先寫Ff=μFN,再將FN的表達(dá)式寫出來(lái),最后求解滑動(dòng)摩擦力．學(xué)生對(duì)教師的這種要求往往不屑一顧,但教師仍要堅(jiān)持規(guī)范表達(dá)以達(dá)到防微杜漸目的．

生活和學(xué)習(xí)中無(wú)意間會(huì)在頭腦中留下錯(cuò)誤的種子而產(chǎn)生相異構(gòu)想．如果在留下錯(cuò)誤種子之前先將它轉(zhuǎn)變成正確的種子,錯(cuò)誤就不會(huì)發(fā)芽;發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤種子發(fā)芽時(shí)及時(shí)清除,雜草就不會(huì)長(zhǎng)大;雜草根深蒂固時(shí)斬草除根,正確的禾苗照樣茁壯成長(zhǎng)．矯治學(xué)生因錯(cuò)誤的前概念而形成的相異構(gòu)想,要讓學(xué)生錯(cuò)誤前概念顯現(xiàn)出來(lái),再利用邏輯推理、分析比較、實(shí)驗(yàn)體會(huì)、規(guī)范表達(dá)等策略進(jìn)行綜合矯治．高中物理教學(xué)中矯治前概念中相異構(gòu)想是一個(gè)長(zhǎng)期的、反復(fù)的、螺旋上升的過(guò)程．

1 夏海寧.前概念對(duì)物理概念學(xué)習(xí)的影響及其轉(zhuǎn)化策略的研究[D].大連：遼寧師范大學(xué),2011.

2 馮一冰，熊寶庫(kù).前概念對(duì)物理概念教學(xué)的影響及教學(xué)策略[J].物理通報(bào),2004(2)：3-6.

3 李高峰，劉恩山.前科學(xué)概念的研究進(jìn)展[J].內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2007(4)：62-67.

2017-04-25)