許慧藝

(南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院 江蘇 南京 210000)

奧蘇貝爾在他最有影響力的著作——《教育心理學(xué)：一種認(rèn)知觀》的扉頁(yè)上寫道,“如果我不得不把教育心理學(xué)的所有內(nèi)容簡(jiǎn)約成一條原理的話，我會(huì)說：影響學(xué)習(xí)最重要的因素是學(xué)生已知的內(nèi)容.弄清這一點(diǎn)后，進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué).”奧蘇貝爾整個(gè)理論體系的核心是根據(jù)學(xué)生原有的知識(shí)進(jìn)行教學(xué)，也就是要關(guān)注學(xué)生的前概念.學(xué)生在進(jìn)入課堂之前頭腦中并不是一塊“白板”，而是帶著原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)入課堂.教學(xué)實(shí)踐中的大量事實(shí)說明，前概念對(duì)物理教學(xué)干擾很大，極大地阻礙了學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的建立[1].因此，在教學(xué)中關(guān)注學(xué)生的前概念，同時(shí)幫助學(xué)生轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤的前概念，才能為科學(xué)概念的建構(gòu)做好鋪墊.

1 學(xué)生存在的錯(cuò)誤前概念

前概念是指學(xué)生在正式學(xué)習(xí)有關(guān)的物理知識(shí)之前，頭腦中已存在著相關(guān)的認(rèn)識(shí)和該認(rèn)識(shí)賴以形成的思維方式，它們?cè)诤艽蟪潭壬蠜Q定著學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解[2].前概念具有自發(fā)性、頑固性、遷移性等特點(diǎn)，它對(duì)學(xué)生重建科學(xué)概念有著很強(qiáng)的影響力.根據(jù)前人的研究和課堂經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)了解到，高一學(xué)生在學(xué)習(xí)摩擦力知識(shí)過程中，對(duì)于滑動(dòng)摩擦力的認(rèn)識(shí)存在以下常見的錯(cuò)誤前概念：

誤區(qū)1：滑動(dòng)摩擦力的方向總是與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反.

誤區(qū)2：滑動(dòng)摩擦力阻礙物體運(yùn)動(dòng)，一定是阻力.

誤區(qū)3：滑動(dòng)摩擦力總是做負(fù)功.

誤區(qū)4：只有運(yùn)動(dòng)的物體才會(huì)受到滑動(dòng)摩擦力，靜止的物體不會(huì)受到滑動(dòng)摩擦力的作用.

對(duì)于靜摩擦力存在以下常見的錯(cuò)誤前概念：

誤區(qū)1：靜摩擦力一定是阻力.

誤區(qū)2：靜摩擦力總是不做功.

誤區(qū)3：只有靜止的物體才會(huì)受到靜摩擦力,運(yùn)動(dòng)的物體不會(huì)受到靜摩擦力.

2 利用物理實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變學(xué)生前概念的具體策略

2.1 設(shè)計(jì)思路

學(xué)習(xí)是學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)的過程，學(xué)習(xí)過程是自我生成的過程，這種生成是由內(nèi)而外的生長(zhǎng)，是他人無法代替的，其基礎(chǔ)是學(xué)生原有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)[3].而學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中除了一些與科學(xué)概念相違背的錯(cuò)誤前概念，還存在大量的其他正確的經(jīng)驗(yàn)和理性沉淀，在進(jìn)行概念轉(zhuǎn)變的過程中，要充分利用學(xué)生頭腦中的正確成分，同時(shí)利用學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中前概念的片面性和非本質(zhì)屬性與學(xué)生原有的正確圖式相沖突，根據(jù)先行組織者策略，讓這一部分概括性更強(qiáng)、包攝性更廣的正確概念為新知識(shí)的獲取提供一個(gè)固定點(diǎn)，更好地實(shí)現(xiàn)從原有知識(shí)向科學(xué)知識(shí)同化的過程.比如，學(xué)生原有的概念包括“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”“摩擦力阻礙物體運(yùn)動(dòng)，是阻力”“具有動(dòng)力和阻力的概念”，教師要充分利用學(xué)生頭腦中原有的合理性成分——“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”這一正確概念，通過實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)觀察，思考得出原來摩擦力也可以使物體由靜止到運(yùn)動(dòng)，可以是動(dòng)力.以己之矛攻己之盾，讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析解決認(rèn)知沖突，實(shí)現(xiàn)從錯(cuò)誤前概念向科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變.

2.2 思想碰撞 激發(fā)認(rèn)知沖突

教師只有充分了解學(xué)生頭腦中錯(cuò)誤的前概念，才能“對(duì)癥下藥”，找到解決問題的切入點(diǎn).建構(gòu)主義者重視教學(xué)中教師與學(xué)生以及學(xué)生與學(xué)生之間的社會(huì)性相互作用，每個(gè)學(xué)習(xí)者的社會(huì)背景和生活環(huán)境不同，由于客體與主體意識(shí)的相互作用使每個(gè)人只能理解到事物的某些方面，只有通過學(xué)生之間的合作學(xué)習(xí)交流，不同認(rèn)知結(jié)構(gòu)的相互碰撞，才能暴露出一些潛在的問題.比如針對(duì)“摩擦力一定阻礙物體運(yùn)動(dòng)”這一問題，讓學(xué)生展開討論，通過交流討論，可以橫向了解到不同學(xué)習(xí)者對(duì)某一物理事實(shí)的不同認(rèn)知之間的矛盾和沖突，從而激發(fā)認(rèn)知沖突，這是實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ).

2.3 創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境 糾正錯(cuò)誤前概念

國(guó)內(nèi)外研究表明，對(duì)當(dāng)前概念的不滿意，是產(chǎn)生概念轉(zhuǎn)變的重要原因[4].因此，通過創(chuàng)設(shè)探究性教學(xué)情境，學(xué)生帶著問題觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，利用原有的知識(shí)來解釋現(xiàn)象，引發(fā)新舊知識(shí)之間發(fā)生沖突，這種沖突促使學(xué)習(xí)者進(jìn)一步探究矛盾事件，這不僅是進(jìn)行概念轉(zhuǎn)變的動(dòng)力，同時(shí)也是科學(xué)概念建立的前提.

2.3.1 利用實(shí)驗(yàn)探究滑動(dòng)摩擦力的方向

實(shí)驗(yàn)探究1:

教師出示簡(jiǎn)易自制教具*該實(shí)驗(yàn)參考東芝杯·中國(guó)師范大學(xué)理科師范生教學(xué)技能創(chuàng)新大賽滑動(dòng)摩擦力一節(jié).，該裝置示意圖如圖1所示.

圖1 自制摩擦力裝置——演示實(shí)驗(yàn)1

實(shí)驗(yàn)演示1：如圖1所示，讓右邊3個(gè)標(biāo)記對(duì)齊，最底下的支架相對(duì)于地面是靜止的，所以把它當(dāng)做地面，上面的物體記為物體A，下面的物體記為物體B.向左迅速拉動(dòng)物體B，學(xué)生觀察兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情況，并填寫表1.

實(shí)驗(yàn)演示2：拉著物體B，使B和A一起向左運(yùn)動(dòng)，二者將會(huì)與支架左側(cè)擋板發(fā)生碰撞，在碰撞前瞬間3個(gè)標(biāo)記是對(duì)齊的，如圖2所示，而我們的實(shí)驗(yàn)是研究碰撞后的情況.

圖2 自制摩擦力裝置——演示實(shí)驗(yàn)2

實(shí)驗(yàn)演示3：讓A和B兩個(gè)標(biāo)記與支架的右側(cè)標(biāo)記對(duì)齊，并用繩子把物體A鉤住，然后向左拉動(dòng)物體B，如圖3所示.

圖3 自制摩擦力裝置——演示實(shí)驗(yàn)3

通過觀察3個(gè)實(shí)驗(yàn)演示，學(xué)生完成表格情況如表1所示.

表1 實(shí)驗(yàn)探究滑動(dòng)摩擦力表格

分析：(1) 在拉動(dòng)繩子時(shí)，發(fā)現(xiàn)A的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化是從靜止到向左運(yùn)動(dòng)，所以A是向左運(yùn)動(dòng)的；通過A,B上的紅色標(biāo)記看出A在B標(biāo)記的右邊，所以A相對(duì)于B是向右運(yùn)動(dòng)的.判斷滑動(dòng)摩擦力，可通過滑動(dòng)摩擦力的產(chǎn)生條件或通過受力分析可知A正是受到滑動(dòng)摩擦力才向左運(yùn)動(dòng)的，所以A受到向左的滑動(dòng)摩擦力.判斷滑動(dòng)摩擦力做功情況，學(xué)生觀察前面已填好的數(shù)據(jù)看出,A受到向左的滑動(dòng)摩擦力，同時(shí)也向左運(yùn)動(dòng)了，所以得出滑動(dòng)摩擦力做正功.

(2)A是向左運(yùn)動(dòng)的，A相對(duì)于B是向左的，同樣在這個(gè)過程中，A也受到了滑動(dòng)摩擦力，正是由于這個(gè)滑動(dòng)摩擦力，使向左運(yùn)動(dòng)的A停了下來，所以這個(gè)滑動(dòng)摩擦力方向是向右的.因?yàn)榛瑒?dòng)摩擦力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反，所以滑動(dòng)摩擦力做負(fù)功.

(3)A物體保持靜止，B向左運(yùn)動(dòng)，因此A相對(duì)于B向右運(yùn)動(dòng)，同理，還是滿足滑動(dòng)摩擦力的產(chǎn)生條件，A還是受到滑動(dòng)摩擦力的作用，而A卻能保持靜止，說明A還受到一個(gè)繩子的拉力作用，由于這個(gè)拉力只能向右，根據(jù)二力平衡得到，A受到的滑動(dòng)摩擦力方向只能向左.由于A保持靜止，所以滑動(dòng)摩擦力不做功.

小結(jié)：(1)通過觀察表格1的第3列和第4列，發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)摩擦力的方向總是與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，而不是與運(yùn)動(dòng)方向相反.

(2)在實(shí)驗(yàn)1中，滑動(dòng)摩擦力可以使物體A由靜止向左運(yùn)動(dòng)，它是動(dòng)力，滑動(dòng)摩擦力做正功；實(shí)驗(yàn)2中，滑動(dòng)摩擦力可以使向左運(yùn)動(dòng)的物體停止運(yùn)動(dòng)，它是阻力，此時(shí)滑動(dòng)摩擦力做負(fù)功.因此滑動(dòng)摩擦力并不總是阻礙物體運(yùn)動(dòng)，它既可以是阻力，也可以是動(dòng)力.既可以做正功，也可以做負(fù)功，甚至不做功.

(3)通過觀察表格1的最后一行，發(fā)現(xiàn)靜止的物體也會(huì)受到滑動(dòng)摩擦力的作用.

2.3.2 利用實(shí)驗(yàn)探究糾正學(xué)生關(guān)于靜摩擦力的錯(cuò)誤前概念

實(shí)驗(yàn)探究2:

實(shí)驗(yàn)演示4：緩慢拉動(dòng)物體B，使A與B一起向左運(yùn)動(dòng)，并且保持相對(duì)靜止.

實(shí)驗(yàn)演示5：向左拉動(dòng)物體B，使A和B一起向左運(yùn)動(dòng)，保持A,B相對(duì)靜止.撤掉拉力，注意觀察拉力撤掉之后，A，B物體的運(yùn)動(dòng)情況，并填寫表格.

實(shí)驗(yàn)演示6：用很小的力向右拉物體A，但沒拉動(dòng).

填寫完的表格如表2所示.

表2 實(shí)驗(yàn)探究靜摩擦力表格

分析：(1)物體A由靜止到向左運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向向左，A相對(duì)于B靜止，由于A與B沒有發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，又因?yàn)锳在摩擦力的作用下向左運(yùn)動(dòng)，所以A受到向左靜摩擦力的作用，根據(jù)靜摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同，學(xué)生可得出靜摩擦力做正功.

(2)撤掉拉力后，物體A由向左運(yùn)動(dòng)到靜止，運(yùn)動(dòng)方向向左，A相對(duì)于B還是靜止不動(dòng)，由于靜摩擦力的作用使向左運(yùn)動(dòng)的A停了下來，所以A受到向右的靜摩擦力.根據(jù)靜摩擦力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反可知靜摩擦力做負(fù)功.

(3)A物體靜止，A相對(duì)于B也是靜止，但是A又受到一個(gè)向右的拉力而處于靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)二力平衡可得，A還受到一個(gè)向左的靜摩擦力的作用.但是由于只有靜摩擦力，而沒有位移，所以靜摩擦力不做功.

小結(jié)：(1)在實(shí)驗(yàn)4中，正是由于靜摩擦力的作用才使得A物體向左運(yùn)動(dòng)，所以此時(shí)靜摩擦力是動(dòng)力，靜摩擦力做正功.而在實(shí)驗(yàn)5中，是由于向右的靜摩擦力才使得運(yùn)動(dòng)的物體A停了下來，所以靜摩擦力是阻力，此時(shí)靜摩擦力做負(fù)功.在實(shí)驗(yàn)6中，雖然有靜摩擦力，但物體始終保持靜止?fàn)顟B(tài)，所以靜摩擦力不做功.所以靜摩擦力同滑動(dòng)摩擦力一樣，可以做正功,做負(fù)功，也可以不做功.

(2)從表2的第2列可以看出，不管物體是靜止的還是運(yùn)動(dòng)的，都可能受到靜摩擦力的作用.

本階段教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，給學(xué)生充足的時(shí)間和機(jī)會(huì)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并以小組討論的方式進(jìn)行活動(dòng)探索，發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)的功能，豐富學(xué)生的感性認(rèn)識(shí).但是在概念轉(zhuǎn)變過程中，若只向?qū)W生提供概念轉(zhuǎn)變的感性材料，而不讓學(xué)生參與思維加工過程，

掌握建立科學(xué)思維的方法，對(duì)學(xué)生來說，表面聯(lián)系和本質(zhì)聯(lián)系、感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí)、生活經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)概念仍處于“分離狀態(tài)”，對(duì)科學(xué)概念的認(rèn)識(shí)只是膚淺的、片面的[5].通過表格的對(duì)比讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題的關(guān)鍵所在，反思自身認(rèn)識(shí)不足的原因，鍛煉學(xué)生的邏輯性思維.同時(shí)糾正錯(cuò)誤的前概念，重新建構(gòu)科學(xué)概念.

3 結(jié)束語

摩擦力作為高中物理教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，同時(shí)也是一個(gè)教學(xué)難點(diǎn)，學(xué)生由于受到生活經(jīng)驗(yàn)或?qū)δΣ亮Υ嬖谧置嫔系腻e(cuò)誤理解等原因，對(duì)滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力存在許多的錯(cuò)誤前概念，教師應(yīng)該對(duì)此加以重視并尋求解決問題的辦法.物理探究實(shí)驗(yàn)具有提高學(xué)生思維能力、轉(zhuǎn)變學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)、促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)遷移等功能，能夠幫助學(xué)生在原有生活經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過探究實(shí)驗(yàn)過程實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移，轉(zhuǎn)變學(xué)生錯(cuò)誤的前概念[6].物理實(shí)驗(yàn)作為物理教學(xué)中的一種重要的教學(xué)策略，也有其自身的局限性，在很多的教學(xué)過程中，教學(xué)策略的選擇應(yīng)視具體教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生錯(cuò)誤概念形成的背景和原因而定.但筆者認(rèn)為運(yùn)用物理實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變學(xué)生錯(cuò)誤的前概念是一種可行的方法，具有理論價(jià)值和實(shí)踐意義.

1 馮偉. 從建構(gòu)主義視角研究物理前概念的轉(zhuǎn)變策略. 教育與職業(yè),2006(23):181～182

2 郭玉英. 中學(xué)物理教學(xué)設(shè)計(jì). 北京：高等教育出版社，2016.5

3 黃梅. 奧蘇貝爾的有意義接受學(xué)習(xí)理論在中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究:[學(xué)位論文].昆明：云南師范大學(xué),2006

4 陳慶軍,吳能平. 物理前概念研究,對(duì)構(gòu)建科學(xué)概念的啟示. 物理教師，2011,32(5):9～11

5 臧國(guó)東. 論物理教學(xué)中如何轉(zhuǎn)變學(xué)生的錯(cuò)誤概念. 吉林省教育學(xué)院學(xué)報(bào),2008(02):51～53

6 劉濤. 高中物理探究實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生力學(xué)前概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)研究. 中學(xué)物理，2014，32(17):23