管彥濱

(中山市華僑中學(xué) 廣東 中山 528400)

物理概念是物理知識體系的重要組成部分，是用濃縮的形式表現(xiàn)大量知識的手段，是科學(xué)抽象的直接產(chǎn)物，是反映自然界各種豐富多彩的物理現(xiàn)象中最基本的規(guī)律.建構(gòu)科學(xué)的物理概念對物理學(xué)習非常重要，只有科學(xué)的、精確的和嚴密的物理概念才能準確地描述自然界的物理現(xiàn)象，因此，學(xué)生對物理概念掌握的正確與否會直接影響到他們的物理學(xué)習.研究表明[1]，錯誤的物理概念會導(dǎo)致學(xué)生對物理現(xiàn)象的錯誤理解，影響科學(xué)物理概念的建構(gòu)和學(xué)習.因此，在物理教學(xué)中，重視對學(xué)生錯誤概念的轉(zhuǎn)變，已經(jīng)逐漸成為物理教師和研究者的共識.

1 錯誤概念形成的途徑

錯誤概念往往不是由于理解偏差或遺忘造成的，它通常與學(xué)生的日常直覺經(jīng)驗相聯(lián)系，有時恰巧是科學(xué)界以前所主張的觀點，如“太陽圍著地球轉(zhuǎn)”“重的物體會更快地落地”等.錯誤概念從產(chǎn)生的途徑上可以分為兩類：一是在接受正式物理教育之前，從日常生活、具體實踐經(jīng)驗出發(fā)，通過粗淺的思維過程，獲得的對一類物理現(xiàn)象共同特征的錯誤認知，進而形成一定結(jié)構(gòu)的圖式.這些圖式可以自行調(diào)整、變通后與科學(xué)的物理概念并存于學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)中，成為較為隱蔽但根深蒂固的錯誤概念，這種現(xiàn)象存在于各個層次的學(xué)生當中.二是學(xué)生在正式學(xué)習物理中，在學(xué)校教學(xué)情景中形成的.教學(xué)中一些教師迫于升學(xué)壓力，為了加快教學(xué)進度，在教學(xué)中出現(xiàn)急于求成的做法，致使學(xué)生對物理知識死記硬背、一知半解，對物理問題的分析缺乏科學(xué)的觀察、科學(xué)的依據(jù)和方法；或者教師在講解物理知識、演示物理實驗時，為了某個知識點的教學(xué)需要而過分地突出某一方面的現(xiàn)象或結(jié)果，卻忽視了相關(guān)的其他知識，造成以偏概全，導(dǎo)致對本質(zhì)特征的曲解，并使原有不正確的圖式得到充實和加強，成為今后學(xué)習中的“先入之見”.

另外，由于教學(xué)的科學(xué)性與可接受性之間的矛盾，造成概念教學(xué)的階段性和在不同年級教材銜接上的脫節(jié)也是產(chǎn)生錯誤概念的一個原因.如在編寫初中教材關(guān)于摩擦力方向的描述時，考慮到初中學(xué)生的年齡特征和認知能力，采取了不甚確切的敘述，似乎摩擦力的方向總跟物體的運動方向相反.這種做法減輕了初中學(xué)生的學(xué)習負擔，降低了初中教學(xué)的難度，但在高中階段學(xué)習同一概念和相關(guān)知識時，這些錯誤概念就會先入為主，嚴重影響了科學(xué)概念的建立和理解.

2 引發(fā)認知沖突是轉(zhuǎn)變錯誤概念的關(guān)鍵

所謂“引發(fā)認知沖突”，是指在教學(xué)過程中通過外界的人為因素(例如教師設(shè)計的問題情境或其他教學(xué)活動)，來激發(fā)學(xué)生的認知矛盾，從而引起學(xué)生的有意注意，調(diào)動學(xué)生的認知內(nèi)驅(qū)力，促進學(xué)生積極、高效地進行知識建構(gòu).在物理教學(xué)中，轉(zhuǎn)變學(xué)生的錯誤概念就是要改造和重組學(xué)生原有的認知結(jié)構(gòu).建構(gòu)主義學(xué)習理論認為[2]，學(xué)生的學(xué)習不是知識由教師向?qū)W生的傳遞，而是學(xué)生自己主動建構(gòu)知識的過程.這種建構(gòu)不能由他人代替，而是由學(xué)生自己通過新、舊知識經(jīng)驗之間反復(fù)的、雙向的相互作用，來形成和調(diào)整自己的知識結(jié)構(gòu).在這種建構(gòu)過程中，一方面學(xué)習者以原有的經(jīng)驗系統(tǒng)為基礎(chǔ)對新的信息進行編碼，建構(gòu)自己的理解；另一方面，學(xué)習者的原有知識又因為新經(jīng)驗的進入而得到豐富、調(diào)整和改造.因此，學(xué)習并不單是信息量的積累，而是由于學(xué)習者新舊知識經(jīng)驗之間的沖突而引發(fā)的概念轉(zhuǎn)變和認知結(jié)構(gòu)的重組.Hestenes等人的研究表明[3]，傳統(tǒng)教學(xué)對轉(zhuǎn)變學(xué)生頭腦中錯誤概念的作用是微乎其微的，要想實現(xiàn)由錯誤概念向科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變，關(guān)鍵是設(shè)法給學(xué)生制造一個“沖突”，給他們一個“震撼”，以動搖其頑固的錯誤概念.

3 引發(fā)認知沖突的方法

3.1 充分了解學(xué)生原有概念的錯誤

在實際教學(xué)中，教師如何引發(fā)認知沖突呢？這就要求教師有針對性地選擇一些事例或現(xiàn)象，讓學(xué)生用自己原有的概念去解釋這些事例或現(xiàn)象，當他們發(fā)現(xiàn)原有的概念同當前所面臨的現(xiàn)實產(chǎn)生無法調(diào)和的矛盾時，就會動搖他們的原有認知基礎(chǔ)，從而使他們感覺到有改變認知結(jié)構(gòu)的需要.然后再通過具體事例把科學(xué)的概念告訴學(xué)生，并把它應(yīng)用到更為廣泛、更為深刻的現(xiàn)象當中去，當學(xué)生在新的思維結(jié)構(gòu)下有更多成功的時候，他們就會接受科學(xué)的物理概念.

利用認知沖突轉(zhuǎn)變學(xué)生錯誤概念的前提是要了解學(xué)生原有的概念基礎(chǔ)，只有在充分了解學(xué)生原有概念的基礎(chǔ)上，才能對這些概念采取有針對性的措施，幫助學(xué)生轉(zhuǎn)變其錯誤概念.引導(dǎo)學(xué)生暴露其原有概念的方法有[4]：

(1)設(shè)計診斷題目或參考有關(guān)研究成果，了解學(xué)生原有的概念.

(2)課前針對某一具體課題(與課堂內(nèi)容緊密相關(guān)的)召開不同層次學(xué)生的座談會，座談會上教師要營造一種輕松和諧的氣氛，讓每個學(xué)生都能暢所欲言，把自己對課題內(nèi)容的想法以及想法的原因說出來.

(3)課上可以針對某一具體概念進行深入討論，從討論中了解學(xué)生存在的某些典型想法.

3.2 轉(zhuǎn)變學(xué)生錯誤概念可采取的措施

在充分了解學(xué)生原有概念的基礎(chǔ)上，教師就要著力制造認知沖突以使學(xué)生轉(zhuǎn)變錯誤概念，在實際教學(xué)中可采取的措施有：

(1)利用矛盾，激起認知沖突.教師充分利用和發(fā)掘教材以及學(xué)生日常生活中的矛盾因素，把學(xué)生置于矛盾氛圍，使學(xué)生產(chǎn)生解決矛盾的迫切需要，從而激起認知沖突.常用的方法有：利用新穎、奇特的物理實驗與學(xué)生日常經(jīng)驗，使原有認識產(chǎn)生矛盾，有效提供激起矛盾的新刺激，設(shè)置認知沖突.例如，在橫波形成的教學(xué)中，我們可以設(shè)計這樣的情境：在水槽中放一些輕小泡沫，讓學(xué)生討論在水波作用下這些小泡沫將如何運動.有些學(xué)生直接根據(jù)生活經(jīng)驗，即在湖邊或河邊有雜質(zhì)，就認為這些泡沫會漂在水槽的邊緣；有些學(xué)生認為這些泡沫在水波傳播方向上受到力的作用，最后仍會漂到槽的邊緣.接著教師可利用投影儀將水波投影在屏幕上，讓學(xué)生觀察，觀察結(jié)果是這些泡沫不隨波向前移動.學(xué)生的預(yù)言為什么會和觀察到的實際物理現(xiàn)象相反呢？從而引起學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生的認知沖突，然后師生一起嘗試正確的解釋，使多數(shù)學(xué)生實現(xiàn)概念的轉(zhuǎn)變，完成科學(xué)概念的建構(gòu).

(2)設(shè)置障礙，觸發(fā)認知沖突.在學(xué)生的學(xué)習探索中，教師要有意設(shè)置障礙，使其產(chǎn)生疑惑，以啟動、活躍學(xué)生的思維，促使其帶著有趣和有價值的疑問去學(xué)習，尋求問題答案，從而積極主動地完成學(xué)習活動.例如，在受力分析的教學(xué)中，教師可以問學(xué)生“桌子是一個沒有生命的東西，怎么會給別的物體力呢？”然后讓學(xué)生帶著這個問題去思考、去討論，最后為了讓學(xué)生認識到桌面對放在其上的物體有一個力的作用是合乎物理規(guī)律的，教師可以讓學(xué)生把一個物體放在手上或彈簧秤上，學(xué)生會從經(jīng)驗中承認手或彈簧秤對物體有一個向上的作用力，然后教師引導(dǎo)學(xué)生在桌面和手或彈簧秤之間建立一個類比關(guān)系，這樣不僅使學(xué)生從理性上而且也從感性上獲得對支持力的正確認識.

(3)制造“陷阱”，暗設(shè)認知沖突.即利用學(xué)生知識結(jié)構(gòu)中的模糊點、易錯點或盲點，制造出相應(yīng)的知識陷阱，引誘學(xué)生落入其中，再將學(xué)生從中“救起”或引導(dǎo)學(xué)生進行“自救”.例如，在位移概念的教學(xué)中，可先讓學(xué)生解決田徑賽場上能否用路程來衡量像推鉛球、投標槍等運動員的成績時，他們就會感到先前認為可解決任何運動遠近問題的路程已遠遠不夠，在學(xué)生的思維結(jié)構(gòu)陷入一片茫然的過程中，適時引導(dǎo)他們用位移概念加以解決，用這種真實性任務(wù)比用現(xiàn)有課本上抽象化的例子更易在學(xué)生頭腦中建立起位移的概念.

(4)貼近生活，挖掘認知沖突.物理知識源于生活，又應(yīng)用于生活生產(chǎn)實際.因此，教學(xué)時，要從學(xué)生的實際出發(fā)，設(shè)置一些實踐性的問題，指導(dǎo)學(xué)生參加探究活動.例如，在學(xué)習慣性的概念時，由于教材中只列舉了固體的慣性現(xiàn)象，學(xué)生誤以為只有固體才有慣性，而對液體、氣體具有慣性不易接受.因此，可以列舉出液體、氣體具有慣性的實例，如將盛滿水的容器放在小車上，當突然移動小車和小車運動達到一定速度后突然停止時，兩種情況下容器內(nèi)的水先潑向什么方向？為什么？讓學(xué)生根據(jù)已學(xué)過的“慣性”概念解釋上述現(xiàn)象，從而加深理解“慣性”的內(nèi)涵，鞏固概念.

(5)運用變式，強化認知沖突.即變換問題的部分條件或設(shè)問方式，在原有的認知沖突消失后，不斷出現(xiàn)新的認知沖突，從而使學(xué)生對問題的認識不斷深化，思維水平不斷提高.例如，在學(xué)生學(xué)習了功的定義式W=Fscosθ后，可設(shè)置這樣一組變式練習：一個重為10 N的物體置于傾角為30°的光滑斜面上下滑4 m，問下列3種情況下，重物在下滑過程中重力做了多少功？

1)光滑斜面變?yōu)榇植谛泵?，摩擦系?shù)μ=0.2，物體的初速度為零.

2)光滑斜面變?yōu)榇植谛泵?，摩擦系?shù)μ=0.2，物體的初速度v=2 m/s.

3)光滑斜面變?yōu)榇植谛泵?，摩擦系?shù)μ=0.2，物體的初速度v=2 m/s，在下滑過程中有一水平推力F=2 N.

在上述變式中，重力和位移這兩個本質(zhì)特征沒有變化，而外力、正壓力、摩擦力、初速度等4個非本質(zhì)特征在各題中是變化的.通過變式的引伸、分析和討論，學(xué)生對一個力做功的概念會進一步加深，從而更好地掌握功的概念.

4 引發(fā)認知沖突應(yīng)遵循的原則

(1)情感性原則.現(xiàn)代教學(xué)論認為[5]，教學(xué)活動是在知識、情感兩條主線相互作用、相互制約下完成的，積極的情感可以刺激學(xué)生的中樞神經(jīng)，促進腦細胞的活動，從而使學(xué)生從記憶倉庫中涌現(xiàn)出許多表象，激發(fā)出多種多樣的新異聯(lián)想，形成對知識的強烈追求、積極思考、主動探索的課堂教學(xué)氛圍.因此，在教學(xué)時，教師要以情施教，營造和諧、民主、合作的教學(xué)氛圍，溝通心靈交流，交融師生情感，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生迫切的期待心理與創(chuàng)造動機，從而實現(xiàn)情感與認知的和諧發(fā)展.

(2)靈活性原則.教學(xué)過程的復(fù)雜性和教學(xué)對象的差異性決定了教師的教學(xué)具有相當?shù)牟淮_定性.在教學(xué)實踐中，我們既要重視預(yù)設(shè)，更要重視生成.當學(xué)生的思維活動偏離正確軌道時，不能漠視，更不能將其強行拉回來，納入預(yù)設(shè)的軌道而壓抑學(xué)生學(xué)習的積極性，泯滅他們創(chuàng)造性思維的火花.所以，在課堂教學(xué)中設(shè)置認知沖突，要有靈活性，要充分考慮教學(xué)情境的改變、學(xué)生思維狀況的調(diào)整等因素，只有這樣，才能讓學(xué)生在經(jīng)歷、體驗與探索過程中增強物理思考的能力和解決問題的能力.

(3)適宜性原則.認知沖突的設(shè)置既要適宜學(xué)生對知識的建構(gòu)，又要有利于學(xué)生智力的發(fā)展.為此，我們要充分了解學(xué)生的知識底數(shù)和認知的特點，并根據(jù)知識內(nèi)容特點和教學(xué)要求，將學(xué)生已有的知識經(jīng)驗和將要學(xué)習的知識聯(lián)系起來，從學(xué)生的角度發(fā)現(xiàn)那些和學(xué)生已有知識經(jīng)驗有一定聯(lián)系的問題，然后利用這些問題激發(fā)學(xué)生的認知沖突，因為學(xué)生知道一些但又不能充分解決的問題，極易引起學(xué)生的認知沖突.

在物理教學(xué)中，這種有意識地利用認知沖突來轉(zhuǎn)變學(xué)生錯誤概念的教學(xué)方式，能使學(xué)生頭腦中的錯誤概念和科學(xué)概念之間的矛盾明確化，從而引起學(xué)生的有意注意，調(diào)動學(xué)生的認知內(nèi)驅(qū)力.對于促進學(xué)生積極、主動地建構(gòu)正確的認知結(jié)構(gòu)，鍛煉學(xué)生的思維能力，提高學(xué)生的探究能力，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力并最終形成科學(xué)的物理概念，具有十分重要的意義.