陳 芳 呂華平

(1. 江蘇師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院,江蘇 徐州 221116；2. 江蘇省昆山市新鎮(zhèn)中學(xué),江蘇 蘇州 215300)

物理學(xué)是一門與生活緊密聯(lián)系的學(xué)科,學(xué)生在學(xué)習(xí)新概念之前并不是“白紙一張”,而是已經(jīng)有了一定經(jīng)驗和認識,即前概念,但這些前概念往往是一分為二的,正確的前概念對學(xué)生的學(xué)習(xí)起到正遷移的促進作用,錯誤的前概念會對科學(xué)概念的建構(gòu)產(chǎn)生阻礙作用。無論是哪種情形,都積蓄著極大的教學(xué)能量,是學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念的基礎(chǔ)。因此,在教學(xué)過程中,教師必須了解并正視學(xué)生的前概念,尤其是對待錯誤前概念時,傳統(tǒng)的“填鴨式”“灌輸式”教學(xué)往往粗暴地用科學(xué)概念強行“覆蓋”前概念,學(xué)生的學(xué)習(xí)效果較差,無法促進學(xué)生的有意義學(xué)習(xí)。[1]奧蘇泊爾曾經(jīng)說過:“如果我必須把教育心理學(xué)全部原理歸結(jié)為一句話,那么我將會說,影響學(xué)生最重要的一個因素乃是學(xué)生已經(jīng)知道的東西,肯定這一點并據(jù)此教學(xué)”。[2]因此,教師如何在教學(xué)中了解學(xué)生的前概念,并有針對性地尋找教學(xué)策略來實現(xiàn)前概念的有效轉(zhuǎn)變,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),讓學(xué)生的“學(xué)”變得更有意義,是每一位教師需要不斷研究的課題。

1 正確認識前概念

1.1 初中生物理錯誤前概念的產(chǎn)生原因

萊布尼茨指出：“任何結(jié)果都有原因”,要想有效轉(zhuǎn)變錯誤前概念,我們就必須了解這些前概念的成因。

首先,在初中生的頭腦中已經(jīng)積累了大量的生活經(jīng)驗,根據(jù)皮亞杰的認知發(fā)展理論,兒童的認知發(fā)展過程具有階段性和連續(xù)性的特點,初中生的思維處于具體運算階段,該階段學(xué)生的思維活動仍然比較刻板,只能被動地遵守規(guī)則,對成人給的經(jīng)驗深信不疑,這些都會引起錯誤前概念的形成。[3]同時,日常經(jīng)驗往往具有單一性、表面性和偶然性等特點,與科學(xué)概念之間存在差距，例如,學(xué)生會認為“輕的物體會上浮,重的物體會下沉”等。

其次,隨著科學(xué)技術(shù)的飛快發(fā)展,初中生會通過大眾傳媒獲取知識,但是在物理中有一些相似的概念,由于社會媒體的生活性,部分內(nèi)容的表述會不夠科學(xué)嚴謹,例如媒體一般不會區(qū)分“重量”和“質(zhì)量”,往往會誤導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生“質(zhì)量會隨著物體的位置改變而改變”的錯誤前概念。

1.2 有效轉(zhuǎn)變錯誤物理前概念的教學(xué)步驟

錯誤前概念具有頑固性、重復(fù)性等特點,[1]如果僅僅通過簡單的說教去糾正,很難達到轉(zhuǎn)變的效果。因為這些概念已經(jīng)在學(xué)生的頭腦中形成了一種定勢，學(xué)生在分析和解決問題時,還是會不自覺地運用錯誤前概念。這就要求教師在教學(xué)過程一定要采用合適的教學(xué)策略來實現(xiàn)其到科學(xué)概念的有效轉(zhuǎn)變。[4]通過實踐和研究,有效轉(zhuǎn)變前概念大致可分為以下4步。

(1) 了解與暴露概念。打“虎”要知“虎”,教師只有了解了學(xué)生的前概念,才能做到有的放矢。一般知“虎”的方式有:師生對話、問卷調(diào)查、教師間交流等。

(2) 再現(xiàn)概念情境,形成認知沖突,解構(gòu)前概念。錯誤的認知往往是因為對事物或事件觀察的片面性而導(dǎo)致,教師可以先從學(xué)生角度，將片面的前概念涉及的內(nèi)容以演示實驗、學(xué)生實驗等方式展現(xiàn)其全面性質(zhì),從而引發(fā)學(xué)生的認知沖突,用事實來沖擊“前概念”,調(diào)動學(xué)生強烈的好奇心,為科學(xué)概念的重建創(chuàng)造良好的條件。

(3) 解釋沖突,建構(gòu)科學(xué)概念。在形成認知沖突后,教師應(yīng)趁熱打鐵,幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)前概念的不合理之處,從而建構(gòu)科學(xué)概念,實現(xiàn)概念的有效轉(zhuǎn)變。

(4) 鞏固與應(yīng)用概念。學(xué)生的前概念是具有“慣性”的,學(xué)生在解題或解釋生活現(xiàn)象時仍然會習(xí)慣性地運用前概念,而我們的物理教學(xué)的最終目的就是要應(yīng)用于生活,因此在概念的鞏固和應(yīng)用時，就應(yīng)該強調(diào)情景化、生活化,而不是簡單的數(shù)學(xué)化、模型化,從而更好地實現(xiàn)知識的遷移。

2 概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)案例

在進行蘇科版“光的顏色 色彩”的教學(xué)時,教師若以講授法授課，效果會較差，學(xué)生對物理概念的理解仍然很模糊，這種處理方式?jīng)]有體現(xiàn)“從生活走向物理,從物理走向社會”的課程基本理念。[5]通過對一線教師的調(diào)查和訪談發(fā)現(xiàn)：光在生活中隨處可見,學(xué)生在課前已積累了大量的前概念,主要存在以下3個錯誤前概念:(1) 白光就是一種單色光；(2) 透明物體可以透過任何色光；(3) 我們看到的物體是什么顏色，是因為它本身就是這個顏色,與光的顏色無關(guān)。這些概念在學(xué)生的頭腦中已根深蒂固,僅僅通過簡單的說教很難糾正。教師應(yīng)通過演示實驗、學(xué)生實驗等方式，一步步地解構(gòu)前概念,從而實現(xiàn)概念的有效轉(zhuǎn)變。

2.1 創(chuàng)設(shè)情境,了解與暴露前概念

教師展示多彩的圖片并提問:白色陽光下的世界為什么是多彩的？

以問題引發(fā)學(xué)生思考,暴露上述第3個錯誤前概念,此時學(xué)生是非常疑惑的,教師再引導(dǎo):大家都在接受白熾燈的照射,但是看到物體的顏色卻是不同的,如A同學(xué)的衣服是紅色的,而B同學(xué)的衣服是綠色的,要解決這個問題，就必須要了解白光是由什么組成的？我們從最常見的白光——太陽光開始研究。在太陽光的照耀下,為什么物體的顏色不同？物體的顏色又由什么來決定？以下將物體分為透明物體和不透明物體來研究。

設(shè)計意圖:創(chuàng)設(shè)真實的問題情境,還原并暴露學(xué)生的前概念,進而引導(dǎo)學(xué)生將教師提出的問題分解成為3個小問題:(1) 白光是由什么組成的？(2) 透明物體的顏色是由什么決定的？(3) 不透明的物體的顏色是由什么決定的？通過問題解決，有針對性地轉(zhuǎn)變學(xué)生的錯誤前概念。

2.2 演示實驗,使前概念的轉(zhuǎn)變更直觀

活動1：分解太陽光

教師簡單介紹三棱鏡，演示光的色散實驗。學(xué)生仔細觀察色散現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)太陽光通過三棱鏡后被分解成紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等7種色光。

設(shè)計意圖:用事實說話,讓學(xué)生直觀地認識到前概念的錯誤,知道白光不是一種單色光,而是由多種色光混合而成的,此時教師應(yīng)適當(dāng)引導(dǎo)一句:“白熾燈照在我們身上不是只有一種色光,而是有7種色光”,為后面講解“物體的顏色”部分奠定基礎(chǔ)。而這一概念的成功轉(zhuǎn)變能夠引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注情境中的其他問題,激發(fā)了學(xué)生的好奇心及想要弄清事實的欲望。

2.3 通過學(xué)生實驗,使前概念轉(zhuǎn)變更深刻

活動2：探究透明物體的顏色

學(xué)生實驗:利用手邊的手電筒讓白光分別通過紅色、藍色、綠色玻璃紙,仔細觀察現(xiàn)象。

學(xué)生發(fā)現(xiàn):紅色透明物體只能通過紅光,藍色透明物體只能通過藍光,綠色透明物體只能通過綠光。再請學(xué)生將藍光照在紅色玻璃紙上,觀察現(xiàn)象(如圖1)，發(fā)現(xiàn):沒有光射出。由此得出結(jié)論:透明物體只能通過與其自身顏色相同的光,而吸收其他不同顏色的光。

圖1

此時教師打鐵趁熱提問:當(dāng)白光通過什么顏色的玻璃片會呈現(xiàn)圖2所示的效果？學(xué)生在練習(xí)中體會到:透明物體允許什么色光通過它就是什么顏色。由此得到結(jié)論:透明物體的顏色由它透過的色光決定。

圖2

設(shè)計意圖:學(xué)生親自動手,得到的實驗結(jié)果更具有說服力和沖擊力,明顯的實驗現(xiàn)象讓學(xué)生清楚意識到自己的前概念是錯誤的，教師再因勢利導(dǎo)講解“透明物體的顏色”,成功構(gòu)建了科學(xué)概念。

2.4 利用自制教具,制造認知沖突,使前概念轉(zhuǎn)變更有效

活動3：探究不透明物體的顏色

教師展示自制教具:一個暗盒,內(nèi)置一個實物展臺連接至屏幕,內(nèi)接一個白色燈泡和一個紅色燈泡(如圖3),先將白色燈泡打開,看到藍色的“中國夢”字樣,再將白色燈泡關(guān)閉,打開紅色燈泡,看到黑色的“中國夢”字樣。

教師提出問題:為什么同一物體在不同的燈光照耀下呈現(xiàn)出不同的顏色？物體的顏色究竟是由什么決定的？

設(shè)計意圖:利用自制教具可以使學(xué)生直觀地發(fā)現(xiàn)同一物體在不同燈光下呈現(xiàn)不同的顏色,引發(fā)了學(xué)生對前概念的“不滿”,激發(fā)了學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的內(nèi)驅(qū)力。

教師引導(dǎo)學(xué)生一起分析:打開白色燈泡時,“中國夢”呈現(xiàn)藍色,說明當(dāng)七色光照到藍色物體時只有藍光被反射進入人眼(如圖4)，得出結(jié)論:藍色不透明物體只反射藍光,而吸收其他不同色光。

圖4

接著請學(xué)生閉眼模擬沒有色光進入眼睛時，感覺到的就是黑色。說明當(dāng)紅光照到藍色物體時看到黑色，實際上是沒有色光反射出來(如圖5)，即藍色物體只能反射藍光,紅光被藍色物體吸收了。由此得到結(jié)論:不透明物體只能反射和自身顏色相同的色光,吸收其他色光。

圖5

此時教師打鐵趁熱提問:當(dāng)白光照到什么顏色的物體上時會呈現(xiàn)圖6所示的效果？

圖6

學(xué)生在學(xué)習(xí)中體會到:不透明物體反射什么色光，觀察到的就是什么顏色。說明綠色不透明物體之所以是綠色，是因為它只反射綠色，由此得到結(jié)論:不透明物體的顏色由它反射的色光決定。

設(shè)計意圖:再現(xiàn)前概念情境,通過直觀的實驗現(xiàn)象與學(xué)生的前概念形成沖突,從而讓學(xué)生意識到自己的前概念是錯誤的,打破了原有的認知,使學(xué)生主動摒棄錯誤前概念,成功幫助學(xué)生實現(xiàn)了概念的轉(zhuǎn)變,完成了知識的意義建構(gòu)。

2.5 回歸生活,使前概念轉(zhuǎn)變更深入

教師提問:屏幕為何用白色, 冬天為何穿深色衣服？

設(shè)計意圖:讓學(xué)生“從物理走向社會”,實現(xiàn)前概念的根本轉(zhuǎn)變。

教師再次提問:白色陽光下的世界為什么是彩色的世界？

學(xué)生回答:因為白光由各種色光組合而成,而物體的顏色由它反射或透過的色光決定。

3 結(jié)語

前概念普遍存在于學(xué)生的頭腦中,具有頑固性、生活性、反復(fù)性等特點。教師要以學(xué)生為學(xué)習(xí)主體,充分了解并把握學(xué)生的前概念,據(jù)此創(chuàng)設(shè)情境,引起學(xué)生的認知沖突,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,從而揭示學(xué)生前概念的錯誤,運用實驗等教學(xué)方式實現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變,建構(gòu)科學(xué)概念。