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        基于初中物理科學(xué)思維的錯誤前概念轉(zhuǎn)化

        2021-08-19 07:36:06汪文軍
        數(shù)理化解題研究 2021年14期
        關(guān)鍵詞:概念物理科學(xué)

        汪文軍

        (江蘇省南京市溧水區(qū)第一初級中學(xué) 211200)

        科學(xué)思維是從物理學(xué)的視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識方式;是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)理想模型的抽象概括過程;是分析綜合、推理論證等方法的內(nèi)化;是基于事實證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判、檢驗和修正,進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質(zhì).它是學(xué)生必備的學(xué)科核心素養(yǎng)之一.

        前概念指學(xué)習(xí)者在接受正式的科學(xué)教育之前,在現(xiàn)實生活中通過長期的經(jīng)驗積累與辨別式學(xué)習(xí)而獲得的一些感性印象、積累的一些缺乏概括性和科學(xué)性的經(jīng)驗.而這些經(jīng)驗中有些是與科學(xué)相違背的,想要糾正它也成了教學(xué)中的一個難題.

        德國物理學(xué)家勞厄?qū)逃幸痪涿?:“重要的不是獲得知識,而是發(fā)展思維能力.教育無非是一切已學(xué)過的東西都遺忘掉的時候所剩下來的東西.”剩下來的東西是什么呢?我們理解其中重要的一個方面就是“思維”.通過初中物理科學(xué)思維的錯誤前概念轉(zhuǎn)化,不僅可以轉(zhuǎn)化學(xué)生錯誤的觀點,還可以培養(yǎng)學(xué)生獨立科學(xué)思維的能力,樹立正確的科學(xué)觀.

        一、物理前概念的特點

        不同層次的學(xué)生在學(xué)習(xí)物理之前,頭腦中都會存在前概念.且前概念數(shù)量多,范圍廣,在力、熱、光、聲、電各領(lǐng)域都會存在.物理前概念在主要特點就是隱蔽性強(qiáng).前概念是在潛移默化中形成的,以潛意識存在,平時不易表現(xiàn),只有解決具體問題時才會暴露出來.再次,前概念是學(xué)生撐起生活經(jīng)驗積累的結(jié)果,在頭腦中印象深刻,根深蒂固.想要糾正學(xué)生的錯誤前概念還是很困難的.

        二、物理科學(xué)思維的轉(zhuǎn)化方式

        在以往教學(xué)中,前概念由于其隱蔽性強(qiáng),容易被忽視.即使注意到,也有可能出現(xiàn)解釋不到位的現(xiàn)象,導(dǎo)致學(xué)生錯誤前概念問題難以糾正.且由于前概念數(shù)量多且雜,運用單一的方法解釋已不能滿足需求,這使得我們不得不意識到,針對不同錯誤前概念需要用不同的方法.下面以簡例說明.

        1.物理實驗的思維轉(zhuǎn)化

        (1)在學(xué)生日常生活中,認(rèn)為用吸管喝飲料,飲料是被吸出來的.針對這一錯誤前概念,設(shè)計如下實驗:

        [實驗材料]玻璃瓶、吸管、水、熱熔膠

        [制作過程]①將打有一孔的玻璃瓶蓋旋緊在裝滿水的玻璃瓶上.②將吸管由孔插入,并用熱熔膠將所有孔隙密封,確保裝置氣密性.③讓學(xué)生通過吸管吸水,觀察是否有水被吸出.(如圖1所示)④將熱熔膠去除,讓學(xué)生再次吸水,觀察是否有水被吸出.

        此實驗首先通過有熱熔膠時吸不出水,引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突.再利用無熱熔膠時能吸出水強(qiáng)調(diào)我們用吸管喝飲料時,飲料不是吸出來的,而是大氣將飲料壓入我們口中.步驟③中裝滿水的瓶內(nèi)幾乎無空氣,又由于有熱熔膠密封,杜絕了外界空氣進(jìn)入,當(dāng)吸飲料時,瓶內(nèi)氣壓過小,無法將水壓入口中.而無熱熔膠時,由于瓶內(nèi)氣體與大氣連通,吸水時,吸管中氣體減少,壓強(qiáng)變小,大氣將水壓入口中.利用此實驗轉(zhuǎn)化了學(xué)生的錯誤前概念.

        (2)學(xué)生上完體育課后,常站在電扇下吹風(fēng),以此降溫.這一現(xiàn)象致使學(xué)生產(chǎn)生了通過吹風(fēng)可以降低環(huán)境溫度的錯誤前概念.針對此現(xiàn)象,設(shè)計如下實驗:

        [實驗材料]電風(fēng)扇、溫度計、水

        [制作過程]①將溫度計置于打開的電扇前(如圖2所示),觀察其溫度變化并記錄數(shù)據(jù).②將玻璃泡上沾有水的溫度計置于打開的電扇前,觀察其溫度變化并記錄數(shù)據(jù)性(如表1所示).③數(shù)據(jù)記錄并作出溫度變化圖像(如圖4所示).

        表1

        通過分析實驗數(shù)據(jù)可以得到結(jié)論,風(fēng)無法直接改變溫度,只有當(dāng)溫度計的玻璃泡上有水時,溫度才會下降.也就意味著體育課后由于學(xué)生身上有汗,電風(fēng)扇的風(fēng)吹動加快了汗液的蒸發(fā),而蒸發(fā)過程是吸熱的.這才使得學(xué)生感覺涼快.這樣就轉(zhuǎn)化了學(xué)生的錯誤前概念.

        2.物理理論的思維轉(zhuǎn)化.

        (1)炎熱的夏天,學(xué)生坐在電扇下吹風(fēng),涼爽的同時,很多學(xué)生會擔(dān)心搖擺的電扇會掉下來,針對這種錯誤的前概念,可通過理論解釋.

        如圖5所示,電扇之所以會掉下來,是由于受到地球的吸引力.正常情況下,由于吊扇頂部與天花板有著螺絲的固定作用,使得吊扇能穩(wěn)穩(wěn)的固定在天花板上.當(dāng)電扇轉(zhuǎn)動時,會將空氣向下吹動,給空氣施加一個向下的力,根據(jù)牛頓第三定律,當(dāng)?shù)跎冉o空氣一個向下的力的同時,空氣也會給吊扇一個向上的力F,如圖6所示,吊扇受到兩個力的作用,最終二者的合力比圖5要小,這就使得吊扇受到的向下的力變小,也就意味著工作時的吊扇比不工作時更加難以掉下來.所以我們的擔(dān)心實際是多余的.

        現(xiàn)實中,直升機(jī)就是依據(jù)這一原理制造的,如圖7所示,當(dāng)螺旋槳高速轉(zhuǎn)動時,給空氣一個向下的力,同時空氣就會給直升機(jī)一個向上的力F,當(dāng)這個力大于直升機(jī)的重力時,直升機(jī)就能升空了.

        利用理論解釋,再結(jié)合直升機(jī)的例子,糾正學(xué)生的錯誤前概念.

        (2)漂浮在空中的空氣給日常生活并沒有帶來任何“負(fù)擔(dān)”,致使學(xué)生認(rèn)為空氣的質(zhì)量很小,要糾正這一錯誤前概念,就必須用到密度的相關(guān)理論知識.

        根據(jù)密度的計算公式,我們可以得到:質(zhì)量=密度*體積

        以一間教室空氣質(zhì)量為例,教室的體積約為168m3,常溫常壓下,空氣的密度約為1.29kg/m3,帶入上述公式可得,教室內(nèi)的空氣質(zhì)量約為216.72kg.從這個數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn),我們周圍的空氣質(zhì)量實際是很大的,之所以人感受不到“負(fù)擔(dān)”,主要是由于人體內(nèi)氣體和外界大氣是相通的,這就使得人體內(nèi)外的壓強(qiáng)差為0.人感受不到來自空氣的壓力.通過實際數(shù)據(jù)計算,就轉(zhuǎn)化了學(xué)生的錯誤前概念.

        在物理教學(xué)中,由于前概念有著數(shù)量多、隱蔽性強(qiáng)、影響深的特點.所以教師在教學(xué)中應(yīng)該重視“前概念”對學(xué)生的所產(chǎn)生的影響,多加關(guān)注,尤其關(guān)注錯誤前概念的糾正.而在糾正過程中,我們要結(jié)合學(xué)生的思維發(fā)展,科學(xué)思維進(jìn)行糾正,形成科學(xué)概念.讓學(xué)生認(rèn)識到運用物理知識了解生活本質(zhì)的基本方法,從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法,正確的生活觀、發(fā)展觀和世界觀,進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)效率,促進(jìn)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)的不斷提高.

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