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        基于前測的物理概念教學(xué)實(shí)踐
        ——以“力”的教學(xué)為例

        2022-11-17 06:00:30李立娟李小波牛林段俊霞
        物理之友 2022年9期
        關(guān)鍵詞:概念物理科學(xué)

        李立娟 李小波 牛林 段俊霞

        (1. 北京市通州區(qū)潞河中學(xué),北京 101100;2. 北京市通州區(qū)玉橋中學(xué),北京 101100)

        1 問題的提出

        物理概念是物理學(xué)理論體系的基礎(chǔ),物理概念教學(xué)是物理教學(xué)的重中之重?!镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》指出:物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個方面。物理觀念是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華,因此指向核心素養(yǎng)的物理教學(xué)呼喚更加有效的物理概念教學(xué)。

        有學(xué)者把科學(xué)學(xué)習(xí)看作學(xué)生關(guān)于自然現(xiàn)象的原有概念的發(fā)展或轉(zhuǎn)變,而不是新信息的點(diǎn)滴累積過程。[1]大量研究表明:學(xué)生已有觀念對其學(xué)習(xí)會產(chǎn)生巨大影響,這類觀念被研究者稱之為前概念(Preconception)。前概念中的“概念”并不是嚴(yán)格意義上的狹義概念,而是更接近于觀念,是頭腦中對某一對象(事物、現(xiàn)象、過程等)的觀點(diǎn)、看法。[2]因此,我們可以將前概念理解為學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容之前,頭腦中已經(jīng)存在的與學(xué)習(xí)內(nèi)容有關(guān)的觀念、看法、認(rèn)識等。在學(xué)生的前概念中既存在符合科學(xué)的認(rèn)知,也存在偏離科學(xué)的認(rèn)知。[3]準(zhǔn)確地把握學(xué)生的前概念,并在教學(xué)中幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)化是物理概念教學(xué)中的核心課題。筆者嘗試?yán)媒虒W(xué)前測探查學(xué)生前概念,并據(jù)此選擇不同教學(xué)策略,下面以“力”的教學(xué)為例進(jìn)行探討。

        2 運(yùn)用前測問卷調(diào)查,精準(zhǔn)把脈學(xué)情

        在整個中學(xué)階段的學(xué)習(xí)中,學(xué)生對“力”這一概念的認(rèn)識會經(jīng)歷如下進(jìn)階:在大量的物理情境中建立“力是物體間的相互作用”,改變學(xué)生“力是維持物體運(yùn)動的原因”的錯誤前概念;明了“力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因”,在建構(gòu)了加速度概念和學(xué)習(xí)牛頓第二定律之后,明了“力是產(chǎn)生加速度的原因”;功是力在空間上的積累,沖量是力在時間上的積累,在概念變化和重建中,使學(xué)生對力的理解呈螺旋上升之勢。[4]

        初二學(xué)生的物理學(xué)習(xí)剛剛起步,“力”是學(xué)習(xí)力學(xué)的開篇,是后面學(xué)習(xí)其他力學(xué)知識、豐富力的概念、樹立科學(xué)的“運(yùn)動和相互作用”觀念的基礎(chǔ)。為精準(zhǔn)把握學(xué)情,筆者對初二年級320名學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查,并針對問卷結(jié)果對部分學(xué)生進(jìn)行了非正式訪談,以下為問卷題目和學(xué)情分析。

        表1 對力的概念的認(rèn)識

        學(xué)情分析:92%的學(xué)生能夠舉出生活中用到力的實(shí)例,如人推車、手拉弓、磁鐵吸引鐵釘……其中只有3%的學(xué)生了解力在物理學(xué)中的定義,對這些學(xué)生進(jìn)行追問,了解到他們是提前接觸了物理的學(xué)習(xí),但對于概念的理解近乎停留在字面上。

        由此可以了解到,小學(xué)科學(xué)課程的學(xué)習(xí)和已有的生活常識使學(xué)生對力已經(jīng)有一定的認(rèn)識,學(xué)生頭腦中有大量的生活實(shí)例,這些都為教學(xué)提供了豐富的形象素材。問題1在設(shè)置上為學(xué)生示范了表述的形式,也為初步建立力的概念作了鋪墊。教學(xué)中要充分利用學(xué)生所舉的實(shí)例,幫助學(xué)生順利地從感性認(rèn)識上升到科學(xué)概念。

        表2 對力產(chǎn)生條件的認(rèn)識

        學(xué)情分析:對于問題3,24%的學(xué)生回答為“是”,所舉例即為生活中常見的兩個物體相互接觸的產(chǎn)生力的情境;48%的學(xué)生認(rèn)為“不是”,但不能舉例說明;只有28%的學(xué)生根據(jù)已有生活常識能舉出磁體間的相互作用作為反例。對于問題4,48%的學(xué)生認(rèn)為“是”,實(shí)例同樣來自于日常所見;52%的學(xué)生認(rèn)為“不是”,這其中只有10%的學(xué)生能舉出反例,但在舉例說明時表述并不精準(zhǔn),例如“兩塊只是靠在一起的石頭”。

        由此可見,學(xué)生的常識經(jīng)驗(yàn)為教學(xué)提供了一定可借鑒的資源,但同時暴露出學(xué)生在生活中形成了一些錯誤的認(rèn)知,這些錯誤的前概念亟待在教學(xué)中予以轉(zhuǎn)化。對力的產(chǎn)生條件的認(rèn)識上,錯誤前概念的形成主要是由于一些不常見的實(shí)例沒有進(jìn)入學(xué)生的視野,學(xué)生沒有注意到生活中這些反例的存在,因此在課堂上要直觀呈現(xiàn)這些例子,通過學(xué)生探究或者教師演示,做到“眼見為實(shí)”,初步幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)化。

        表3 對相互作用力的認(rèn)識

        學(xué)情分析:對于問題5,58%的學(xué)生能選出正確選項(xiàng)C,但沒有具體說明;18%的學(xué)生能正確作答并有分析,例如“石頭比較硬”等等;有20%的學(xué)生錯選B,4%的學(xué)生錯選A。

        此題的正確率超過筆者預(yù)期,表明學(xué)生對“物體間力的作用是相互的”已有初步認(rèn)知,但與此同時,通過訪談了解到,對于相互作用的兩個力大小相等的關(guān)系,多數(shù)學(xué)生沒有明確認(rèn)知,鮮有與此相關(guān)的生活經(jīng)驗(yàn)。

        表4 力的作用效果及影響因素

        學(xué)情分析:對于問題6,62%的學(xué)生能舉出恰當(dāng)?shù)纳顚?shí)例,同樣為教學(xué)中從具體到概括提供了支持。對于問題7,18%的學(xué)生能回答出一二,但不全面,82%的學(xué)生沒有回答或者回答錯誤。

        對于力的作用效果學(xué)生不難理解,教學(xué)中同樣要充分利用學(xué)生所舉實(shí)例,要著重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行概括。學(xué)生對于力的三要素作答的情況不理想,通過訪談了解到和問題設(shè)置方向不明確有關(guān),通過簡單舉例學(xué)生就能清楚,這部分內(nèi)容教學(xué)中應(yīng)該用實(shí)驗(yàn)予以突破。由此也可以看到,前測問卷中問題設(shè)置的精準(zhǔn)性直接影響對學(xué)生前概念的探查結(jié)果。

        3 基于前測的概念教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

        在學(xué)生的前概念中,既存在科學(xué)的認(rèn)知,也存在偏離科學(xué)的認(rèn)知。以下結(jié)合教學(xué)實(shí)踐對這兩種情況具體展開說明。

        3.1 豐富感性材料,發(fā)展理性認(rèn)識

        關(guān)于對“力的概念”和“力的作用效果”的認(rèn)識,前測為我們提供了豐富的有助于形成科學(xué)概念的感性材料,這些都符合科學(xué)的認(rèn)知。在教學(xué)中我們要充分利用學(xué)生所舉的大量實(shí)例,幫助學(xué)生從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識。

        例如在“力的概念”教學(xué)環(huán)節(jié),教師先用圖片展示生活中與力相關(guān)的情境,之后展示學(xué)生在前測中所舉的用到力的例子,并引導(dǎo)學(xué)生分析、概括出特點(diǎn),兩個物體之間用一個“動作”連接,即:物體→作用→物體,由此得出力的定義:物體對物體的作用。教師接下來講解施力物體和受力物體,再引導(dǎo)學(xué)生自己舉例,分析其中的施力物體和受力物體。學(xué)生對于自己所舉的實(shí)例易于理解,提高了學(xué)生的課堂參與度,同時使學(xué)生頭腦中原有的概念與新學(xué)習(xí)的概念密切聯(lián)系起來,實(shí)現(xiàn)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的同化與順應(yīng)。

        3.2 設(shè)疑引發(fā)沖突,轉(zhuǎn)變錯誤概念

        前概念中一些錯誤的、片面的認(rèn)識會對物理概念的教學(xué)產(chǎn)生消極的影響,錯誤的認(rèn)識如果得不到及時、有效的糾正,極易使學(xué)生形成負(fù)面的思維定勢,阻礙科學(xué)概念的建構(gòu),因此筆者在教學(xué)中通過設(shè)疑引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突,幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)錯誤認(rèn)知并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變。

        在“相互作用力”教學(xué)環(huán)節(jié),前測反映出學(xué)生對“一對相互作用力大小相等”缺乏感性認(rèn)知,并且有部分學(xué)生認(rèn)為“以卵擊石”中蛋殼破碎就是因?yàn)槭^給雞蛋的力更大,為了轉(zhuǎn)變學(xué)生的錯誤認(rèn)知,筆者在教學(xué)中應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),為學(xué)生直觀呈現(xiàn)相互作用的兩個力的大小關(guān)系,取得了較好的效果。維果斯基指出:“科學(xué)概念的直接教授是不可能的,而且也是沒有效果的。”[5]筆者在前測中有意創(chuàng)設(shè)問題情境,讓學(xué)生充分暴露不科學(xué)的認(rèn)識,并通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生意識到自己原有認(rèn)識中的不足和錯誤,實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變。

        4 總結(jié)與反思

        筆者在教學(xué)實(shí)踐中,利用前測探知學(xué)生的前概念,并發(fā)現(xiàn)學(xué)生的反饋有些在預(yù)想之中,有些超出了以往的經(jīng)驗(yàn),因此前測更能精準(zhǔn)地把握學(xué)情。同時為了更好地探查出學(xué)生的認(rèn)知情況,在前測中多使用的是問題而不是物理習(xí)題,并且多數(shù)以表述題的形式出現(xiàn)。相關(guān)研究表明:對于學(xué)習(xí)者而言,前概念大都是有一定“道理”的,甚至比科學(xué)的觀念更容易得到認(rèn)同。因此,如果在學(xué)習(xí)活動中學(xué)習(xí)者不能獲得足夠的、可信的依據(jù),他們頭腦中的前概念是不會輕易轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念的。[6]教學(xué)中要充分重視學(xué)生的前概念,在此基礎(chǔ)上選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略,充分開展自主探究和演示實(shí)驗(yàn),促進(jìn)學(xué)生科學(xué)概念的建構(gòu)。有研究表明:一個重要概念的轉(zhuǎn)變不能通過革命的方式發(fā)生,概念的轉(zhuǎn)變在本質(zhì)上是一個漸變過程,教學(xué)中要充分重視這個漸變的過程。筆者在實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn),隨著時間的流逝,有些學(xué)生的錯誤前概念在變化的情境中會出現(xiàn)反復(fù),因此在教學(xué)中重點(diǎn)予以突破的同時,還需要設(shè)計(jì)有針對性的作業(yè)進(jìn)行鞏固。

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