劉 璇 須 萍

(蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 江蘇 蘇州 215006)

1 前言

目前,國(guó)內(nèi)外科學(xué)教育工作者對(duì)“前概念”已經(jīng)進(jìn)行了廣泛而深入的研究[1],并且對(duì)于如何有效利用和轉(zhuǎn)化學(xué)生頭腦中普遍存在的前概念提出了若干教學(xué)策略.關(guān)于前概念的轉(zhuǎn)化策略大多是基于建構(gòu)主義理論提出的,主要有呈現(xiàn)情境、運(yùn)用悖論、展示過(guò)程、科學(xué)類(lèi)比、知情交融[2]等,但調(diào)查表明,大部分教師雖然能夠意識(shí)到學(xué)生頭腦中可能存在不恰當(dāng)?shù)母拍?也會(huì)采取策略進(jìn)行應(yīng)對(duì),但其往往是將這些固有概念當(dāng)做錯(cuò)誤進(jìn)行“驅(qū)逐”.有文獻(xiàn)[3]對(duì)中學(xué)物理教師概念掌握情況進(jìn)行了調(diào)查,指出教師對(duì)學(xué)生前概念的實(shí)際應(yīng)對(duì)能力十分缺乏,這導(dǎo)致學(xué)生很難建立真正科學(xué)準(zhǔn)確的物理概念.如何在教學(xué)過(guò)程中將激活和轉(zhuǎn)化前概念的意識(shí)落到實(shí)處,在實(shí)踐方面仍有很大的空缺.

大概念是基于若干具體事實(shí)抽象形成的概念,具體事例越多,對(duì)大概念支撐性越強(qiáng),形成的大概念抽象程度越高,也越不容易遺忘.大概念中的“真實(shí)性”能夠引發(fā)學(xué)生對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的思考,而不僅僅是使用現(xiàn)實(shí)世界的案例進(jìn)行簡(jiǎn)單的聯(lián)想和驗(yàn)證.目前的一般概念教學(xué)往往忽略了日常概念的價(jià)值,而這些日常概念恰恰是形成大概念的基石.

大概念是基于大量事實(shí)抽象出來(lái)的,具有高度生活價(jià)值;學(xué)生又在生活中積累了相當(dāng)?shù)纳铙w驗(yàn),形成了一定的日常概念,這些體驗(yàn)和概念便可作為形成大概念的素材被加以利用.因此利用大概念教學(xué)活化學(xué)生的正確前概念,轉(zhuǎn)化錯(cuò)誤概念有其可行性.教師可以在探查學(xué)情的基礎(chǔ)上了解學(xué)生大腦中前概念的存在情況,創(chuàng)設(shè)情境,抓住并暴露學(xué)生頭腦中的盲點(diǎn),引起學(xué)生的認(rèn)知沖突,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的科學(xué)前概念,破除錯(cuò)誤前概念,從而有效實(shí)施教學(xué).筆者就以下幾種學(xué)生中常見(jiàn)的前概念問(wèn)題類(lèi)型為例,探討基于不同前概念類(lèi)型,運(yùn)用大概念教學(xué)有效轉(zhuǎn)化或利用學(xué)生前概念的策略的方法,從而提高物理教學(xué)的效果.

2 前概念問(wèn)題類(lèi)型及應(yīng)對(duì)策略

2.1 對(duì)于正確但不充分的前概念 激活并抽象成大概念

學(xué)生的前概念并非全然錯(cuò)誤,其中不乏正確但不足以支撐新學(xué)習(xí)的知識(shí),教師若對(duì)這類(lèi)知識(shí)或概念進(jìn)行合理地激活與引導(dǎo),顯然于學(xué)生對(duì)新概念的理解是有益的.

根據(jù)大概念教學(xué)理論,運(yùn)用知識(shí)的過(guò)程就是遷移的過(guò)程,在解決問(wèn)題,尤其是復(fù)雜問(wèn)題時(shí),需要學(xué)生遵循“具體-抽象-具體”的高通路遷移路徑.教師在教學(xué)過(guò)程中實(shí)施“具體-抽象”的轉(zhuǎn)化時(shí),應(yīng)當(dāng)充分利用其中與即將學(xué)習(xí)的知識(shí)一致的前概念,將正確但不充分的前概念作為教學(xué)資源、作為學(xué)習(xí)新知識(shí)的跳板,引導(dǎo)學(xué)生抽象成大概念后再進(jìn)行新任務(wù)的解決.

以功能單元的一道習(xí)題為例,如圖1所示,教師在批改學(xué)生作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn),第二空“提著滑板行走又對(duì)滑板做了______J的功”錯(cuò)誤人數(shù)最多,錯(cuò)誤答案幾乎都是“125 J”,調(diào)查發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤答案基本都是用滑板重力25 N乘行走距離5 m,W=Fs=25 N×5 m=125 J.但滑板在水平方向并沒(méi)有受到力的作用,“有距離無(wú)力”,最終答案為“0 J”.事實(shí)上,該題的情境設(shè)置是非常理想化的,忽略空氣阻力且默認(rèn)人勻速水平前進(jìn),而學(xué)生做題時(shí)往往會(huì)代入生活經(jīng)驗(yàn)——日常生活中我們提重物前進(jìn)時(shí)難以讓重物始終保持水平,因?yàn)槿嗽谥绷⑿凶邥r(shí),重心會(huì)上下移動(dòng).因此,在真實(shí)生活中提重物前行時(shí),確實(shí)會(huì)對(duì)物體在豎直方向上做功.

圖1 功能單元習(xí)題示例

在物理概念學(xué)習(xí)中,學(xué)生不僅要理解知識(shí)的內(nèi)涵,也要明確其外延,即概念適用的范圍和條件.初中物理學(xué)習(xí)中,我們所遇到的問(wèn)題情境設(shè)置往往是簡(jiǎn)化的,去除了許多真實(shí)情境中應(yīng)當(dāng)考慮的因素.但是,學(xué)生在日常生活中從大量的物理現(xiàn)象中獲得的生活經(jīng)驗(yàn)作為前概念必然會(huì)影響科學(xué)概念的學(xué)習(xí).教師在授課時(shí)通常會(huì)告訴學(xué)生:做功的本質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化,但這一概念對(duì)于剛學(xué)習(xí)物理的學(xué)生而言較為抽象,難以理解,于是在這道題的情境中,一些學(xué)生會(huì)進(jìn)行不當(dāng)?shù)念?lèi)比:“我提著重物向前走,消耗了自身的能量,那必然是對(duì)物體做了功”.學(xué)生拎重物這一日常體驗(yàn)未被激活,是模糊的,在解答習(xí)題時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響.在利用大概念進(jìn)行單元教學(xué)時(shí),從單元目標(biāo)可以看出,功的科學(xué)內(nèi)容包含在“能量”主題中,功與能量大概念緊密相聯(lián),建構(gòu)功的概念的錨點(diǎn)是學(xué)科大概念“能量轉(zhuǎn)化”.在課時(shí)目標(biāo)指導(dǎo)下,教師應(yīng)當(dāng)基于教材,創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境,組織學(xué)生進(jìn)行活動(dòng),激活學(xué)生日常經(jīng)驗(yàn),激發(fā)學(xué)生思維沖突,推進(jìn)教學(xué).可以先通過(guò)真實(shí)生活中的多個(gè)不同的搬運(yùn)物體實(shí)例讓學(xué)生進(jìn)行分析,知道力和在力的方向上移動(dòng)的距離是做功的兩個(gè)必要因素,再由此判斷試題中的做功情況,從而完成“具體-抽象-具體”的遷移過(guò)程.

2.2 對(duì)于缺失的前概念 給予大概念作為建構(gòu)基點(diǎn)

學(xué)生對(duì)于速度、力這類(lèi)知識(shí)點(diǎn)一般能夠輕易掌握,因?yàn)檫@些概念在日常生活中時(shí)常能夠找到對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象或事例,如汽車(chē)行駛得快慢、搬物體花費(fèi)力氣大小,相關(guān)生活經(jīng)驗(yàn)為學(xué)生科學(xué)概念的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ).但隨著物理學(xué)習(xí)的深入,很多抽象難懂的概念并不能在日常生活中找到對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象,這就導(dǎo)致前概念的缺失.

在日常授課中,學(xué)生對(duì)于理解新概念尤其是抽象程度較高的概念產(chǎn)生困難時(shí),教師可以先傳授大概念給學(xué)生,讓學(xué)生以該大概念為自我生長(zhǎng)點(diǎn)生長(zhǎng)出新的概念,大概念在這一過(guò)程中就是作為先行組織者存在的.建構(gòu)是大概念教學(xué)中非常關(guān)鍵的一個(gè)階段,也是基于前概念進(jìn)行教學(xué)的主要理論支撐,其路向分為演繹式和歸納式,大部分高中物理知識(shí)相對(duì)初中更加抽象晦澀,運(yùn)用演繹式學(xué)習(xí)效率較高,教師可以先告訴學(xué)生大概念,再通過(guò)師生討論或教師示證幫助學(xué)生加深概念理解,以彌補(bǔ)學(xué)生缺失相應(yīng)前概念的問(wèn)題.

例如在動(dòng)量教學(xué)中,傳統(tǒng)教學(xué)按照知識(shí)邏輯推導(dǎo)出動(dòng)量概念容易導(dǎo)致學(xué)生對(duì)動(dòng)量的本質(zhì)感到困惑,因此可以先行融入大概念進(jìn)行教學(xué).教師應(yīng)首先讓學(xué)生明白這樣一個(gè)本質(zhì)問(wèn)題:無(wú)論是動(dòng)能還是動(dòng)量,都是作為表現(xiàn)物體運(yùn)動(dòng)的量度提出的.將這樣一個(gè)大概念作為新概念的生長(zhǎng)點(diǎn),有利于學(xué)生區(qū)分動(dòng)量和動(dòng)能,加深對(duì)動(dòng)量的理解和思考.在教學(xué)中,當(dāng)學(xué)生對(duì)動(dòng)量有一定認(rèn)識(shí)后,很容易聯(lián)想到動(dòng)能概念,此時(shí)教師便可引導(dǎo)學(xué)生對(duì)動(dòng)量和動(dòng)能進(jìn)行對(duì)比——兩種觀點(diǎn)看起來(lái)天差地別,其實(shí)有著異曲同工的效果,只是思考角度不同:動(dòng)能定理是力在空間上的累積,動(dòng)量定理是力在時(shí)間上的累積,因此在不發(fā)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)和其他形式運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化的情況下,運(yùn)動(dòng)的傳遞和變化的情況可以用動(dòng)量去量度,但在發(fā)生了機(jī)械運(yùn)動(dòng)和其他形式運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化的情況下,則應(yīng)以動(dòng)能去量度.比如在光滑平面上木塊碰撞問(wèn)題的解決中,力的變化是急劇而復(fù)雜的,部分學(xué)生會(huì)一幀一幀地進(jìn)行受力分析或試圖運(yùn)用動(dòng)能定理,導(dǎo)致問(wèn)題難以解決,動(dòng)量定理的運(yùn)用便可以有效化解這一難題.在對(duì)比兩者使用條件并歸納后,學(xué)生便能夠在運(yùn)動(dòng)量度這一大概念上生長(zhǎng)出動(dòng)量觀念,同時(shí)加深對(duì)已有的動(dòng)能觀念的認(rèn)識(shí).

2.3 大概念教學(xué)中的真實(shí)情境引起認(rèn)知沖突轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤概念

學(xué)生在生活中有時(shí)沒(méi)有獲得清楚的感知,或受到生活環(huán)境以及外界因素的影響,會(huì)形成錯(cuò)誤前概念[4].

真實(shí)情境的運(yùn)用是大概念教學(xué)不可缺失的一部分,與知識(shí)緊密聯(lián)系的情境有助于學(xué)生形成結(jié)構(gòu)化的知識(shí),進(jìn)而掌握學(xué)科的基本概念架構(gòu).所以學(xué)生可以在真實(shí)問(wèn)題的解決中利用大概念驗(yàn)證之前的形成的認(rèn)知或概念是否正確,進(jìn)而修正自己的知識(shí)體系.這就要求教師要設(shè)置適當(dāng)?shù)那榫骋饘W(xué)生的認(rèn)知沖突,讓學(xué)生在沖突中發(fā)現(xiàn)原有前概念的錯(cuò)誤之處,從而將其轉(zhuǎn)變?yōu)檎_的概念.

在進(jìn)行向心力部分教學(xué)時(shí),學(xué)生常常不能很好地理解向心力是用于表現(xiàn)力的作用效果,而不是具有確定性質(zhì)的某種類(lèi)型的力.在利用圓錐擺探究向心力特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)中,許多學(xué)生在受力分析時(shí)會(huì)將向心力當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的力來(lái)分析,因?yàn)樵诔踔须A段接觸力的概念時(shí)學(xué)習(xí)的重力、彈力、摩擦力等性質(zhì)力,導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生“力只能按照性質(zhì)分類(lèi)”的錯(cuò)誤前概念,事實(shí)上,力可以按照性質(zhì)、效果、研究對(duì)象、作用方式等進(jìn)行分類(lèi),向心力屬于按照力的作用效果分類(lèi)的力.但凡學(xué)生理解這一學(xué)科大概念,便不會(huì)在進(jìn)行向心力受力分析時(shí)重復(fù)分析.教師在教學(xué)時(shí)可以通過(guò)設(shè)置精細(xì)的情境引起學(xué)生的認(rèn)知沖突,利用多種情景進(jìn)行歸納式教學(xué).例如,可以設(shè)置3種不同的實(shí)驗(yàn)情境,讓學(xué)生利用球繩模型、球盤(pán)模型、球管模型,使拉力、靜摩擦力、支持力分別作為向心力的來(lái)源,使小球以相同的線速度和半徑做勻速圓周運(yùn)動(dòng),表現(xiàn)出相同的運(yùn)動(dòng)效果,如圖2～4所示.學(xué)生在觀察到不同性質(zhì)的力都可以使物體表現(xiàn)出相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)后,便會(huì)產(chǎn)生認(rèn)知沖突,從而理解向心力是按照力的作用效果分類(lèi)的力,在受力分析時(shí)不能和其他按性質(zhì)分類(lèi)的力一同分析.此后再將圓盤(pán)模型和繩模型相結(jié)合,使摩擦力和拉力共同提供向心力,加深學(xué)生對(duì)“向心力是一種效果力”的理解,如圖5所示.單元教學(xué)后,還可以通過(guò)類(lèi)比,將學(xué)生已經(jīng)學(xué)過(guò)的浮力、引力和向心力進(jìn)行類(lèi)比,歸納按作用效果分類(lèi)的力,加深概念理解.

圖2 球繩模型

圖3 球盤(pán)模型

圖4 球管模型

圖5 圓盤(pán)與繩模型結(jié)合

3 結(jié)束語(yǔ)

大概念教學(xué)近幾年來(lái)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn),與各種新教學(xué)理論或方法之間都有著內(nèi)在的關(guān)聯(lián),我們可以將大概念教學(xué)作為一個(gè)支點(diǎn),解決教學(xué)過(guò)程中可能存在的各種挑戰(zhàn).教師必須加強(qiáng)對(duì)學(xué)生已有前概念的重視,采取相應(yīng)教學(xué)策略利用學(xué)生已有的正確觀念加強(qiáng)其對(duì)新知識(shí)的理解與建構(gòu),檢查和破除錯(cuò)誤概念,提高思維邏輯能力,從而提升物理教學(xué)的效果.