物理概念轉(zhuǎn)變初探

王英

（潞安職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西 長(zhǎng)治 046204）

物理概念轉(zhuǎn)變初探

王英

（潞安職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西 長(zhǎng)治 046204）

分析了物理概念轉(zhuǎn)變的涵義和模型，討論了學(xué)生物理相異構(gòu)想的來源，并提出了進(jìn)行概念轉(zhuǎn)變的具體教學(xué)策略。

物理；概念轉(zhuǎn)變；物理相異構(gòu)想；教學(xué)策略

物理概念是整個(gè)物理知識(shí)體系的基石和支撐點(diǎn)，建構(gòu)科學(xué)的物理概念對(duì)物理學(xué)習(xí)非常重要。筆者在高職物理教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生對(duì)物理概念的理解通常是片面的、錯(cuò)誤的。所以在物理教學(xué)中，要使學(xué)生正確掌握概念，需要教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行物理概念的轉(zhuǎn)變。

概念轉(zhuǎn)變的涵義

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)過程是學(xué)習(xí)者建構(gòu)自己的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的過程，而建構(gòu)在于學(xué)習(xí)者通過新舊經(jīng)驗(yàn)的相互作用發(fā)展自己的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。在新舊經(jīng)驗(yàn)相互作用的過程中存在著兩種相反的運(yùn)動(dòng)：同化和順應(yīng)。學(xué)生用自己頭腦中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與新知識(shí)發(fā)生聯(lián)系，建構(gòu)新知識(shí)，如果建構(gòu)成功，學(xué)生就理解了知識(shí)，然后將其納入認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的適當(dāng)部位，這個(gè)過程稱為同化；如果原認(rèn)知結(jié)構(gòu)與新知識(shí)差別太大或發(fā)生矛盾，則主體必須先對(duì)原認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改或重建新的結(jié)構(gòu)，依靠修改（或重建）后的認(rèn)知結(jié)構(gòu)組織新知識(shí)，這個(gè)過程稱為順應(yīng)。通過不斷地同化和順應(yīng)，主體不斷地吸收新知識(shí)，改造、組織舊經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展認(rèn)知結(jié)構(gòu)。以往的認(rèn)知學(xué)派理論主要從同化的方面解釋學(xué)習(xí)，如奧蘇伯爾的“有意義的學(xué)習(xí)”就是主要從同化的角度揭示了有意義學(xué)習(xí)的條件，而他卻輕視了學(xué)習(xí)的另一側(cè)面，即原有經(jīng)驗(yàn)因?yàn)樾陆?jīng)驗(yàn)而發(fā)生的順應(yīng)。從建構(gòu)的角度看，學(xué)習(xí)不僅要運(yùn)用原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)中與新知識(shí)一致的部分，作為同化新知識(shí)的固定點(diǎn)，而且需要同時(shí)看到學(xué)習(xí)者頭腦中與新知識(shí)不一致、甚至相互沖突的經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生通過分析、比較、綜合等思維活動(dòng)，對(duì)新舊經(jīng)驗(yàn)做出必要的調(diào)整和改造，從而獲得新知識(shí)的意義。學(xué)習(xí)不僅僅是新的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的獲得，同時(shí)也意味著對(duì)原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的改造。當(dāng)認(rèn)識(shí)和理解事物需要將新知識(shí)與已有的知識(shí)聯(lián)系起來時(shí)，原有知識(shí)——認(rèn)知框架的一部分——必須改變，這就是圖爾明（Toulmin，1972）提出的“概念轉(zhuǎn)變問題”，對(duì)概念轉(zhuǎn)變的研究是從順應(yīng)的側(cè)面研究知識(shí)建構(gòu)的過程，揭示學(xué)生產(chǎn)生錯(cuò)誤概念的原因及其轉(zhuǎn)變規(guī)律。

學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)之前，頭腦中已經(jīng)存在了一些來自生活經(jīng)驗(yàn)的對(duì)科學(xué)的直覺認(rèn)識(shí)，其中有些與科學(xué)理解基本一致，但有些與科學(xué)概念相違背，這就是錯(cuò)誤概念或者相異概念。概念轉(zhuǎn)變指?jìng)€(gè)體原有的某種知識(shí)經(jīng)驗(yàn)由于受到與此不一致的新知識(shí)的影響而發(fā)生的重大轉(zhuǎn)變。對(duì)概念轉(zhuǎn)變的研究始于20世紀(jì)70年代，到80年代研究成果開始涌現(xiàn)。這是波斯納 （George J. Posner）等人在1982年提出的 “概念轉(zhuǎn)變模型”（conceptual change model），大大推動(dòng)了概念轉(zhuǎn)變的研究。

概念轉(zhuǎn)變模型

波斯納（Posner）等人提出的“概念轉(zhuǎn)變模型”理論認(rèn)為，個(gè)體原有的概念要發(fā)生轉(zhuǎn)變需要滿足四個(gè)條件：（1）對(duì)原有概念的不滿意。學(xué)生往往不愿放棄他們?cè)械母拍睿怯谐渥愕睦碛蓪?duì)它產(chǎn)生疑問。只有當(dāng)學(xué)生感到自己原有的概念失去了作用，不能解釋新的事件或者不能解決當(dāng)前遇到的問題，產(chǎn)生認(rèn)知沖突時(shí)，才可能放棄原有概念。（2）新概念的可理解性。學(xué)習(xí)者必須懂得新概念的真正涵義，而不僅僅是字面上的理解，需要把各部分聯(lián)系起來，建立整體一致的表征。（3）新概念的合理性。新概念能夠被采納，至少要能夠解釋原有概念產(chǎn)生的問題，否則將體現(xiàn)不出它的合理性。只有當(dāng)新概念與個(gè)體所接受的其他概念、信念相互一致時(shí)，個(gè)體才能看到新概念的合理性。學(xué)生看到了新概念的合理性，就意味著相信新概念是真實(shí)的。（4）新概念的有效性。學(xué)生應(yīng)看到新概念對(duì)自己的價(jià)值，能解決通過其他途徑難以解決的問題，并且能向個(gè)體展示出新的可能和方面，具有啟發(fā)意義。有效性意味著個(gè)體將其看作是解釋某問題的更好的途徑。

新概念的可理解性、合理性和有效性這三個(gè)條件的程度被稱為概念的狀態(tài)，概念轉(zhuǎn)變模型就是提高或者降低概念狀態(tài)的模型。當(dāng)面對(duì)新的概念時(shí)，如果學(xué)習(xí)者能發(fā)現(xiàn)新概念是可理解的（本身有意義），合理的（與原有概念沒有矛盾），并且是有效的，這樣其狀態(tài)就會(huì)升高，就可能與學(xué)習(xí)者頭腦中已有的概念發(fā)生聯(lián)系，從而納入學(xué)生已有的概念體系中；如果新概念對(duì)學(xué)習(xí)者而言是可理解的，但是與學(xué)習(xí)者已有的相關(guān)概念存在矛盾，則對(duì)學(xué)習(xí)者就是不合理的，因?yàn)閮蓚€(gè)相沖突的概念對(duì)于同一個(gè)學(xué)習(xí)者不可能同時(shí)具有合理性，這時(shí)已有的概念會(huì)阻礙新概念的接受。為了使新概念被學(xué)習(xí)者完全接受，在新概念的狀態(tài)被提高之前，起阻礙作用的原有概念的狀態(tài)必須降低，即學(xué)習(xí)者要對(duì)原有相關(guān)概念的合理性、有效性產(chǎn)生不滿，這時(shí)概念轉(zhuǎn)變才有可能發(fā)生。由此可見，概念轉(zhuǎn)變的四個(gè)條件是逐級(jí)上升的，對(duì)已有概念產(chǎn)生不滿是發(fā)生概念轉(zhuǎn)變的基本前提。實(shí)踐證明，上述概念轉(zhuǎn)變模型能有效地幫助學(xué)生改變自己的錯(cuò)誤概念，進(jìn)而接受科學(xué)概念。

物理相異構(gòu)想的來源

生活經(jīng)驗(yàn) 學(xué)生在日常生活中獲得了大量物理方面的感性知識(shí)，其中很多知識(shí)就是學(xué)生相異構(gòu)想的來源。如對(duì)于物體運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的觀察使學(xué)生獲得了大量的感覺印象，他們看到：（1）用力踢足球，用的力越大，球飛得越遠(yuǎn)；（2）汽車在公路上行駛時(shí)，速度越大，剎車距離越遠(yuǎn)，因此許多學(xué)生認(rèn)為力越大，速度越大，物體的慣性就越大，從而形成了物理方面的相異構(gòu)想。

日常語言 日常語言是學(xué)生相異構(gòu)想的另一個(gè)主要來源。例如平常講鐵比木頭重，其實(shí)這個(gè)“重”不是質(zhì)量重，而是密度大；平常講這杯水比那杯水熱，這個(gè)“熱”也不是熱量的意思，而是指這杯水的溫度比那杯水的溫度高。結(jié)果使得學(xué)生常常把密度與質(zhì)量混為一談，把熱量與溫度混為一談。這樣就使學(xué)生形成了錯(cuò)誤的物理前科學(xué)概念。

語詞的曲解 概念是用一定的語詞記載和標(biāo)志的，借助語詞可以對(duì)感性材料進(jìn)行抽象與概括，揭露事物的本質(zhì)屬性和共同特征。物理教學(xué)中的概念通過語詞說明和定義，不僅可使直觀材料的特征更鮮明、更突出，還可以彌補(bǔ)直觀材料的不足，揭示事物之間的內(nèi)部聯(lián)系。但實(shí)踐告訴我們，學(xué)生常用在生活中形成的對(duì)語詞的理解解釋物理概念，并由此產(chǎn)生對(duì)物理概念的相異構(gòu)想。例如，“加”就是總體上數(shù)量在變大，因而認(rèn)為“加速度”就是描述“物體速度增加的大小”；在勻速直線運(yùn)動(dòng)中，“勻速”指的就是“速度保持不變”，因而對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)中的“勻速”也理解為“速度保持不變”，等等。

知識(shí)的負(fù)遷移 數(shù)學(xué)是學(xué)習(xí)和研究物理學(xué)的重要工具，能否恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用數(shù)學(xué)工具解決物理問題，也是衡量學(xué)生能力高低的重要方面。但物理學(xué)不同于數(shù)學(xué)，物理學(xué)更重要的是物理事實(shí)、物理本質(zhì)和物理關(guān)系。由于學(xué)生在思考物理問題時(shí)常常具有“數(shù)學(xué)慣性”，即以數(shù)學(xué)關(guān)系理解物理概念，例如，對(duì)牛頓第二定律的表達(dá)式a=F/m，學(xué)生會(huì)認(rèn)為a∝l/m，a∝F忽視了F、m、a三者之間相互不能割裂的物理關(guān)系；對(duì)庫侖定律F=kq1q2/r2，會(huì)認(rèn)為r→0時(shí)，F(xiàn)→∞，忽視了物理事實(shí)。

教學(xué) 教學(xué)過程是學(xué)生相異構(gòu)想的一個(gè)很重要的來源，主要有以下兩個(gè)方面。首先是教師本人，教師擁有大量頑固的自然學(xué)科領(lǐng)域中的相異構(gòu)想應(yīng)該不是特別令人驚奇，在這種情況下，即便是刻意隱藏自己的相異構(gòu)想也往往會(huì)因?yàn)橐粫r(shí)的不經(jīng)意而“暴露”在學(xué)生面前，學(xué)生會(huì)一點(diǎn)不漏地記下來并轉(zhuǎn)化為自己的相異構(gòu)想。其次就是教師的教學(xué)方法不當(dāng)，也會(huì)使學(xué)生形成錯(cuò)誤概念。

物理概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)策略

進(jìn)行教學(xué)前測(cè)，全面了解學(xué)生的原認(rèn)知結(jié)構(gòu) 學(xué)生頭腦中的物理相異構(gòu)想是在潛移默化中形成的，具有隱蔽性，平時(shí)一般不會(huì)清晰地呈現(xiàn)在腦海里。因此，教師在教授新知識(shí)之前，應(yīng)采用小組討論、提問、問卷調(diào)查、診斷性測(cè)試等方式了解學(xué)生的原認(rèn)知結(jié)構(gòu)，這樣對(duì)教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”都有重要意義。在講授新概念之前，教師只有充分了解學(xué)生已有的認(rèn)知情況，尤其是對(duì)與新概念有密切關(guān)系的已有概念和原理的認(rèn)識(shí)，才能選擇有效的教學(xué)策略和方法進(jìn)行有的放矢的教學(xué)。對(duì)“學(xué)”的意義在于，通過教學(xué)前測(cè)或提問，能激活學(xué)生的物理前概念，使其從隱蔽狀態(tài)下呈現(xiàn)出來，這樣就為學(xué)生重新建構(gòu)知識(shí)提供了基礎(chǔ)框架，學(xué)生可以根據(jù)自己原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行同化和順應(yīng)，獲得新概念，避免在大腦一片空白的情況下進(jìn)行無意義的接受學(xué)習(xí)。

設(shè)置認(rèn)知沖突，改造學(xué)生的原認(rèn)知結(jié)構(gòu) 教師可利用物理實(shí)驗(yàn)、制造知識(shí)“陷阱”等方式創(chuàng)設(shè)一定的情境，使學(xué)生錯(cuò)誤的前概念與一些物理現(xiàn)象和事實(shí)產(chǎn)生沖突，從而消除學(xué)生錯(cuò)誤的前概念，建構(gòu)科學(xué)的概念。在物理教學(xué)中，轉(zhuǎn)變學(xué)生的前概念就是要改造和重組學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，根據(jù)建構(gòu)主義的觀點(diǎn)，學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的改造重組過程就是對(duì)認(rèn)知進(jìn)行同化與順應(yīng)的過程。如在“自由落體”的教學(xué)中，學(xué)生認(rèn)為“重的物體比輕的物體下落得快”，這一生活經(jīng)驗(yàn)使他們產(chǎn)生了錯(cuò)誤的前概念。對(duì)此，教師可拿兩張同樣大小的白紙，把其中一張揉成團(tuán)，使它們處于同一高度，然后問學(xué)生：哪張紙先落地？學(xué)生回答：同時(shí)落地。這時(shí)教師使兩張紙同時(shí)下落，并讓學(xué)生觀察，結(jié)果與學(xué)生的前概念發(fā)生了沖突，教師進(jìn)一步講解，由于紙團(tuán)受到的空氣阻力小，所以比另一張紙下落快。但僅此說明還不夠，更重要的是做好演示實(shí)驗(yàn)：以牛頓管為例，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到不同的物體從同一高度自由落下時(shí)速度幾乎相同的事實(shí)，然后對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)加以分析、研究，使學(xué)生輕松地拋棄原來的不正確前概念，建立起“在不考慮阻力時(shí)，物體下落速度相同”的正確結(jié)論（科學(xué)概念）。

講清物理概念，區(qū)別相似概念，發(fā)展學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu) 在教學(xué)過程中，要讓學(xué)生明確物理概念的內(nèi)涵，了解物理概念的外延，引導(dǎo)學(xué)生分清物理量的量度式和決定條件，了解物理概念與相關(guān)概念的區(qū)別和聯(lián)系，這是掌握物理概念的關(guān)鍵。如電場(chǎng)強(qiáng)度，不能簡(jiǎn)單地說與力成正比，與電荷量成反比，因?yàn)檫@是由電場(chǎng)本身決定的。再如庫侖定律F=kq1q2/r2，不能簡(jiǎn)單地進(jìn)行數(shù)學(xué)推理，認(rèn)為r→0時(shí)，F(xiàn)→∞，因?yàn)閹靵龆芍贿m用于點(diǎn)電荷。對(duì)于相似的概念要及時(shí)加以區(qū)別，可以采取列表的方法分別比較其異同，也可以利用其相似性進(jìn)行類比教學(xué)，降低學(xué)習(xí)難度。如講電勢(shì)能時(shí)可類比重力勢(shì)能講解，講電場(chǎng)力做功時(shí)可類比重力做功講解等等?？傊谛纬晌锢砀拍顣r(shí)，教師要注意變式的應(yīng)用，從而保證學(xué)生對(duì)概念具有正確、完整的理解。

[1]稱琦，劉儒德.當(dāng)代教育心理學(xué)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，1997.

[2]鐘啟泉，黃志成.美國教學(xué)論流派[M].西安：陜西教育出版社，2002.

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[4]馮偉.從建構(gòu)主義視角研究物理前概念的轉(zhuǎn)變策略[J].教學(xué)研究，2006，（8）.

王英（1974—），女，山西沁水人，碩士，潞安職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向?yàn)槲锢斫虒W(xué)。

（本文責(zé)任編輯：王恒）

□有話職說

讀書不知味，不如束高閣；蠢魚爾何如，終日食糟粕。

——袁牧

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1672-5727（2010）04-0102-02