關(guān)于“參照物”學(xué)習(xí)的調(diào)查研究

張世成

(無(wú)錫鳳翔實(shí)驗(yàn)學(xué)校 江蘇 無(wú)錫 214045)

王奕

(無(wú)錫劉潭實(shí)驗(yàn)學(xué)校 江蘇 無(wú)錫 214045)

一位優(yōu)秀教師的課堂，課題為“世界是運(yùn)動(dòng)的”.快下課時(shí)，為了檢測(cè)教學(xué)效果該教師打出教材中的一幅圖畫(見蘇科版《物理》8年級(jí)上第121頁(yè))，大意是，小明和小華坐在?？吭谡九_(tái)上火車的同一節(jié)車廂里，面對(duì)站臺(tái)的小明認(rèn)為“火車沒(méi)動(dòng)”，面對(duì)另外一輛正在行駛的火車的小華認(rèn)為“火車開動(dòng)了”.該教師詢問(wèn)學(xué)生支持誰(shuí)的觀點(diǎn).全班45位學(xué)生，只有一位學(xué)生支持小華的觀點(diǎn).

這讓參與聽課的教師很疑惑，如此優(yōu)秀的教師,執(zhí)教的又是這般生動(dòng)的課堂，在快下課了還這么多人不理解“兩種觀點(diǎn)都是正確的”令人費(fèi)解.

1 開展調(diào)查 尋找原因 為教學(xué)設(shè)計(jì)提供依據(jù)

為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的情況？為此我們進(jìn)行了一系列的調(diào)查.

調(diào)查1:學(xué)生未學(xué)“參照物”之前的認(rèn)識(shí).

問(wèn)題1：你認(rèn)為樓房是靜止的還是運(yùn)動(dòng)的？

問(wèn)題2：小明坐在汽車上發(fā)現(xiàn)“樓房在后退”，這是一種錯(cuò)覺(jué)嗎？

針對(duì)問(wèn)題1，在調(diào)查的兩個(gè)班(分別為41人和38人)，認(rèn)為樓房是靜止的為100%.

針對(duì)問(wèn)題2，有84%的學(xué)生認(rèn)為這是錯(cuò)覺(jué)，而不認(rèn)為這是一種自然現(xiàn)象.

調(diào)查2:物理老師與高一女生的對(duì)話.

已經(jīng)讀高一的學(xué)生回來(lái)看老師，老師順便與她聊了起來(lái).

師：你支持誰(shuí)的觀點(diǎn)？小明還是小華？

生：小明.

師：理由是什么？

生：火車停在站臺(tái)上就沒(méi)動(dòng)，小華看到對(duì)面的火車動(dòng)了，所以她產(chǎn)生了錯(cuò)覺(jué).

師：你認(rèn)為是錯(cuò)覺(jué)？那么，我們能不能選對(duì)面的火車作為參照物呢？

生：不能.(猶豫一會(huì)兒)能的.

師：那它錯(cuò)在哪里呢？

生：應(yīng)該沒(méi)錯(cuò)吧.

師：小華是錯(cuò)覺(jué)嗎？

生：……(懷疑了)

調(diào)查3:物理教師與語(yǔ)文教師的對(duì)話.

語(yǔ)文教師：你上課的有些概念似乎還是很模糊.

物理教師：例如？

語(yǔ)文教師：比如，我騎自行車來(lái)學(xué)校,明明是自行車在動(dòng)，我怎么能說(shuō)馬路在動(dòng)呢？

物理教師：這是可以的.

語(yǔ)文教師：這是可以的？

物理教師：是的.因?yàn)?，以自行車為參照物，馬路的位置(具體來(lái)說(shuō)是馬路上的一點(diǎn))在發(fā)生改變，我們就認(rèn)為以自行車為參照物馬路是運(yùn)動(dòng)的.

語(yǔ)文教師：可是，事實(shí)上馬路沒(méi)有動(dòng).

物理教師：動(dòng)沒(méi)動(dòng)要看你選擇的參照物.你選什么作為參照？

語(yǔ)文教師：是這樣.那給我們平常說(shuō)的不是有矛盾嗎？

物理教師：也沒(méi)有矛盾.平常我們說(shuō)物體動(dòng)沒(méi)動(dòng)，默認(rèn)的參照物就是地面.我們說(shuō)樹、房屋沒(méi)動(dòng)，指的就是相對(duì)于地面它們的位置沒(méi)有改變.

語(yǔ)文教師：有意思.這是不是相對(duì)論？

物理教師：還沒(méi)有那么深?yuàn)W，這個(gè)叫“靜止和運(yùn)動(dòng)具有相對(duì)性”.

語(yǔ)文教師也好，高中生也好，如果學(xué)生經(jīng)歷的不是源于一種基于“概念轉(zhuǎn)變”的學(xué)習(xí)而是一種灌輸，那么，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，他們對(duì)運(yùn)動(dòng)和靜止的認(rèn)識(shí)最后剩下的就是他們的前概念，即學(xué)習(xí)這堂課之前就已經(jīng)具有的“前概念”，教師灌輸給他的早就扔掉了.學(xué)習(xí)的灌輸模式是非常不合理的，該模式認(rèn)為知識(shí)從教師到頭腦空空的學(xué)生的傳遞過(guò)程就如同水壺里的水倒進(jìn)了空玻璃杯.事實(shí)上，學(xué)生在進(jìn)入科學(xué)殿堂之前就已經(jīng)具有了關(guān)于運(yùn)動(dòng)的種種概念.要改變這種概念是比較艱難的.

從教師教學(xué)方面分析原因：教師往往對(duì)參照物此類概念比較輕視，通常選擇舉例填空的方式反復(fù)訓(xùn)練來(lái)解決,沒(méi)有在了解學(xué)生的前概念上花功夫.

從學(xué)生學(xué)習(xí)方面分析原因：基于生活的經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生通常會(huì)認(rèn)為樹木、房屋是靜止的.現(xiàn)在要建立“運(yùn)動(dòng)和靜止是相對(duì)的”，的確不習(xí)慣.事實(shí)上，學(xué)生帶到運(yùn)動(dòng)學(xué)學(xué)習(xí)中的想法是根深蒂固的，因而很難改變.

2 調(diào)查的啟示

經(jīng)過(guò)這次調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤概念需要一個(gè)過(guò)程，教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境讓學(xué)生充分暴露錯(cuò)誤概念，要為學(xué)生提供用新概念，解釋其他情境中的現(xiàn)象的機(jī)會(huì)，甚至還要提供考驗(yàn)的機(jī)會(huì).簡(jiǎn)單給出正確答案的教學(xué)往往不是正確的教學(xué)，充分暴露學(xué)生認(rèn)知錯(cuò)誤的教學(xué)才是合理而有效的教學(xué).

2.1 提供表達(dá)機(jī)會(huì) 暴露先前概念

同樣的一個(gè)現(xiàn)象，生活中我們的表達(dá)和科學(xué)的表達(dá)會(huì)有很大的不同.那么，該如何重新建立概念？一個(gè)非常有用的教學(xué)方法是，對(duì)這些觀察結(jié)果以及對(duì)觀察結(jié)果的解釋進(jìn)行討論.它允許學(xué)生表達(dá)自己的觀點(diǎn)，教師能夠理解這些觀點(diǎn)，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)去思考替代性的解釋，最重要的是，能夠給學(xué)生提供時(shí)間和情境去重新思考他們的觀點(diǎn).

還是相同的情境，我們可以這樣來(lái)展開討論.

師：小華認(rèn)為火車開了，她的看法有道理嗎？

生甲：沒(méi)道理.

師：為什么？

生甲：火車沒(méi)有動(dòng).是小華感覺(jué)火車動(dòng)了，而人的感覺(jué)并不可靠.

師：?jiǎn)栴}是，我們說(shuō)火車開了，是不是錯(cuò)覺(jué)？

生乙：以對(duì)面的火車為參照物，小華坐的火車是運(yùn)動(dòng)的，我想是對(duì)的，這不是錯(cuò)覺(jué).

師：你的依據(jù)是什么？

生乙：以對(duì)面的火車為參照物，小華所在的火車位置改變了.

師：生甲，你怎么看待生乙的觀點(diǎn)？

生甲：從他的依據(jù)來(lái)看，他是正確的.可我還不太習(xí)慣這樣的表達(dá).

以地面為參照物，小華坐的火車是靜止的，它沒(méi)動(dòng).這是正確的，也是科學(xué)的描述.如果我們看對(duì)面的火車(也就是以對(duì)面的火車為參照物)得到的結(jié)果是火車開動(dòng)了，這也是正確的.以地面為參照物判斷火車有沒(méi)有開動(dòng)，是十幾年來(lái)我們習(xí)以為常的選擇，我們骨子里認(rèn)同的是以地面為參照物的描述結(jié)果，與這個(gè)描述結(jié)果相悖的，我們會(huì)說(shuō)這是錯(cuò)誤或者“錯(cuò)覺(jué)”.其實(shí)，這不是錯(cuò)覺(jué).選擇不同的參照物得到不同的描述結(jié)果是允許的.

在概念建立的過(guò)程中，教師應(yīng)針對(duì)探究主題，通過(guò)各種方式，盡可能地為學(xué)生提供表達(dá)的機(jī)會(huì)，以暴露他們的先前概念.南京師范大學(xué)劉炳昇教授有一個(gè)比喻，前概念好比一只幾乎盛滿水的杯子(杯子代表還未學(xué)過(guò)物理，水則表示那些前概念)，現(xiàn)在盡量把可樂(lè)倒進(jìn)杯子里(好比拼命給學(xué)生灌輸那些正確的物理概念)，大部分可樂(lè)都溢出了杯子，只有很少的灌了進(jìn)去，杯子里的水現(xiàn)在呈淺棕色.再嘗一口，味道還和原來(lái)的差不多，然而，具有了可樂(lè)的顏色(還記得幾個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ))，給水偽裝上了一種顏色(像是已經(jīng)理解了新概念)，看上去好像變成可樂(lè)了，而實(shí)際上并非如此.只有盡量地將原有的“水”倒出，才會(huì)為科學(xué)的概念提供機(jī)會(huì)，提供空間.

2.2 引入差異性事件 挑戰(zhàn)錯(cuò)誤概念

由于學(xué)生對(duì)事物或現(xiàn)象的推理和理解建立在可觀察到的一些特點(diǎn)上，有時(shí)會(huì)不加區(qū)分地使用各種科學(xué)概念，因此，他們的前概念常常是與科學(xué)概念不一致的錯(cuò)誤概念.對(duì)于錯(cuò)誤的前概念，教師可以引入差異性事件，提供相反證據(jù)進(jìn)行挑戰(zhàn)，使學(xué)生產(chǎn)生概念沖突，意識(shí)到用自己的概念無(wú)法解釋一些現(xiàn)象或?qū)κ挛镒龀鲱A(yù)測(cè)，需要尋找更為合理的概念.教師要為學(xué)生提供恰當(dāng)?shù)那榫撑c結(jié)構(gòu)性的材料，幫助學(xué)生修改或重構(gòu)概念，讓學(xué)生體會(huì)到新概念能更好地解釋一些現(xiàn)象.

例如，有學(xué)生認(rèn)為，木塊之所以漂浮在水中是因?yàn)槭艿搅怂母×?，鐵塊之所以沉入水底是因?yàn)闆](méi)有受到水的浮力.產(chǎn)生這一錯(cuò)誤概念的原因主要是，學(xué)生用知覺(jué)來(lái)主導(dǎo)思考，將對(duì)事物或現(xiàn)象的推理和理解建立在可觀察到的一些特點(diǎn)上.他們?cè)趯⒛緣K按入水中的過(guò)程中感受到水作用于木塊的一股向上的浮力，當(dāng)他們的手離開木塊后，還能夠看到木塊在水中上浮的過(guò)程.而在鐵塊沉入水底的過(guò)程中，他們感受不到水對(duì)鐵塊向上的浮力.

對(duì)此，教師可以讓學(xué)生用測(cè)力計(jì)分別測(cè)量鐵塊在空氣和水中的“重”，并讓學(xué)生解釋鐵塊在空氣和水中視重不同的原因，解釋鐵塊在水中時(shí)，測(cè)力計(jì)讀數(shù)減小的原因，由此引發(fā)概念沖突，并通過(guò)解釋所觀察到的現(xiàn)象，初步建立鐵塊在水中也受到水的浮力的概念.在此基礎(chǔ)上，教師再引導(dǎo)學(xué)生比較鐵塊在水中受到的浮力(“減少”的重)與鐵塊在空氣中受到的重力，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到鐵塊下沉的原因是由于鐵塊受到的重力大于受到的水的浮力，而并非是沒(méi)有受到水的浮力所致.由此，讓學(xué)生意識(shí)到他們建構(gòu)了一個(gè)能解釋所觀察到的事實(shí)的更為合理的概念，以進(jìn)一步修正已有的錯(cuò)誤概念.

2.3 設(shè)計(jì)“陷阱” 考驗(yàn)學(xué)生對(duì)新概念的認(rèn)同度

在學(xué)習(xí)“壓強(qiáng)”一節(jié)時(shí)，有一位教師遇到了一個(gè)棘手的問(wèn)題.

在猜想影響壓力作用效果的因素時(shí)，有學(xué)生猜想“受壓材料的密度”也會(huì)影響壓力的作用效果，依據(jù)是“同樣一個(gè)小桌子放在海綿上，海綿形變明顯，放在木板上，木板形變就不明顯”.這個(gè)問(wèn)題出乎意料，教師沒(méi)有作出及時(shí)回應(yīng)，并把這個(gè)問(wèn)題記錄下來(lái)，說(shuō)“你的問(wèn)題很富有挑戰(zhàn)性，現(xiàn)在同學(xué)們不一定能夠解決，讓我們的能力再生長(zhǎng)一會(huì)兒，快下課時(shí)我們來(lái)解決.”快下課了，教師拋出這個(gè)問(wèn)題，“同樣一個(gè)小桌子放在海綿上與放在木板上壓強(qiáng)哪個(gè)大？”

同學(xué)們開始了熱烈地爭(zhēng)論，大體上分成兩派，“公式派”——根據(jù)壓強(qiáng)公式，既然壓力一樣受力面積也一樣，所以壓強(qiáng)一樣；“形變派”——既然小桌子放在海綿上形變比木板上明顯，足以說(shuō)明小桌子對(duì)海綿的壓強(qiáng)大.都有依據(jù)，但總有一種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的.學(xué)生的爭(zhēng)論過(guò)程，其實(shí)就是一種接受內(nèi)心考驗(yàn)的過(guò)程，如果我們剛剛建立的“壓力的作用效果只與壓力和受力面積有關(guān)”是正確的，那么，現(xiàn)在這個(gè)問(wèn)題怎么解釋，難道公式使用的時(shí)候還必須強(qiáng)調(diào)受壓材料要一樣？

課堂上，這位教師對(duì)這個(gè)問(wèn)題采用了延遲評(píng)價(jià).

先擱置這個(gè)問(wèn)題，到快下課的時(shí)候，再將其拋給學(xué)生，成為考驗(yàn)學(xué)生的一個(gè)“陷阱”.你同意這個(gè)學(xué)生的觀點(diǎn)嗎？如果不同意，怎么解釋他的問(wèn)題？如果同意，又如何看待你已經(jīng)承認(rèn)的壓強(qiáng)公式？讓學(xué)生猶豫、爭(zhēng)論并經(jīng)受考驗(yàn).只有經(jīng)受考驗(yàn)的科學(xué)概念才會(huì)轉(zhuǎn)化為學(xué)生的心智模型，才會(huì)轉(zhuǎn)化為支配我們生活的一種信念，才可能從感性走向理性.當(dāng)這樣的矛盾已經(jīng)非常突出的時(shí)候，我們“順勢(shì)”對(duì)學(xué)生進(jìn)行解釋，受壓材料只是壓強(qiáng)的“顯示器”，它不能決定壓強(qiáng)的大小，正如“我對(duì)你和同桌吼一聲，一位同學(xué)嚇一大跳,而另外一人沒(méi)啥反應(yīng)，不能根據(jù)兩個(gè)人的不同反應(yīng)來(lái)判斷我聲音的大小，因?yàn)槊恳粋€(gè)人對(duì)于聲音的敏感性不一樣.”

經(jīng)過(guò)這樣的考驗(yàn)，學(xué)生會(huì)再次審視對(duì)壓強(qiáng)的理解，會(huì)更加確認(rèn)“壓力的作用效果只與壓力和受力面積有關(guān)”，對(duì)公式會(huì)多一份發(fā)自肺腑的認(rèn)同.

大浪淘沙，留下的才是金子.科學(xué)概念建立的過(guò)程，其實(shí)就是不斷地將學(xué)生錯(cuò)誤的認(rèn)知進(jìn)行暴露的過(guò)程.針對(duì)學(xué)生的核心錯(cuò)誤連續(xù)地進(jìn)行沖擊，迫使學(xué)生反思、審視，這樣建立的概念，才會(huì)是一杯純正的“可樂(lè)”，一個(gè)可靠的科學(xué)概念.即便多少年過(guò)去，他們看到樓房后退，不會(huì)認(rèn)為這是一種“錯(cuò)覺(jué)”，更不會(huì)認(rèn)為這是一種“錯(cuò)誤”，而是一種自然現(xiàn)象，一種包含物理道理的科學(xué)觀念.