初中物理教學(xué)中學(xué)生的前概念分析

【摘要】重視前概念理論在物理教學(xué)中的研究。前概念的理論基礎(chǔ)是建構(gòu)主義理論，它強(qiáng)調(diào)教師讓學(xué)生把新的知識(shí)和舊的知識(shí)相結(jié)合，并對(duì)其進(jìn)行改組，重新建構(gòu)科學(xué)的理論體系。在新課程教學(xué)中，我們可以參照前概念的理論進(jìn)行再創(chuàng)造，從而促進(jìn)新課程理念的理解，提高教學(xué)水平和教學(xué)效率。

【關(guān)鍵詞】前概念 建構(gòu)主義 物理 新課程 教學(xué)有效性

【中圖分類(lèi)號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2013）08-0163-02

初中學(xué)生在學(xué)習(xí)某一物理概念之前，頭腦中往往已經(jīng)有了一些相關(guān)的想法和認(rèn)識(shí)，稱(chēng)為“前概念”。 所謂前概念，是指學(xué)生在沒(méi)有接受正式的物理學(xué)教育以前，通過(guò)自己的觀察、體驗(yàn)和思考對(duì)各種物理現(xiàn)象與物理過(guò)程的理解和認(rèn)識(shí)。前概念也被稱(chēng)為錯(cuò)誤概念或相異概念或相異構(gòu)想。這些概念的核心特點(diǎn)是：（1）是學(xué)生頭腦中強(qiáng)烈具有的一種穩(wěn)定的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，具有頑固性、普遍性和隱蔽性；（2）不同于專(zhuān)家的概念；（3）會(huì)對(duì)學(xué)生如何理解自然現(xiàn)象并做出科學(xué)的解釋產(chǎn)生重要影響；（4）必須被克服、避免或消除，以使學(xué)生接受科學(xué)的理解。例如，在學(xué)習(xí)“牛頓第一定律”前，他們認(rèn)為物體只有受力才會(huì)運(yùn)動(dòng)，不受力便不會(huì)運(yùn)動(dòng)。這就是學(xué)生學(xué)習(xí)牛頓第一定律以前關(guān)于運(yùn)動(dòng)的一種前概念。 形成前概念的原因主要是：先入為主的日常生活經(jīng)驗(yàn)；知識(shí)的負(fù)遷移和舊有概念的局限；由語(yǔ)詞帶來(lái)的曲解；進(jìn)行不當(dāng)?shù)念?lèi)比。

前概念的理論依據(jù)實(shí)際上就是建構(gòu)主義理論。建構(gòu)主義指的是任何學(xué)習(xí)的發(fā)生都不是在白紙上進(jìn)行的，而是將新知識(shí)與已有知識(shí)建立起聯(lián)系，從內(nèi)部通過(guò)創(chuàng)造、協(xié)調(diào)對(duì)原有經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行改造和重組，對(duì)新知識(shí)進(jìn)行意義構(gòu)建。前概念對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的新概念會(huì)有很大影響，實(shí)踐證明，學(xué)生的前概念問(wèn)題解決不好，對(duì)教學(xué)效果會(huì)有很大干擾。德國(guó)多特蒙德大學(xué)的D·K·Nachtigall教授說(shuō)：我們對(duì)前概念了解得越多，對(duì)思維結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的過(guò)程認(rèn)識(shí)越深，就越能成功地把它們轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢砀拍?，也就能更有效的避免錯(cuò)誤概念的產(chǎn)生。所以教師在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)和解決學(xué)生存在的前概念，清除學(xué)習(xí)科學(xué)概念時(shí)的障礙就成了很重要的問(wèn)題。下面就我在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的初中物理中典型前概念問(wèn)題進(jìn)行歸類(lèi)，并總結(jié)解決方法，同大家分享并探討。

一、平衡概念的建立，關(guān)于力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系問(wèn)題。

學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，不會(huì)先分析物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，再結(jié)合運(yùn)動(dòng)狀態(tài)去分析受力，而是喜歡憑自己的感覺(jué)去答題。解決方法：創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突。例如解決有關(guān)靜摩擦力的問(wèn)題：

例1.小華用水平向右的力推放在地面上的一張桌子，但未推動(dòng)，這是因?yàn)椋?）

A. 桌子質(zhì)量太大

B. 推力小于桌子與地面的摩擦力

C. 推力等于桌子與地面的摩擦力

D. 桌子的重力大于推力

很多學(xué)生會(huì)選擇B答案，學(xué)生總覺(jué)著推力小于摩擦力，所以才推不動(dòng)，而忽視了靜止這個(gè)平衡狀態(tài)，這時(shí)我會(huì)給學(xué)生畫(huà)一個(gè)受力圖，此時(shí)桌子在水平方向受兩個(gè)力，一個(gè)推力，一個(gè)摩擦力，因?yàn)樽雷記](méi)動(dòng)，處于靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)二力平衡，推力等于摩擦力，選C。這樣的分析，學(xué)生多半會(huì)信服，但往往仍存疑惑，這時(shí)老師不妨順著學(xué)生的錯(cuò)誤思路去分析，假如摩擦力大于推力，則物體水平方向受力不平衡，根據(jù)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，物體應(yīng)該向著合力的方向運(yùn)動(dòng)，即向著摩擦力的方向運(yùn)動(dòng)，也就成了這種情境，向右推桌子，桌子反而向左跑了。分析到這里學(xué)生都會(huì)會(huì)心一笑，知道這樣的結(jié)果是不可能的。最后老師要向?qū)W生明確本題的關(guān)鍵是推而不動(dòng)，是平衡狀態(tài)，受平衡力。在解決這類(lèi)問(wèn)題時(shí)，不能只憑經(jīng)驗(yàn)，想當(dāng)然作答，一定要明確物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，用力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系科學(xué)的解答。

例2.體育課上，小剛勻速爬桿，關(guān)于他所受的摩擦力，下面說(shuō)法正確的是（ ）

A. 摩擦力方向向下，大小等于重力

B. 摩擦力方向向下，小于重力

C. 摩擦力方向向上，大小等于重力

D. 摩擦力方向向上，大于重力

對(duì)這道題學(xué)生的答案不太統(tǒng)一，有一些會(huì)選A，主要是摩擦力的方向弄不清楚，還有一些會(huì)選D，弄對(duì)了方向又忽視了大小。其實(shí)這道題的關(guān)鍵詞是“勻速”和“爬桿”兩個(gè)，看似勻速運(yùn)動(dòng)，實(shí)則受的是靜摩擦力，因?yàn)樵谂罈U過(guò)程中小剛的手相對(duì)于桿是靜止的，沒(méi)有發(fā)生滑動(dòng)，所以這里的摩擦力是靜摩擦，又是一個(gè)平衡狀態(tài)，必須是二力平衡，那么在豎直方向上只有摩擦力和重力平衡，所以摩擦力的方向只能向上，在這里它是動(dòng)力，正是這個(gè)向上的摩擦力才使小剛能爬上去。試想如果桿和手都特別光滑，沒(méi)有這個(gè)摩擦力，還能爬上去嗎？這個(gè)道理與人走路時(shí)受到的摩擦力向前一樣。還有手握瓶子靜止時(shí)受到的摩擦力方向也是向上的，這些可以給學(xué)生歸類(lèi)，包括上面的例1也是靜摩擦力。靜摩擦力的大小和方向要結(jié)合物體的平衡狀態(tài)，用二力平衡的知識(shí)去判斷。

二、對(duì)慣性大小的理解及慣性定律（牛頓第一定律）的應(yīng)用。解決方法：深刻講授，對(duì)科學(xué)概念給學(xué)生以全面的理解。

例3.關(guān)于慣性下列說(shuō)法正確的是：

A. 速度越大，慣性越大

B. 高速飛行的子彈具有慣性，穿入木頭靜止后慣性消失

C. 行駛的公交車(chē)緊急剎車(chē)時(shí)，乘客會(huì)向前傾，是由于受到慣性力的作用

D. 百米賽跑運(yùn)動(dòng)員到達(dá)終點(diǎn)不能馬上停下來(lái)，是由于運(yùn)動(dòng)員具有慣性

此題不少同學(xué)會(huì)選A，對(duì)慣性的大小只與質(zhì)量有關(guān)，學(xué)生往往難以理解，學(xué)生總覺(jué)著應(yīng)該與速度有關(guān)，速度越大慣性越大，他們有生活經(jīng)驗(yàn)做理由，如汽車(chē)的速度越大，剎車(chē)距離越長(zhǎng)，百米賽跑速度越大，到終點(diǎn)時(shí)越難停下來(lái)等等，這樣的例子很多，好像都在說(shuō)明速度越大，慣性越大。這時(shí)學(xué)生的前概念起了很大的作用，與科學(xué)概念發(fā)生了強(qiáng)烈的沖突。問(wèn)題的關(guān)鍵是學(xué)生沒(méi)有理解慣性的概念，慣性不是力，也不是作用，慣性是一種性質(zhì)，是物體保持勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，或者說(shuō)慣性的大小表示了物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度，質(zhì)量越大的物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變，質(zhì)量越小越容易改變，比如小汽車(chē)比載重大卡車(chē)要靈活，空中戰(zhàn)斗機(jī)都做的比較小而輕，就是為了減小質(zhì)量，作戰(zhàn)時(shí)能靈活運(yùn)動(dòng)，更容易改變速度和方向。而上面提到的汽車(chē)的速度越大，代表動(dòng)能越大，物體要停下來(lái)即動(dòng)能減小到零，克服阻力所做的功就越多，所以剎車(chē)距離就長(zhǎng)。這些要給學(xué)生解釋清楚，才能消除他們的前概念，建立起科學(xué)概念。

例4.拋向空中的物體，在空中飛行時(shí)畫(huà)出它所受到的力（不計(jì)空氣阻力）。

很多學(xué)生會(huì)畫(huà)出兩個(gè)力，一個(gè)重力，一個(gè)向前的推力。很明顯，學(xué)生腦子里有這種想法：“物體向前運(yùn)動(dòng)就必須受到向前的力”。這時(shí)老師可以問(wèn)學(xué)生，“有力就必須有施力物體，如果受到向前的推力，那么這個(gè)推力的施力物體是誰(shuí)呢？”這時(shí)學(xué)生會(huì)啞口無(wú)言，錯(cuò)誤不攻自破。學(xué)生之所以犯這樣的錯(cuò)誤，是沒(méi)理解物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持，物體離開(kāi)手后能繼續(xù)向前飛行，是因?yàn)槲矬w具有慣性，也就是牛頓第一定律的內(nèi)容。力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，而不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。

三、對(duì)光的傳播方向及人看見(jiàn)物體的原理的理解錯(cuò)誤。

解決方法：多媒體動(dòng)畫(huà)演示或?qū)嶒?yàn)演示。

中學(xué)生的抽象思維在很大程度上屬經(jīng)驗(yàn)型，需要感性經(jīng)驗(yàn)支持。因此教學(xué)中應(yīng)了解學(xué)生的實(shí)際，可通過(guò)實(shí)物或多媒體演示消除錯(cuò)誤概念。

例5.如圖，CD為豎直掛在墻上的平面鏡，A同學(xué)通過(guò)平面鏡看到了B同學(xué)，在這一現(xiàn)象中光的反射角是（ ）

A、∠1 B、∠2

C、∠3 D、∠4

做這類(lèi)題的時(shí)候，學(xué)生往往會(huì)把光的傳播方向弄錯(cuò)，A看到B，是因?yàn)锽的光線(xiàn)（一般是反射光，若B是光源則是B直接發(fā)出的光）進(jìn)入A的眼睛，所以∠2是入射角，∠3是反射角，而學(xué)生則認(rèn)為是A的眼睛發(fā)出光線(xiàn)，射到B上就看見(jiàn)了B，把∠3當(dāng)成了入射角，∠2當(dāng)成反射角。學(xué)生總認(rèn)為看到物體是眼睛發(fā)出的光射到物體上，射到誰(shuí)就看到誰(shuí)了，眼睛成了發(fā)射器，這是很可笑的一種認(rèn)識(shí)，老師在教學(xué)中一定要注意糾正這種錯(cuò)誤，要畫(huà)出具體的光路圖給學(xué)生分析。

例6. 從岸邊看水中的魚(yú)，看到“魚(yú)”的位置與實(shí)際位置不同。下列模型能解釋此現(xiàn)象的是（ ）

看水里的魚(yú)會(huì)變淺，原因是魚(yú)身上的光從水里射向空氣時(shí)發(fā)生折射引起的，人在岸上逆著折射光線(xiàn)看過(guò)去，就看到一個(gè)變淺的魚(yú)的虛像，所以選D。學(xué)生還是會(huì)認(rèn)為光線(xiàn)是從人的眼睛發(fā)出，在從空氣進(jìn)入水里時(shí)發(fā)生折射，這一點(diǎn)一定要給學(xué)生強(qiáng)調(diào)清楚，看到魚(yú)是魚(yú)身上的光進(jìn)入人的眼睛。除了畫(huà)光路圖分析，也可以用多媒體動(dòng)畫(huà)模擬光線(xiàn)的傳播，放映給學(xué)生看，增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。

四、不能結(jié)合公式正確的分析物理量之間的關(guān)系及其影響因素。

解決方法：強(qiáng)調(diào)公式的記憶和理解，學(xué)會(huì)用公式分析問(wèn)題。

例7.一物體在3牛頓的水平拉力下勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)摩擦力大小為多少牛頓？若拉力增大為5牛頓，物體受的摩擦力為多少牛頓？此題第一問(wèn)一般沒(méi)什么問(wèn)題，學(xué)生知道用二力平衡的知識(shí)去解答，勻速運(yùn)動(dòng)，摩擦力等于拉力等于3牛頓。第二問(wèn)就出現(xiàn)問(wèn)題了，受定勢(shì)思維的影響，學(xué)生認(rèn)為摩擦力就等于拉力，所以應(yīng)該等于5牛頓。其時(shí)這道題答錯(cuò)的本質(zhì)，是學(xué)生沒(méi)有認(rèn)清楚滑動(dòng)摩擦力的大小與什么因素有關(guān)，根據(jù)f=μN(yùn)，滑動(dòng)摩擦力的大小只與壓力大小和接觸面的粗糙程度有關(guān)，當(dāng)這兩個(gè)因素一定時(shí)，滑動(dòng)摩擦力的大小也就確定了，不隨拉力的大小而改變，也不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變。學(xué)生因?yàn)槭軠y(cè)滑動(dòng)摩擦力大小的實(shí)驗(yàn)的影響，總認(rèn)為摩擦力就等于拉力，而忽視了這個(gè)結(jié)論的前提條件是勻速運(yùn)動(dòng)。此題中當(dāng)拉力由3牛頓變?yōu)?牛頓時(shí)，摩擦力沒(méi)變，改變的是物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，原來(lái)是勻速運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)在受力不平衡了，拉力大于摩擦力，物體將做加速運(yùn)動(dòng)。

例8.一物體A受一水平向右的力F沿光滑的水平面運(yùn)動(dòng)了一段距離S，另一物體B受同樣大小的力沿粗糙的斜面向上運(yùn)動(dòng)了同樣一段距離。則比較力對(duì)兩物體做的功：（ ）

A. 力對(duì)物體A做的功多 B. 力對(duì)物體B做的功多

C. 力對(duì)物體A和B做的功一樣多 D. 無(wú)法比較

此題學(xué)生易選B項(xiàng)，學(xué)生總認(rèn)為粗糙的接觸面比光滑的做功要多，而沒(méi)把握功的本質(zhì)，根據(jù)W=FS，功的大小只與力和距離有關(guān)，與接觸面的粗糙程度和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。此題中兩物體所受的力和移動(dòng)的距離都相等，功當(dāng)然相等。

五、受公式影響不能把握某些物理量的本質(zhì)。

解決方法：概念重釋、比較鑒別。

這一點(diǎn)與上面的第四點(diǎn)不同，上面是公式?jīng)Q定了物理量的大小。但物理學(xué)中還有一些物理量的大小是不受公式中的量影響的，學(xué)生往往受以上第四種情況思維定勢(shì)的影響，對(duì)這些量的學(xué)習(xí)產(chǎn)生負(fù)遷移，如密度公式ρ=m/v，并不能表示密度與質(zhì)量成正比，與體積成反比，密度是物質(zhì)的一種屬性，只與物質(zhì)的種類(lèi)、狀態(tài)有關(guān)，此公式只是密度的計(jì)算式而已，不代表密度的本質(zhì)和影響因素。類(lèi)似的還有電阻的計(jì)算公式R=U/I，也不代表電阻與電壓成正比，與電流成反比，電阻是導(dǎo)體的一種性質(zhì)，只與導(dǎo)體的材料、長(zhǎng)度、橫截面積和溫度有關(guān)。學(xué)生在學(xué)習(xí)這些概念和公式時(shí)，要把握本質(zhì)，教師要注意區(qū)分總結(jié)。

總之對(duì)“前概念”的解決策略，歸納起來(lái)主要有：（1）通過(guò)師生對(duì)話(huà)顯示出學(xué)生的前概念，學(xué)生的前概念具有很強(qiáng)的隱蔽性，一般不會(huì)清晰地呈現(xiàn)在他們的腦海里。因此教師可采用課堂提問(wèn)、作業(yè)、課外輔導(dǎo)等方式，通過(guò)談話(huà)問(wèn)答去發(fā)現(xiàn)學(xué)生大腦中的前概念；（2）創(chuàng)設(shè)各種問(wèn)題情景引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突；（3）以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、概念重釋、比較鑒別等方式糾正前概念中的錯(cuò)誤成分；（4）深刻講授，特別是對(duì)于科學(xué)概念的教學(xué)要給學(xué)生以全面的理解，并不斷的鞏固，加深印象。

教師只有充分了解學(xué)生已有的前概念，尤其是與新概念有密切關(guān)系的前概念，才能使教學(xué)有的放矢，讓教學(xué)策略更有針對(duì)性和有效性，提高教學(xué)效率。

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