前概念對(duì)中學(xué)物理教學(xué)的影響及對(duì)策分析

和清霖，李隨源

(焦作師范高等專科學(xué)校 理工學(xué)院，河南 焦作 454000)

物理概念是客觀事物的物理共同屬性和本質(zhì)特征在人們頭腦中的反映，是物理事實(shí)的抽象，也是構(gòu)成物理知識(shí)體系的基本要素[1]。如果不能形成正確的概念，就會(huì)直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。因此，物理概念教學(xué)在整個(gè)物理課堂教學(xué)中占居極其重要的地位。

現(xiàn)代研究表明，學(xué)生在學(xué)習(xí)新概念時(shí)一定會(huì)受到前概念的影響。所謂前概念是指學(xué)生在正式學(xué)習(xí)有關(guān)物理知識(shí)之前，頭腦中業(yè)已存在的原有認(rèn)識(shí)和該認(rèn)識(shí)賴以形成的思維方式[2]。前概念與科學(xué)概念是不一致或相悖的，在物理教學(xué)中會(huì)對(duì)學(xué)生正確理解科學(xué)概念產(chǎn)生不利的影響，而且前概念往往在學(xué)生頭腦里根深蒂固，難以糾正。所以，教師在教學(xué)過程中必須重視前概念的積極或消極的影響，盡力消除其不利影響，使其對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)生正遷移作用。

一、前概念特點(diǎn)及其產(chǎn)生原因

(一)前概念的特點(diǎn)

1.自發(fā)性和廣泛性

前概念源于學(xué)生長期以來對(duì)日常生活的觀察和感知，生活中的經(jīng)驗(yàn)在他們的大腦中逐步深化，不斷發(fā)展，經(jīng)過了感覺、知覺和表象階段后形成概念[7]。這些前概念完全是學(xué)生站在自己的立場(chǎng)上，根據(jù)自己的感性經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建的，是自發(fā)形成的。

一般情況下，學(xué)生在八年級(jí)開始學(xué)習(xí)物理，他們?cè)陂L期的生活經(jīng)驗(yàn)中看到或聽到了形形色色的物理現(xiàn)象，對(duì)日常生活中有關(guān)物理現(xiàn)象的問題也有了自己獨(dú)特的見解。因此，在他們的大腦中形成的前概念涉及了相當(dāng)廣泛的范圍，在力、熱、光、電、原等物理學(xué)的各個(gè)分支中無不存在前概念的影子。

2. 頑固性

前概念是學(xué)生長期生活經(jīng)驗(yàn)積累的結(jié)果，在他們的頭腦中根深蒂固，難以糾正。有時(shí)在課堂上老師已經(jīng)給出了正確的概念，但學(xué)生仍然難以放棄自己的錯(cuò)誤概念。在遇到實(shí)際物理問題時(shí)，還是習(xí)慣于憑借自己積累的經(jīng)驗(yàn)去解決問題，往往不能得出正確的結(jié)果。如學(xué)生在學(xué)過了物體慣性的大小由其質(zhì)量的大小決定的概念后，仍有學(xué)生會(huì)根據(jù)日常生活經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為運(yùn)動(dòng)快的物體慣性大，運(yùn)動(dòng)慢的物體慣性小，物體慣性的大小與物體運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)。

3. 隱蔽性

前概念是學(xué)生在潛移默化中逐步形成的，并以潛在的形式存在于他們的大腦中，平常也不會(huì)表現(xiàn)出來。但是，當(dāng)教師在課堂上講授科學(xué)的物理概念時(shí)，他們會(huì)立即聯(lián)想起自己頭腦中的前概念，這兩種概念共處于學(xué)生的頭腦中，淺層是教師講授的科學(xué)概念，深層仍然是前概念。當(dāng)遇到簡單的問題時(shí)，科學(xué)概念占主導(dǎo)地位而前概念則隱蔽起來；當(dāng)遇到復(fù)雜的問題時(shí)，科學(xué)概念抵擋不住前概念，而前概念又會(huì)自然而然地表現(xiàn)出來。

(二)前概念產(chǎn)生的原因

1.由日常生活中的“經(jīng)驗(yàn)”造成

學(xué)生在日常生活中獲得的經(jīng)驗(yàn)是形成前概念的主要原因。在學(xué)習(xí)正確的物理概念之前，學(xué)生們已經(jīng)在現(xiàn)實(shí)生活中獲得了一些對(duì)事物的直覺認(rèn)識(shí)。他們會(huì)根據(jù)這種感性認(rèn)識(shí)得到一些經(jīng)驗(yàn)，從而產(chǎn)生有關(guān)物理知識(shí)的前概念。有的前概念是正確的，有的則是錯(cuò)誤的或片面的，甚至是偽科學(xué)的。正確的前概念有利于學(xué)生理解和掌握相關(guān)的物理知識(shí)，而錯(cuò)誤的前概念將會(huì)對(duì)學(xué)生科學(xué)概念的形成產(chǎn)生不利的影響[3]。例如，對(duì)于停在水平面上的小車，人用力推，它就會(huì)運(yùn)動(dòng)起來，停止用力小車就會(huì)停下來。學(xué)生由此生活經(jīng)驗(yàn)得出結(jié)論：力是維持小車運(yùn)動(dòng)的原因；再如，雞毛和石塊同時(shí)從相同高度下落時(shí)，石塊先落地，這種經(jīng)驗(yàn)使學(xué)生感覺到重物體比輕物體下落得快。

2.由消極的思維定勢(shì)造成

思維定勢(shì)的負(fù)遷移作用也是形成錯(cuò)誤前概念的原因之一。所謂思維定勢(shì)，就是按照原來積累的思維活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)和已有的思維規(guī)律，在反復(fù)使用中所形成的比較穩(wěn)定的、定型化了的思維路線、方式、程序和模式[4]。思維定勢(shì)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)既可以產(chǎn)生正遷移作用，也可以產(chǎn)生負(fù)遷移作用。如在學(xué)習(xí)萬有引力定律的應(yīng)用時(shí)，學(xué)生會(huì)利用過去學(xué)習(xí)過的數(shù)學(xué)的思維方式進(jìn)行不適當(dāng)?shù)耐评?，從而得出“兩物體之間的距離趨近于零時(shí)，物體間的引力無窮大”的錯(cuò)誤結(jié)論。有的學(xué)生習(xí)慣于用舊的思維方式去思考新問題，認(rèn)為“合力就是幾個(gè)力的代數(shù)和”，“靜摩擦力隨著壓力的增大而增大”，從而形成錯(cuò)誤的前概念。

3. 由對(duì)原有概念認(rèn)識(shí)的局限性造成

在使用物理概念或原理解決實(shí)際問題時(shí)，要注意在深刻理解物理概念內(nèi)涵的同時(shí)，不能忽視其外延。明確物理概念的外延是正確解決物理問題的關(guān)鍵[5]。如高中物理中機(jī)械能守恒定律的成立條件是除重力或彈力做功外，其它力不做功。在解決物體在粗糙的斜面上滑動(dòng)的問題時(shí)，如果機(jī)械地套用機(jī)械能守恒定律，必然會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論。

4. 由對(duì)物理詞語理解錯(cuò)誤造成

物理概念是用一些物理詞語來表示的，通過物理詞語對(duì)感性材料進(jìn)行抽象和概括，從而揭示事物的本質(zhì)屬性[6]。物理學(xué)中的定理、定律等都是用一定的詞語進(jìn)行描述和定義的。從教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生往往會(huì)利用日常生活中對(duì)詞語的理解去解釋物理概念，由此對(duì)物理概念產(chǎn)生曲解。如根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為“加”就是總體數(shù)量在增大，從而認(rèn)為“加速度”就是物體增加的速度，加速度增大速度就增大，加速度減小速度就減??；“阻礙”就相當(dāng)于阻力，因此得出楞次定律中“感應(yīng)磁場(chǎng)總是阻礙原磁通量的變化”就是總是阻止原磁通量變大的錯(cuò)誤結(jié)論。

二、前概念對(duì)物理教學(xué)的影響

(一)前概念對(duì)物理教學(xué)的積極作用

1.正確的前概念可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

正確的物理前概念是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的良好基礎(chǔ)和鋪墊。盡管這種前概念不能等同于科學(xué)概念，但它的正遷移作用卻是科學(xué)概念學(xué)習(xí)的資源和新的增長點(diǎn)，有利于學(xué)生順利掌握新知識(shí)的概念和知識(shí)結(jié)構(gòu)[9]。在課堂上，學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識(shí)的過程中遇到已有的經(jīng)驗(yàn)被老師肯定時(shí)，往往會(huì)表現(xiàn)得很興奮，對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生更大的興趣。如八年級(jí)學(xué)生在學(xué)習(xí)物理課之前，已經(jīng)從各種渠道對(duì)經(jīng)典物理的大部分現(xiàn)象有了初步的了解。他們觀察過自然界中物體的直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)等不同的運(yùn)動(dòng)形式，感受過物體的失重、超重等現(xiàn)象；知道了自然界的物質(zhì)可以有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種狀態(tài)，知道水可以蒸發(fā)、沸騰、結(jié)冰等；知道磁鐵可以吸引鐵釘，燈泡、電爐等通電后可以發(fā)熱；了解了晴朗的天空是蔚藍(lán)色的，日出日落時(shí)太陽的顏色是紅色的等光學(xué)現(xiàn)象。學(xué)生對(duì)這些物理現(xiàn)象的了解和好奇，不僅是他們學(xué)習(xí)新知識(shí)的基礎(chǔ)，而且能進(jìn)一步激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而有助于學(xué)生構(gòu)建科學(xué)的物理概念。

2. 正確的前概念可以促進(jìn)概念的同化

概念的同化是指利用學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有的相關(guān)概念，以定義的形式直接向?qū)W生揭示概念的關(guān)鍵特征，進(jìn)而使學(xué)生獲得概念的一種方式[10]。學(xué)生在日常生活中積累的經(jīng)驗(yàn)是概念同化的基礎(chǔ)。比如，坐在行駛的火車上的乘客會(huì)感覺到鐵軌兩旁的樹木和建筑物在快速向后運(yùn)動(dòng)，而自己是靜止不動(dòng)的。此時(shí)教師只要稍加引導(dǎo)，告訴學(xué)生同一物體的運(yùn)動(dòng)，選取不同的參照物可以得到不同的結(jié)果，就可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)、靜止的相對(duì)性的理解。同化和拓展學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的外延，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)的自信心和成就感，對(duì)建立科學(xué)的物理概念是極其有利的。

(二)前概念對(duì)物理教學(xué)的消極作用

前概念是學(xué)生在日常生活中獲得的直接經(jīng)驗(yàn)。由于他們的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)有限，辯證思維、批判性思維的能力不高，因此，考慮問題時(shí)往往不夠周全，容易產(chǎn)生片面性，甚至?xí)荒承┍砻娆F(xiàn)象所迷惑，看不清事物的本質(zhì)，從而形成一些錯(cuò)誤的概念，這些錯(cuò)誤概念會(huì)對(duì)學(xué)生構(gòu)建科學(xué)的概念產(chǎn)生阻礙作用[11]。

前概念的消極作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)使學(xué)生形成思維障礙；2)造成學(xué)生考慮問題時(shí)以偏概全；3)干擾學(xué)生的思維方法；4)阻礙概念的順應(yīng)。

學(xué)生總是按照自己的思維習(xí)慣考慮物理問題，忽視對(duì)物理概念內(nèi)涵的理解。例如，他們認(rèn)為兩隊(duì)進(jìn)行拔河比賽時(shí)，獲勝方對(duì)繩子的拉力大于失敗方對(duì)繩子的拉力；運(yùn)動(dòng)的物體有慣性，靜止的物體沒有慣性；用力推靜止在水平面上的木箱時(shí)，箱子沒動(dòng)就認(rèn)為推力小于摩擦力；在水中漂浮的物體受到浮力的作用，而沉在水底的物體不受浮力的作用；求平均速度時(shí)習(xí)慣應(yīng)用數(shù)學(xué)中求平均值的方法，認(rèn)為平均速度等于幾個(gè)速度的平均值；學(xué)習(xí)滑動(dòng)摩擦?xí)r知道正壓力越大物體受到的摩擦力就越大，因此，在分析用手握緊懸空的啤酒瓶受力問題時(shí)，便認(rèn)為手握得越緊，瓶子受到的摩擦力就越大。出現(xiàn)上述種種認(rèn)知錯(cuò)誤均是前概念影響的結(jié)果。

三、消除前概念不利影響的對(duì)策

(一)充分了解和重視學(xué)生的前概念

要想轉(zhuǎn)變學(xué)生的前概念，教師就必須在教授新課之前通過提問、問卷調(diào)查、試題測(cè)試、小組討論等多種方法，全面了解學(xué)生大腦中前概念存在的情況[12]。只有充分了解學(xué)生在哪些問題上存在前概念，存在什么樣的前概念，那些前概念又是如何形成的，才能找到突破口，才可能選擇適當(dāng)?shù)姆椒◣椭鷮W(xué)生將前概念轉(zhuǎn)化為科學(xué)概念。

例如，在學(xué)習(xí)力和運(yùn)動(dòng)的內(nèi)容時(shí)，教師可以提出一系列問題：力是不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因？物體慣性的大小是否與其運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)？馬拉車前進(jìn)時(shí)馬拉車的力是不是一定大于車?yán)R的力？物體運(yùn)動(dòng)的加速度減小，其速度是不是也隨之減?。酷槍?duì)以上問題，要求學(xué)生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn)直接回答“是”或者“否”，鼓勵(lì)他們暢所欲言，大膽爭論，讓學(xué)生頭腦中的錯(cuò)誤前概念充分暴露出來。

(二)組織情境教學(xué)，修正錯(cuò)誤概念

在實(shí)際教學(xué)過程中，教師創(chuàng)設(shè)一定的教學(xué)情境，讓學(xué)生在與實(shí)際情況類似的情境中學(xué)習(xí)、體驗(yàn)，是幫助他們不斷修正錯(cuò)誤想法，獲得科學(xué)概念的有效途徑之一。前概念一般都是學(xué)生在日常生活的具體情境中形成的，不妨用他們獲得前概念的真實(shí)問題作為實(shí)例組織教學(xué)活動(dòng)，更能讓其感受到親切感和真實(shí)感，從而獲得意想不到的教學(xué)效果[13-15]。比如學(xué)生在初學(xué)力學(xué)部分時(shí)，搞不清楚受力物體和施力物體，難以理解力的作用是相互的，甚至認(rèn)為有時(shí)候只存在施力物體，有時(shí)候只存在受力物體。在此情況下可采用情境教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)。

1)將全班學(xué)生分為2人(分別為甲和乙)一組，彼此相距約80厘米面對(duì)面站立，雙臂向前平伸，掌心相對(duì)。當(dāng)乙不動(dòng)、甲用力推乙時(shí)，甲乙會(huì)同時(shí)向后退，甲能明顯感覺到乙對(duì)他有力的作用。

2)甲乙兩同學(xué)各手持一彈簧秤，將彈簧秤的掛鉤鉤在一起對(duì)拉，會(huì)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)彈簧秤都有示數(shù)，而且大小總保持相等。

通過創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生親身體驗(yàn)，使他們認(rèn)識(shí)到：只要有力產(chǎn)生，就一定同時(shí)具有施力物體和受力物體。施力物體同時(shí)也是受力物體，受力物體同時(shí)也是施力物體。兩者同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)消失，不可能單獨(dú)存在施力物體或受力物體。由此在學(xué)生的大腦中逐漸構(gòu)建起有關(guān)力的科學(xué)概念。

(三)強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，豐富感性認(rèn)識(shí)

物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。實(shí)驗(yàn)可使一些抽象的東西變?yōu)榫唧w的模型。因此，實(shí)驗(yàn)是轉(zhuǎn)化學(xué)生錯(cuò)誤前概念的有效手段之一，許多物理前概念的轉(zhuǎn)化必須通過實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)。采取傳統(tǒng)的灌輸式方法進(jìn)行物理概念的教學(xué)是不可取的，也是沒有效果的[16-19]。

比如，在學(xué)習(xí)“力”的概念時(shí)，有學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)對(duì)“力的作用是相互的”這句話的理解產(chǎn)生一些偏差，認(rèn)為“有的力的作用是相互的，有的不一定是相互的”。并以浸在水中的物體受到水的浮力為例，認(rèn)為“水對(duì)物體產(chǎn)生了浮力作用，但物體對(duì)水沒有作用力”。為此，教師可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)：準(zhǔn)備半燒杯清水，一個(gè)測(cè)力計(jì)，一個(gè)鉤碼，一個(gè)可以測(cè)力的臺(tái)秤。把盛水的燒杯放在臺(tái)秤上，穩(wěn)定后記下臺(tái)秤的讀數(shù)；用測(cè)力計(jì)測(cè)出鉤碼所受重力的大小；然后用測(cè)力計(jì)勾住鉤碼并將其浸入水中，讓學(xué)生注意觀察測(cè)力計(jì)和臺(tái)秤讀數(shù)的變化情況。學(xué)生通過觀察很容易發(fā)現(xiàn)：此時(shí)測(cè)力計(jì)的讀數(shù)變小了，說明鉤碼受到了水的浮力作用；臺(tái)秤的讀數(shù)變大了，說明鉤碼對(duì)水也產(chǎn)生了力的作用。這樣可使學(xué)生親身感受到“力的作用是相互的”，從而建立起科學(xué)的概念。

(三)激發(fā)認(rèn)知沖突，克服經(jīng)驗(yàn)錯(cuò)誤

認(rèn)知沖突是指?jìng)€(gè)人認(rèn)知結(jié)構(gòu)與環(huán)境或個(gè)人認(rèn)知結(jié)構(gòu)內(nèi)部不同成分之間的不一致所形成的狀態(tài)。教師在教學(xué)過程中要有意創(chuàng)設(shè)可使學(xué)生產(chǎn)生矛盾想法的問題情境，使他們充分暴露出那些錯(cuò)誤的想法，經(jīng)過與科學(xué)觀點(diǎn)的比較，認(rèn)識(shí)到自己原有的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的不足，以及思維方法的錯(cuò)誤，促使學(xué)生丟棄過去的錯(cuò)誤想法。同時(shí)，產(chǎn)生認(rèn)知沖突的時(shí)候也正是學(xué)生注意力最集中的時(shí)候，教師要充分利用這一點(diǎn)，變被動(dòng)為主動(dòng)，使前概念變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力[20]。

比如，在學(xué)習(xí)“自由落體運(yùn)動(dòng)”的規(guī)律時(shí)，針對(duì)是輕物體下落得快還是重物體下落得快的問題，學(xué)生們往往會(huì)根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為“當(dāng)然是重物體下落得快”。此時(shí)，教師不要急于否定學(xué)生的想法，可以通過以下簡單的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究和驗(yàn)證：

1)拿一小段粉筆頭和一張紙片，讓它們從同一高度同時(shí)下落，可以看到果然是粉筆頭先落地，即重物體下落得快；

2)拿兩張完全相同的紙片，將其中的一張紙片搓成紙團(tuán)，讓它們從同一高度同時(shí)下落，會(huì)發(fā)現(xiàn)紙團(tuán)先落地，即相同重量的物體下落得快慢不同；

3)拿一張小紙片和一張大報(bào)紙，將小紙片搓成紙團(tuán)，讓它們從同一高度同時(shí)下落，結(jié)果是紙團(tuán)先落地，即輕物體下落得快；

4)把實(shí)驗(yàn)(1)中的紙片搓成和粉筆頭大小差不多的紙團(tuán)，讓其和粉筆頭從同一高度同時(shí)下落，會(huì)發(fā)現(xiàn)它們幾乎同時(shí)落地，即輕重不同的物體下落得一樣快。

通過以上實(shí)驗(yàn)，巧妙地引入問題情境，使學(xué)生頭腦中已有的前概念和觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生沖突，激起其思維的碰撞，甚至產(chǎn)生茫然：到底是重物體下落得快還是輕物體下落得快呢？由此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望。

此后，教師可組織學(xué)生針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論、分析，并以牛頓管實(shí)驗(yàn)做進(jìn)一步驗(yàn)證，最后得出結(jié)論：之所以我們通常看到的重物體比輕物體下落得快，是由于物體受到空氣阻力作用的結(jié)果。如果沒有阻力的影響，輕重不同的物體下落得快慢相同。從而順利地將錯(cuò)誤的前概念轉(zhuǎn)化為科學(xué)概念。

四、結(jié)束語

前概念轉(zhuǎn)化為科學(xué)概念需要學(xué)生思維結(jié)構(gòu)和思維方式的變革，需要他們克服原有的思維定勢(shì)，打破原來的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，建立一種全新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。因此，不能期望通過簡單的說教就可以將前概念轉(zhuǎn)化為科學(xué)概念；也不可能經(jīng)過幾次糾正就能使前概念徹底消除。在今后相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，前概念的轉(zhuǎn)化問題仍然是廣大教育工作者深入研究的熱點(diǎn)課題之一。

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