初高中物理教學(xué)銜接中前概念的影響研究

【摘 要】高一物理難教難學(xué)已成為中國教育中存在多年的一個(gè)教學(xué)現(xiàn)象。我認(rèn)為，初高中物理的“臺(tái)階”不但體現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求的差距上，更主要的是體現(xiàn)在認(rèn)知心理和觀念思維上，其中比較公認(rèn)的一個(gè)原因是認(rèn)知心理中前概念或相異構(gòu)想干擾。

【關(guān)鍵詞】物理教學(xué) 前概念

【中圖分類號(hào)】G632 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810（2015）20-0077-02

多數(shù)高中生感到最難學(xué)的學(xué)科是物理，高中物理中尤以高一物理更為難教難學(xué)，高一物理考試的結(jié)果常常令學(xué)生傷心、教師倍感壓力，甚至家長也感到頭痛。因此，高一物理難教難學(xué)成為中國教育中存在多年的一個(gè)教學(xué)現(xiàn)象。大多數(shù)人認(rèn)為出現(xiàn)這種現(xiàn)象的一個(gè)原因是初中與高中銜接中出現(xiàn)的“臺(tái)階”，那么構(gòu)成這個(gè)臺(tái)階的原因是什么呢？

從20世紀(jì)70年代起，西方從事課程教學(xué)研究的學(xué)者，通過大量調(diào)查研究表明，早在正式學(xué)習(xí)科學(xué)課程以前，兒童就通過對(duì)日常生活中一些現(xiàn)象的觀察和體驗(yàn)，形成了一些非科學(xué)的概念和一些兒童階段特有的思維方式。專家們將學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)課程之前形成的這類概念稱為前科學(xué)概念或簡稱為前概念，而把兒童圍繞前概念建立起來的一種特有的錯(cuò)誤思維結(jié)構(gòu)稱為相異構(gòu)想或不同的概念框架。

高一物理的主要內(nèi)容是運(yùn)動(dòng)和力，學(xué)生已經(jīng)在地球上生活了十幾年，對(duì)于力和運(yùn)動(dòng)等這些生活中司空見慣的物理現(xiàn)象，大腦中早已有了許多直覺的認(rèn)識(shí)和思維定式，并把這些認(rèn)識(shí)當(dāng)作正確的，甚至連一些偉大的人物也犯這樣的錯(cuò)誤，如古希臘的亞里士多德。正是這些相異構(gòu)想的普遍性和頑固性構(gòu)成了學(xué)習(xí)物理的最大阻礙。

根據(jù)本人的教學(xué)體會(huì)，這些前概念還具有隱蔽性，需要教師在教學(xué)過程中敏銳捕捉。

一 高一物理課程學(xué)習(xí)中存在的前概念

應(yīng)該說，初中物理學(xué)習(xí)中實(shí)際也存在相異構(gòu)想或前概念的干擾，如認(rèn)為：（1）輪船從河里開到海里吃水線會(huì)降低是因?yàn)楹＠锔×Υ?。?）壓力都是向下的。（3）冬天室外金屬表面的溫度比木頭低。

但高中物理涉及的物理思想更本質(zhì)、更抽象、更深刻一些，相異構(gòu)想對(duì)物理學(xué)習(xí)的影響會(huì)更廣泛隱蔽。經(jīng)本人觀察調(diào)查，確認(rèn)學(xué)生存在下面這些經(jīng)常干擾高中力學(xué)學(xué)習(xí)的前概念：（1）飛出去的足球受到一個(gè)向前的沖力。（2）斜面上的物體受到一個(gè)下滑力。（3）以一定初速度滾上斜面的小球受到一個(gè)向上的沖力。（4）傳送帶上勻速前進(jìn)的物體受到一個(gè)向前的靜摩擦力。（5）拔河比賽贏的一方拉力大。（6）物體速度越快慣性越大。

二 習(xí)題教學(xué)中存在的前概念

高中教師還會(huì)經(jīng)常遇到另外一些學(xué)生在解題中暴露出的、隱蔽的，甚至是令人啼笑皆非的前概念。如驗(yàn)證“研究牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)”的物理情形中，認(rèn)為小車受到的拉力一定等于勾碼重力，見圖1。

三 克服初高中物理教學(xué)銜接中前概念干擾的對(duì)策

1.從天體物理、星空探索入手，利用各種視頻資料和網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生探索自然規(guī)律，注重激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

天體物理中許多現(xiàn)象和知識(shí)和高中物理內(nèi)容息息相關(guān)，宇宙天體知識(shí)是學(xué)生理解和掌握高中物理的重要預(yù)備知識(shí)，是引導(dǎo)學(xué)生透徹理解力學(xué)內(nèi)容重要的背景知識(shí)和思維基礎(chǔ)。如天體的基本知識(shí)中，了解同一物體在不同星球上有不同的重力，重力的施力者是星球，這樣學(xué)生對(duì)重力的概念才會(huì)有真正透徹的理解。要認(rèn)識(shí)力，首先要理解沒有力的世界會(huì)怎么樣，這樣的世界哪里有，只有在太空中，在太空中沒有受到任何力的航天器可以無須任何燃料高速航行。所以慣性飛行是理解慣性最好的例子，美國人20世紀(jì)70年代發(fā)射的航天器早已耗盡推進(jìn)劑，卻仍在以每秒十幾千米的速度高速飛行，這樣事實(shí)能徹底擊碎“有力才能使物體運(yùn)動(dòng)的”相異構(gòu)想。

2.重視受力分析的思維訓(xùn)練

物理教學(xué)一定要多引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷思維體驗(yàn)、透徹理解，貫徹重在理解的教學(xué)原則，才能真正減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)，而不是讓他們多記一二三四五條注意事項(xiàng)。力學(xué)教學(xué)的核心和難點(diǎn)是“受力分析”，學(xué)生初學(xué)“受力分析”時(shí)，往往是錯(cuò)誤百出，如經(jīng)常漏掉一些力、把施力當(dāng)受力。為了讓學(xué)生杜絕錯(cuò)誤，徹底明白受力分析的要點(diǎn)，在教學(xué)中，筆者引導(dǎo)學(xué)生從三種基本創(chuàng)造性思維的角度出發(fā)，規(guī)劃了三個(gè)階段的教學(xué)設(shè)計(jì)。

第一階段：引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮發(fā)散思維，利用牛頓第三定律找出所有可能存在的力，為后面用收斂思維進(jìn)行受力分析打下基礎(chǔ)。

這里舉一簡單例子（見圖2）：一個(gè)人站在橋上推車，先找出人、橋面、車三個(gè)物體之間存在的所有彈力和摩擦力，及它們的方向。

分析：牛頓第三定律告訴我們力總是在兩個(gè)物體之間出現(xiàn)，力也總是成對(duì)出現(xiàn)的，因此，不妨兩兩分析。

人與車：人對(duì)車的彈力，車對(duì)人的彈力。

車與橋面：車對(duì)橋面的彈力、橋面對(duì)車的彈力；橋面對(duì)車的摩擦力，車對(duì)橋面的摩擦力。

人與橋面：人對(duì)橋面的彈力，橋面對(duì)人的彈力；人對(duì)橋面的摩擦力，橋面對(duì)人的摩擦力。

如圖3，這樣一個(gè)“人在橋上推車”的簡單現(xiàn)象中，實(shí)際上竟有三類十二個(gè)力，這也難怪學(xué)生會(huì)搞錯(cuò)了。

第一階段可精心設(shè)計(jì)一些習(xí)題，習(xí)題的設(shè)問都是“要求找出所有可能的力”，并且要把這些情景保留到第二階段時(shí)使用。

第二階段：在上述訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，運(yùn)用收斂思維，選定一個(gè)研究對(duì)象，只找研究對(duì)象受到的力?？梢允褂煤偷谝浑A段相同的習(xí)題情景，設(shè)問改為“試確定一個(gè)研究對(duì)象，并找出研究對(duì)象受到的所有的力”。

如可接上例分析“人”受到的所有彈力和摩擦力，把第一階段中“人”施加的力都“剪枝”掉，再注意到物體在地球上，還要受到地球施加的重力，就完成了對(duì)“人”的受力分析。

第三階段：為了杜絕出現(xiàn)“把施力當(dāng)受力”的錯(cuò)誤，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮反向思維，從施力分析來看受力分析。

學(xué)生經(jīng)過這三個(gè)階段的思維體驗(yàn)，對(duì)如何進(jìn)行受力分析終于真正理解和掌握了，極少再犯錯(cuò)誤了。

3.習(xí)題教學(xué)中注意一題多解，以利融會(huì)貫通

在習(xí)題設(shè)計(jì)中要注重一題多變和一題多解。有人或許認(rèn)為只要教會(huì)學(xué)生一種解法就行了，搞一題多解是沒有必要的“折騰”，而實(shí)際上，正是這種“折騰”有助于初學(xué)者盡快融會(huì)貫通、鞏固記憶所學(xué)知識(shí)，克服前概念的干擾。

如習(xí)題教學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)有關(guān)斜面的問題，弄得有些學(xué)生一看見斜面就頭痛。教學(xué)中應(yīng)發(fā)揮發(fā)散性思維，把有關(guān)斜面的一系列習(xí)題都搜集整理在一起，設(shè)計(jì)一組有關(guān)斜面的一題多變的問題。

如圖，共同條件：傾角為θ的斜面上有一質(zhì)量為m的物塊。（1）如果物塊靜止在斜面上，求物塊所受到的各個(gè)力。（2）如果斜面光滑，求物塊在斜面上下滑的加速度。（3）如果物塊剛好在斜面上勻速下滑，求兩者間的動(dòng)摩擦因數(shù)。（4）如果斜面的傾角為θ時(shí)，物塊剛好在斜面上勻速下滑；現(xiàn)將斜面傾角增大到φ，物體在斜面上勻加速下滑，計(jì)算物體下滑的加速度。（5）如果斜面光滑，當(dāng)斜面以多大加速度水平向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，物塊與斜面保持相對(duì)靜止。（6）如圖5，如果斜面與物塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，現(xiàn)施加一大小為F，方向沿斜面向上的力，推著物塊勻加速上滑，求物塊的加速度。（7）如圖5，如果斜面與物塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，現(xiàn)施加一大小為F，方向沿斜面向上的力，討論物塊的運(yùn)動(dòng)。（8）如圖6如果斜面與物塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，現(xiàn)施加一大小為F，方向水平向右的力，拉著物塊勻加速上滑，求物塊的加速度。

提示：F·cosθ-mg·sinθ-μ（mg·cosθ+F·sinθ）=m·a

總之，初高中物理教學(xué)銜接中的臺(tái)階主要是觀念思維和認(rèn)知心理方面的，要充分認(rèn)識(shí)到高中物理所具有的哲學(xué)般的思想性、深刻性和數(shù)理緊密結(jié)合的綜合性。教學(xué)中應(yīng)當(dāng)貫徹重在理解的原則，時(shí)刻注意對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思想的啟蒙和科學(xué)思維方法的滲透，克服相異構(gòu)想或前概念的干擾，培養(yǎng)分析推理的思維習(xí)慣，打造一個(gè)“物理學(xué)的大腦”。

〔責(zé)任編輯：林勁〕