高一學(xué)生速度概念轉(zhuǎn)變的研究

裴彬

摘 要：由于初中教材把速度定義為路程與時(shí)間的比值，在學(xué)生頭腦中形成了非常深刻的印象，從而直接影響著高中平均速度和瞬時(shí)速度概念的學(xué)習(xí)。根據(jù)奧蘇貝爾的有意義學(xué)習(xí)理論，在高一速度教學(xué)中采用先行組織者的策略，把上位學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橄挛粚W(xué)習(xí)，避開認(rèn)知沖突，降低了學(xué)習(xí)難度，使初高中教學(xué)成功地有機(jī)銜接。通過前后測(cè)對(duì)比，觀察到較好實(shí)驗(yàn)的效果，有效地實(shí)現(xiàn)了概念轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：速度；概念轉(zhuǎn)變；有意義學(xué)習(xí)

根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生從初中進(jìn)入高一學(xué)習(xí)速度相關(guān)概念時(shí)，因高中用位移與時(shí)間的比值定義平均速度，不同于初中用路程與時(shí)間之比來定義，由于位移的大小不一定等于路程，因此導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生諸多困惑。學(xué)生要么生硬地記住高中概念并努力忘記初中概念，要么認(rèn)為初中的概念是錯(cuò)誤的，甚至有教師也這么告訴學(xué)生。學(xué)生需要反反復(fù)復(fù)很長(zhǎng)時(shí)間才能理清這些概念。

究其原因，是因?yàn)槌踔械膶W(xué)習(xí)在學(xué)生的頭腦中形成了穩(wěn)固的前概念，成為影響高中概念學(xué)習(xí)的阻礙，要讓學(xué)生掌握好高中的概念，意味著要實(shí)現(xiàn)“概念轉(zhuǎn)變”。所謂概念轉(zhuǎn)變（conceptual change）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經(jīng)驗(yàn)的影響而發(fā)生的重大改變。

為了了解學(xué)生的關(guān)于速度的前概念，筆者設(shè)計(jì)了兩個(gè)前測(cè)題，在學(xué)習(xí)高中速度概念之前，對(duì)我校高一年級(jí)5個(gè)平行班級(jí)進(jìn)行了測(cè)試：

前測(cè)1.某班同學(xué)去參加野外游戲。該班同學(xué)分成甲、乙、丙三個(gè)小組，同時(shí)從營(yíng)地A出發(fā)，沿各自的路線搜尋目標(biāo)，要求同時(shí)到達(dá)營(yíng)地B，如圖所示為其運(yùn)動(dòng)軌跡，則下列說法正確的是（ ）

A.甲、乙、丙三組的平均速度大小相同

B.甲組的平均速度最大

C.乙組的平均速度最大

D.丙組的平均速度最大

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，選B的人數(shù)占68.21%，說明這些學(xué)生頭腦中的速度概念是初中學(xué)習(xí)的路程與時(shí)間之比。其中選A的人數(shù)占23.49%，通過訪談了解到這部分學(xué)生已經(jīng)對(duì)教材進(jìn)行了預(yù)習(xí)。八年級(jí)《物理》上冊(cè)第一章第三節(jié)運(yùn)動(dòng)的快慢中速度的定義為：把路程與時(shí)間之比叫做速度，公式為v=。學(xué)生在反復(fù)應(yīng)用中便形成了牢固的觀念：速度一定等于路程除以時(shí)間，如果是變速運(yùn)動(dòng)，則是指平均速度。在高中物理必修一第一章第四節(jié)中對(duì)于平均速度的定義是：物體的位移s與發(fā)生這段位移的時(shí)間t的比值。在學(xué)生看來，在曲線運(yùn)動(dòng)中位移的大小不等于路程，高中卻用直線距離除以時(shí)間，似乎完全否定了初中的定義，初學(xué)時(shí)難以接受。

為了了解學(xué)生關(guān)于瞬時(shí)速度的前概念，選擇了下面問題：

前測(cè)2.一位女士由于駕車超速而被警察攔住，警察對(duì)她說：“太太，您剛才的車速是60英里每小時(shí)！”這位女士反駁說：“不可能的！我才開了7分鐘，還不到一個(gè)小時(shí)，怎么可能走了60英里呢？”“太太，我的意思是：如果您繼續(xù)像剛才那樣開車，在下一個(gè)小時(shí)里，您將駛過60英里?！薄斑@也是不可能的，我只要再行駛10英里就到家了，根本不用開60英里的路程。”下面是四位同學(xué)對(duì)警察與女士對(duì)話內(nèi)容的看法，判斷下列說法的對(duì)錯(cuò)。

A.警察判斷女士超速是指某個(gè)時(shí)刻的速度達(dá)到了60英里每小時(shí) [ ]

B.警察判斷女士超速是指女士某段時(shí)間內(nèi)一直按60英里每小時(shí)的速度開車 [ ]

C.女士可能把“60英里每小時(shí)”誤解為“必須實(shí)際行駛60英里，同時(shí)，時(shí)間恰好用了1小時(shí)” [ ]

D.女士可能把“60英里每小時(shí)”曲解為割裂開的“60英里路程”和“1小時(shí)時(shí)間”[ ]

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，有61.05%學(xué)生認(rèn)為B正確，由此可以推斷，在學(xué)習(xí)高中速度概念之前，這部分學(xué)生頭腦中還沒有瞬時(shí)速度的概念，不能區(qū)分瞬時(shí)速度與平均速度。當(dāng)然，初中階段教材考慮到學(xué)生認(rèn)知水平有限，沒有講授瞬時(shí)速度概念。

由于學(xué)生頭腦中“速度等于路程與時(shí)間之比”這個(gè)觀念很深刻，在以往教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生用這個(gè)定義來理解瞬時(shí)速度，他們認(rèn)為某個(gè)時(shí)刻或某個(gè)位置，既沒有時(shí)間又沒有路程，哪來的速度。

筆者認(rèn)為，速度相關(guān)概念的學(xué)習(xí)無論采取何種方式，學(xué)生最終必須在頭腦中建立起相應(yīng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)來，與其在沖突中建立概念形成知識(shí)結(jié)構(gòu)，還不如先呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)，在避開沖突基礎(chǔ)上建立概念。其理論依據(jù)是奧蘇貝爾的有意義學(xué)習(xí)理論。

有意義學(xué)習(xí)的機(jī)制是同化。同化是指把新觀念納入已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中去，使已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（重組、修改、擴(kuò)充、深化等），形成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過程。奧蘇貝爾認(rèn)為，同化的實(shí)質(zhì)是新知識(shí)通過與已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的起固定作用的知識(shí)與觀念，建立起實(shí)質(zhì)性的非人為性的聯(lián)系，進(jìn)而被同化到已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中來，其結(jié)果是使新知識(shí)被學(xué)生理解，獲得心理意義。有意義學(xué)習(xí)的同化模式有三種：下位學(xué)習(xí)、上位學(xué)習(xí)以及并列結(jié)合學(xué)習(xí)。

奧蘇貝爾的接受—同化學(xué)習(xí)理論在教學(xué)上的理論與主張主要體現(xiàn)在兩個(gè)教學(xué)基本原則以及先行組織者的教學(xué)策略上。其中逐漸分化原則是指學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)包攝性最廣、概括水平最高、最一般的概念，然后逐漸學(xué)習(xí)概括水平較低、較具體的知識(shí)，對(duì)它加以分化。

而先行組織者的策略是指在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中，教師在講授新知識(shí)之前，先給學(xué)生提供一些包攝性較廣的、概括水平較高的引導(dǎo)性材料（先行組織者），用學(xué)習(xí)者能理解的語言和方式來表述，以便給學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)新知識(shí)時(shí)提供一個(gè)較好的固定點(diǎn)，將它與原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來。

依據(jù)上述理論，如果把初中所學(xué)平均速度叫做平均速率（沒有方向），則高中所學(xué)平均速度與之就是并列關(guān)系，這兩個(gè)概念都是描述平均快慢的，而瞬時(shí)速度和瞬時(shí)速率都是描述瞬時(shí)快慢的，這二者也是并列關(guān)系。后二者與前二者則是并列關(guān)系，從屬于描述運(yùn)動(dòng)的快慢。

基于以上認(rèn)識(shí)，筆者決定采用先行組織者的策略，對(duì)高一速度教學(xué)進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所選5個(gè)班級(jí)是按中考成績(jī)均衡派位生成的，各班中考物理均分很整齊，具有可對(duì)比性，將筆者任教的班作為實(shí)驗(yàn)班，其他4個(gè)不同教師分別任教的班作為對(duì)照班。筆者在實(shí)驗(yàn)班教學(xué)中先呈現(xiàn)下述知識(shí)結(jié)構(gòu)。

首先告訴學(xué)生初中所學(xué)路程除以時(shí)間之比叫平均速率，主要用于描述曲線運(yùn)動(dòng)，再講述平均速度、瞬時(shí)速度的概念。并且在課堂小結(jié)與下一節(jié)課的課前復(fù)習(xí)中多次重復(fù)這一結(jié)構(gòu)圖，目的就是為了讓學(xué)生對(duì)初中與高中對(duì)平均速度的定義上不產(chǎn)生沖突，讓新舊知識(shí)找到恰當(dāng)?shù)墓讨c(diǎn)。除了這張知識(shí)結(jié)構(gòu)圖外，所有班級(jí)授課內(nèi)容相同，按教材順序先講解平均速度，再講解瞬時(shí)速度，最后進(jìn)行知識(shí)歸納，并把初中概念與高中概念進(jìn)行對(duì)比，布置相同作業(yè)，以保證實(shí)驗(yàn)的有效性。在單元測(cè)驗(yàn)中，筆者設(shè)計(jì)了兩道后測(cè)題，來檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)效果。

后測(cè)1.如圖，甲、乙、丙三人在圓形操場(chǎng)上散步，他們同時(shí)由A點(diǎn)出發(fā)，甲沿圓弧D，乙沿圓弧C，丙一直沿直線。一段時(shí)間后，甲乙兩人第一次相遇于B點(diǎn)，此時(shí)丙也正好到達(dá)B點(diǎn)，以下說法正確的是（ ）

A.甲乙丙三人的平均速率相同

B.甲乙的平均速度大小大于丙的平均速率

C.甲的平均速度大于乙的平均速度，乙的平均速度大于丙的平均速度

D.甲的平均速率大于乙的平均速率，乙的平均速率大于丙的平均速率

后測(cè)2.下列說法中正確的是（ ）

A.瞬時(shí)速度描述的是物體在一段極短時(shí)間內(nèi)的快慢

B.瞬時(shí)速度描述的是物體在一段極短位移內(nèi)的快慢

C.物體在某一時(shí)刻，因?yàn)闀r(shí)間為零，研究物體的速度沒有實(shí)際意義

D.如果時(shí)間趨近于零，平均速度就等于瞬時(shí)速度

為方便對(duì)照和數(shù)據(jù)分析，對(duì)前測(cè)與后測(cè)設(shè)置每題5分，總分10分，用SPSS軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班概念測(cè)試成績(jī)顯著性差異檢驗(yàn)，如下表。

從表中可知，實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班概念前測(cè)成績(jī)差異性不顯著，概念后測(cè)成績(jī)差異性非常顯著，說明實(shí)驗(yàn)有效促進(jìn)了學(xué)生的概念轉(zhuǎn)變。

雖然課堂教學(xué)只是一個(gè)小小的變化，先呈現(xiàn)知識(shí)結(jié)構(gòu)，再按知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行教學(xué)，但是取得了顯著的效果。分析原因，其一，通過知識(shí)結(jié)構(gòu)的呈現(xiàn)，將初中平均速度的概念找到了歸宿，既避免了先講授高中平均速度概念馬上帶來的沖突，又給高中平均速度的概念提供了一個(gè)較好的固定點(diǎn)。其二，從知識(shí)上、下位關(guān)系來看，如果先學(xué)習(xí)高中平均速度、瞬時(shí)速度等概念，再歸納出知識(shí)結(jié)構(gòu)，屬于上位學(xué)習(xí)。而先呈現(xiàn)知識(shí)結(jié)構(gòu)再學(xué)習(xí)高中概念屬于下位學(xué)習(xí)。把上位學(xué)習(xí)變成下位學(xué)習(xí)，降低了難度。

參考文獻(xiàn)：

張建偉.概念轉(zhuǎn)變模型及其發(fā)展.心理學(xué)動(dòng)態(tài)，1998（03）：33-37.

注：本文系廣州市荔灣區(qū)教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題《高中物理概念轉(zhuǎn)變的實(shí)踐研究》，課題批準(zhǔn)號(hào)：YB2012-7。

編輯 馬燕萍