“三步法”深度分析有效糾正“前概念”

張惠娟

物理教學中一些的定量計算，物理教師很多都通過計算告訴學生正確答案是什么？錯在何處？但是對定性分析的問題，尤其是教師認為簡單的定性的物理問題，教師在課堂上往往只告訴學生正確答案是什么，只講是什么，不講為什么，只講那個是對的，不分析為何錯，錯在哪里.忽略分析學生認知錯誤錯在何處，會讓學生知其然不知其所以然，對問題本質(zhì)理解不透徹，遇到類似問題不能融匯貫通.尤其是學生有錯誤前概念時，只有深入分析學生的錯誤，才能徹底解決學生心中的疑惑，才能讓學生糾正錯誤前概念，從而正確構(gòu)建物理知識.

三步法深入分為如下三步：第一步：先創(chuàng)設情景，用問題引導學生思考，產(chǎn)生認知沖突，讓學生自己發(fā)現(xiàn)自己的錯誤；第二步：用物理知識分析學生的疑問；第三步：建立正確的認識.下面結(jié)合兩個具體的案例進行分析.

案例1 慣性概念的理解

到了高中學生知道：質(zhì)量是慣性大小的量度，質(zhì)量越大慣性越大，慣性與其它因素無關(guān).學生能對“同一汽車在同一路面上行駛初速度越大停下來的時間越長，滑行的距離越遠，所以初速度越大慣性越大”做出正確判斷.但是當遇到“跑跳運動員助跑是為了增大自己的慣性，以便自己跳的更遠”和“坐在小汽車前排的乘客系上安全帶是為了增加慣性，減少汽車發(fā)生碰撞時對乘客的傷害”時，學生錯誤率非常高.

學生之所以出錯有三個重要的原因：一是，前面所敘述的情景與學生的生活經(jīng)驗很吻合，看到這樣的選項時學生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗作出判斷，而沒有用物理知識來分析實際問題；二是，教師雖然給學生多次強調(diào)“質(zhì)量是慣性大小的量度，質(zhì)量越大慣性越大，慣性與其它因素無關(guān)”，也給學生糾正過類似錯誤，但是由于沒有深入分析學生的錯誤，導致學生不明白自己錯在哪里，甚至知道正確選項，但是不明白錯誤選項錯在哪里；三是，學生理解“質(zhì)量越大慣性越大”，但是對“慣性越大，物體運動狀態(tài)改變越困難”理解不深刻.

要糾正學生錯誤認識僅僅是強調(diào)“慣性只與質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大慣性越大”，所以助跑和系上安全帶都不能改變?nèi)说馁|(zhì)量，也不能改變?nèi)说膽T性，學生還是不能很好地理解為何錯誤.尤其是助跑可以讓運動員跳的更遠，系上安全帶可以保護乘客這是不爭的事實.在這里教師需要引導學生深入分析學生錯在哪里，分析為何助跑可以跳的更遠，跳的遠與慣性有無關(guān)系，系上安全帶為何能保護乘客，保護乘客與慣性之間存在什么關(guān)系.

第一步，問題引導反思.（1）慣性與什么因素有關(guān)？（2）運動員助跑如果是為了增大自己的慣性，那么運動員質(zhì)量是否發(fā)生變化？（3）實際生活中助跑時運動員的質(zhì)量會增加嗎？通過這幾個問題學生可以發(fā)現(xiàn)自己的觀點存在矛盾，是錯誤的.助跑不會改變運動員的質(zhì)量，因而不可能改變運動員慣性的大小.同理，系上安全帶也不能改變乘客的質(zhì)量，故不能改變乘客的慣性.

第二步，應用物理知識分析學生的疑問.運動員助跑為何可以跳的更遠？為了計算簡單，可把運動員起跳后在空中的運動看成是斜拋運動的模型.設起跳速度v0與水平方向的夾角為θ，水平射程為x=v20sin2θg助跑可以讓運動員獲得更大的初速度v0，在θ一定的情況下，v0越大水平射程越大，跳的越遠.由x=v20sin2θg可知運動員跳的遠近跟物體的質(zhì)量無關(guān)，故而與慣性大小無關(guān).而乘客系上安全帶后，在發(fā)生碰撞的瞬間收緊安全帶松弛部分，減少乘客向前的位移，減少乘客碰撞的速度，增大作用時間.由動量定理可知，-Ft=0-mv0由于安全帶的作用減少人乘客二次碰撞的速度v0，增大碰撞接觸的時間t，所以碰撞的作用力F減小，從而起到了保護乘客的作用.

第三步，深入理解慣性.學生對“慣性越大的物體要改變其運動狀態(tài)改變越困難”理解不是很到位，有必要深入分析.運動狀態(tài)的改變，其實就是運動物體速度改變.在時間相同，速度的改變量一樣時，由加速度定義式知質(zhì)量不同的兩個物體加速度一樣，由牛頓第二定律F=ma可知：要產(chǎn)生相同的加速度，質(zhì)量越大的物體需要更大的力.

案例2 牛頓第三定律的應用

牛頓第三定律闡明：“作用力與反作用力總是大小相等、方向相反、作用在一條直線上”.我們想當然的認為這一定律的應用比較簡單，學生不應該存在問題.其實有經(jīng)驗的教師都知道，牛頓第三定律的應用，學生的表現(xiàn)往往低于我們的預期，甚至與我們的預期有不小的差距.例如學生當遇到如下問題時還是有不少疑惑.

例題 以下說法正確的是

A.馬拉車在水平面上運動，若加速前進時，馬向前拉車的力大于車向后拉馬的力

B.馬拉車在水平面上運動，只有勻速前進時馬向前拉車和車向后拉馬的力大小才相等

C.馬拉車在水平面上運動，馬拉車無論加速還是勻速前進，馬向前拉車的力都等于車向后拉馬的力

D.人走在沼澤地上容易下陷，下陷過程看成先加速后勻速，則人對沼澤地的壓力先大于后等于沼澤地對人的支持力

有不少同學認為：車加速前進時馬拉車的力大于車拉馬的力，只有勻速前進時這兩個力才會力相等；人走在沼澤地上加速下陷時人對沼澤地的壓力大于沼澤地對人的支持力，勻速下陷時二者相等.造成這樣的錯誤有三個重要原因：一是，學生沒有理解作用力與反作用力的關(guān)系，沒有分辨清楚一對平衡力與一對作用力與反作用力；二是，學生受力分析存在問題，受力分析思路混亂，把一對作用力與反作用都看成是車或者人受到的，殊不知畫受力分析圖時只要分析物體作為受力物體的力；三是，學生受到日常生活經(jīng)驗的困擾，想當然認為車加速向前所以馬向前拉車的力大于車向后拉馬的力，人加速下陷所以向下的壓力大于人受到的向上的支持力.

對學生錯誤的糾正按照三步驟進行：

第一步，設置問題，引導學生反思，產(chǎn)生認知沖突.以馬拉車為例，可以設置如下幾個問題：（1）馬拉車的力施力物體是誰？受力物體是誰？（2）車拉馬的力施力物體和受力物體分別是誰？（3）馬拉車的力與車拉馬的力作用在幾個物體上？（4）馬拉車的力與車拉馬的力是什么關(guān)系？滿足什么規(guī)律？（5）馬拉車加速前進時，馬拉車的力與車拉馬的力什么關(guān)系？（5）車受到幾個力的作用？分別是？通過對這幾個問題的思考學生能夠發(fā)現(xiàn)自己的錯誤，逐漸明白：無論車做什么運動二者受到力總是相等.

第二步，分析學生的疑問.有同學想不明白車拉馬的力與馬拉車的力相等為何車能加速前進.在這里選車為研究對象進行受力分析，水平方向車受到的力有馬對車的拉力和地面給車摩擦力.若車勻速前進時，馬拉車的力與摩擦力是一對平衡力，二者大小相等；若車加速前進時，馬拉車的力大于摩擦力.

第三步，加深對牛頓第三定律的理解.同上述第一、第二步對學生的疑問進行深入分析解釋之后，為了加深學生對牛頓第三定律的理解有必要以上述例子為例對研究對象涉及的一對作用力與反作用力和一對平衡力進行比較鑒別，深化學生對牛頓第三定律的理解，也培養(yǎng)學生“選取研究對象、受力分析、判斷運動狀態(tài)”的良好習慣.

總之，在物理教學中對一些定性的物理問題，教師也要深入分析學生的錯因，才能幫助學生正確構(gòu)建物理知識，否則學生知其然不知其所以然，對物理知識理解不透徹，不會靈活應用，容易忘記.有了有效糾正學生的錯誤前概念，先引導思考產(chǎn)生認知沖突，接著分析疑問，最后建立正確的認識的三步法來糾正學生錯誤，加深學生影響.