基于前概念基礎(chǔ)的高中物理實驗教學(xué)設(shè)計與實踐

王彥鵬

【摘要】 新課改背景下，高中物理實驗教學(xué)在物理課堂的比重增加，對學(xué)生實踐能力和思維能力的培養(yǎng)也逐步增強。新課改施行以來，實驗教學(xué)取得了一定的教學(xué)成效，已逐漸成為物理教育工作者實踐教學(xué)中不可或缺的重點部分。在深入開展實驗教學(xué)的過程中也產(chǎn)生了一些問題，其中包含前概念對學(xué)生物理思維的影響。實踐證明，學(xué)生會依照自己已有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗和基礎(chǔ)來判斷物理實驗的過程和結(jié)果，從好的方面看，會提高實驗教學(xué)的效率，完成新舊知識的銜接工作。從不好的方面看，前概念會固化學(xué)生思維，對于新知識的接受度降低，影響學(xué)習(xí)活動的順利開展。本文結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗，論述了前概念在物理學(xué)科中的定義和影響，并就前概念基礎(chǔ)下的高中物理實驗教學(xué)優(yōu)化設(shè)計等課題展開了深入探討。

【關(guān)鍵詞】 前概念 知識銜接 物理實驗

【中圖分類號】 G633.7 【文獻標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2018）01-184-02

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1. 前概念在物理學(xué)科中的概念和影響

前概念（preconception）在英語語境中意為主觀的觀念和想法。指的是在進行系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)之前，學(xué)生對于生活現(xiàn)象等積累的經(jīng)驗和看法，是學(xué)生對社會和自身的基礎(chǔ)性概念認知和想法。前概念并非指具體的行為或思維，而是指學(xué)生在學(xué)習(xí)之前的狀態(tài)。在物理學(xué)科中，前概念表示學(xué)生習(xí)以為常的、能夠自然而然得出結(jié)論的物理現(xiàn)象或生活現(xiàn)象。在物理現(xiàn)象與生活現(xiàn)象共通的情況下，學(xué)生能夠借助生活現(xiàn)象來理解物理現(xiàn)象。例如，在學(xué)習(xí)“電流”的基礎(chǔ)知識時，為了讓學(xué)生理解抽象的電力流通過程，教師通常會將之比作“水管中的流水”，以體現(xiàn)電流的持續(xù)性和連貫性。在學(xué)生理解電流相關(guān)的實踐問題時，會在頭腦中形成“水流”這一前概念。通過生活現(xiàn)象的類比，學(xué)生就能在短時間內(nèi)理解電流的概念，促進學(xué)生對物理知識的吸收與認可，可見在正遷移的條件下，前概念對于學(xué)生學(xué)習(xí)具有促進作用。另一方面，前概念對于學(xué)生學(xué)習(xí)也有負面影響。高中物理學(xué)科的學(xué)習(xí)，就是讓學(xué)生完成從前概念到學(xué)科概念之間的轉(zhuǎn)變，讓學(xué)生理解生活中的具體現(xiàn)象，并對其形成原因有系統(tǒng)的認識，同時，糾正學(xué)生的錯誤觀念，幫助學(xué)生成為具有科學(xué)思維的人才。前概念是學(xué)生潛移默化的思想，學(xué)生將之默認為“約定俗成”的正確內(nèi)容，這會給物理科學(xué)的學(xué)習(xí)帶來阻礙。

2. 前概念給高中物理學(xué)科帶來的變化特征

心理學(xué)認為，人們在面對未知事物時，傾向于用自己已知的觀點來建構(gòu)、類比新事物，以期在短時間內(nèi)理解未知事物的概念。物理學(xué)科的“已知觀點”就是前概念。前概念分為正確和錯誤兩種，是學(xué)生在物理學(xué)科學(xué)習(xí)過程中的雙刃劍。例如，在學(xué)習(xí)牛頓第三定律時，教師可以利用“雞蛋碰石頭”的前概念展開教學(xué)，雞蛋破碎的原因是雞蛋對石頭的作用力小于石頭對雞蛋的作用力。這一概念是正確的，有助于教師提升課堂效率，讓學(xué)生盡快理解定理知識，促進學(xué)生知識的整合與發(fā)散。前概念也會造成學(xué)生的錯誤觀念，對學(xué)生今后的學(xué)習(xí)和生活帶來長久的、不利的影響，讓學(xué)生“想當(dāng)然”，失去探究精神和求真欲。高中生對于生活中的物理現(xiàn)象有基本認識，也具有一定的物理理論基礎(chǔ)，部分物理前概念持續(xù)時間長，且反復(fù)出現(xiàn)的頻率高。很容易影響學(xué)生對于新鮮知識點的判斷。例如，在做圓周運動實驗時，學(xué)生受舊有只是系統(tǒng)的影響，會認為物體受到的是指向圓心的向心力，對慣性的認識不深。還有學(xué)生在做超重和失重實驗時，很多學(xué)生認為超重就是物體所受的重力增大，失重就是物體所受的重力減小等等。高中物理實驗教學(xué)中絕大部分實驗與學(xué)生的生活現(xiàn)象有關(guān)，但高中生學(xué)業(yè)壓力重，沒有足夠的精力去深挖生活中的物理現(xiàn)象，如果學(xué)生在日常生活中缺乏觀察和積累，就不利于實驗的順利開展。由此可見，正確的、科學(xué)的前概念能夠幫助學(xué)生展開實驗學(xué)習(xí)。

3. 當(dāng)前高中物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀與問題

傳統(tǒng)教學(xué)中實驗教學(xué)比重小，教師將實驗教學(xué)作為高中物理學(xué)科的輔助教學(xué)。實質(zhì)上，物理學(xué)是由實驗和理論兩方面組成的，二者相輔相成，互為表里。新課改背景下，實驗教學(xué)受到了更多教育工作者的關(guān)注，但受應(yīng)試教育的殘余影響，當(dāng)前高中物理實驗教學(xué)仍然存在很多問題，現(xiàn)狀不容樂觀。首先，學(xué)校實驗教學(xué)的資源配置不足，實驗室及實驗儀器資源等方面投入較少，沒有及時增添新的實驗儀器與設(shè)備。教師即使想開展更豐富的實驗活動，也缺乏實驗資源，導(dǎo)致實驗教學(xué)的內(nèi)容單一、結(jié)構(gòu)僵化，難以引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時，學(xué)校對于器材和設(shè)備的后續(xù)管理不足。部分學(xué)校秉持傳統(tǒng)的實驗教學(xué)觀念，實驗儀器日常維修和保養(yǎng)工作不到位，導(dǎo)致實驗儀器老化快、能效低，不能發(fā)揮長久的教學(xué)效能。在高中物理教材中有33個實驗，包括23個分組實驗和10個探究性實驗。對教師的要求較高。而很多教師在實驗教學(xué)方面未經(jīng)過專門的訓(xùn)練，在開展實驗教學(xué)時心有余而力不足，直接導(dǎo)致教學(xué)效率低，學(xué)生不能認識到實驗教學(xué)的重要性，也感受不到實驗活動的快樂。部分教師甚至用口頭授課代替實驗教學(xué)，學(xué)生只能理解抽象的內(nèi)容，無法通過實質(zhì)性的實驗操作來加深自己的印象，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效率低下，更難提升物理學(xué)科素養(yǎng)。

4. 基于前概念基礎(chǔ)的高中物理實驗教學(xué)優(yōu)化設(shè)計

4.1結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，調(diào)整學(xué)生的理論框架

高中生已經(jīng)掌握了一定的物理知識，對于實驗教學(xué)的基本器材和注意事項等都有了一定的了解，通常也具備一定的實驗操作能力，在實驗中能夠盡快找到實驗技巧。據(jù)此基礎(chǔ)，教師應(yīng)當(dāng)調(diào)整教學(xué)方案，通過前概念基礎(chǔ)下的高中物理實驗教學(xué)，構(gòu)建學(xué)生的理論框架，讓學(xué)生將新知識與舊知識融合在一起，形成對物理學(xué)全面、深入的認識。教師可以詢問學(xué)生基本學(xué)習(xí)情況，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)實際，在此基礎(chǔ)上挖掘?qū)W生對于物理學(xué)科的感性認識。在開展實驗教學(xué)時，可以從學(xué)生耳熟能詳?shù)膶嶒瀮x器入手，讓學(xué)生自主回憶實驗方法，加深學(xué)生對初中物理的印象，同時，挖掘其中對高中物理學(xué)習(xí)有促進作用的前概念，幫助學(xué)生完成前概念的正遷移。例如，在開展“電阻實驗”時，可以先帶領(lǐng)學(xué)生走近實驗室，讓學(xué)生回憶初中所學(xué)的實驗知識，并讓學(xué)生回答如電流表、電壓表、電阻、滑動變阻器、常用電源、導(dǎo)線、開關(guān)等常見實驗工具的作用和使用方法。在適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生加深對重難點事項的印象后，讓學(xué)生自主展開實驗，關(guān)注學(xué)生的實驗過程，促進學(xué)生自主能力的提升。也可以就前概念內(nèi)容展開對所學(xué)知識的總結(jié)和分析，讓學(xué)生找出自己學(xué)習(xí)的優(yōu)勢和誤區(qū)，幫助學(xué)生將孤立的前概念內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)橹R體系中的玉環(huán)，讓學(xué)生理清學(xué)習(xí)框架，做到查漏補缺。endprint

4.2創(chuàng)設(shè)生活化的實驗情境，指導(dǎo)學(xué)生思考實驗現(xiàn)象及本質(zhì)

高中生對于新知識的理解能力較高，但受繁重的課業(yè)影響，對于枯燥、單一的物理教學(xué)缺乏積極性，很難培養(yǎng)他們的實驗熱情。為改善這一現(xiàn)狀，需要教師“因地制宜”，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)與他們生活相結(jié)合的實驗情境，從學(xué)生生活中常見的物理出發(fā)，引發(fā)學(xué)生的好奇心，結(jié)合學(xué)生的前概念知識，幫助學(xué)生由表及里發(fā)現(xiàn)和探究物理現(xiàn)象。例如，在進行“失重”相關(guān)的課外實驗時，教師可以結(jié)合學(xué)生日常生活中常見的飲料瓶等為學(xué)生展示失重現(xiàn)象。在學(xué)生的生活經(jīng)驗中能夠知道，靜止的飲料瓶在底部有孔的情況下會不斷滲水。教師首先為學(xué)生演示這一現(xiàn)象，然后讓飲料瓶自由下落，學(xué)生可以觀察到飲料瓶里的水在下落過程中不再滲出。教師再讓學(xué)生分析宇航員在太空的狀態(tài)，讓學(xué)生自主得出結(jié)論：當(dāng)物體處于完全失重狀態(tài)時，凡是和重力有關(guān)的現(xiàn)象將消失。通過實驗?zāi)軌蛑厮軐W(xué)生對生活現(xiàn)象的新認知，幫助學(xué)生理解物理現(xiàn)象的本質(zhì)。教師還可以通過分段式的引導(dǎo)，幫助學(xué)生理解實驗現(xiàn)象，拓寬前概念的維度，以獲取新的知識。例如，教師可以先讓學(xué)生回答問題：籃球打氣的方式是什么？學(xué)生會回答：籃球打氣需要特定的打氣筒，通過氣針輸入空氣。教師再讓學(xué)生思考打氣筒在打完氣后發(fā)熱的原因，并讓學(xué)生自己動手操作。受前概念影響，學(xué)生可能會認為打氣筒是通過摩擦發(fā)熱。此時教師應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生展開對照實驗，讓學(xué)生在空氣中打氣，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)打氣筒并沒有發(fā)熱。教師再告訴學(xué)生，打氣筒是通過壓縮空氣來工作的，而壓縮空氣能夠產(chǎn)生熱量。此時教師再自行操作壓縮空氣點火的實驗，學(xué)生就能對此產(chǎn)生明確的認識，進而理解該物理現(xiàn)象的本質(zhì)。

4.3培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生深入挖掘?qū)嶒炘?/p>

前概念產(chǎn)生的原因與人的認識發(fā)展過程有密切的聯(lián)系，人的認識發(fā)展總是由表及里、由淺入深的。當(dāng)人們的認識還停留在表面、淺層時，對自然界的認識總是片面的。人們的許多前概念得以改變就是因為物理學(xué)的實驗以及對實驗的深入分析促使人們對物理現(xiàn)象的本質(zhì)有了深刻認識后才改變的。物理學(xué)科中不乏抽象、復(fù)雜的理論知識，對學(xué)生缺乏影響力，學(xué)生對學(xué)科通常持有片面的看法。為了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生深入挖掘?qū)嶒炘?，就要結(jié)合學(xué)生的物理前概念，增強實驗趣味性，讓學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動學(xué)習(xí)。教師需要注意的是，難度過高的實驗很容易讓學(xué)生產(chǎn)生消極情緒，對困難望而卻步。過于容易的實驗又容易讓學(xué)生認為教師不尊重自己，或是產(chǎn)生自滿情緒，二者都不利于實驗教學(xué)的順利開展。教師應(yīng)當(dāng)由簡入繁，讓學(xué)生先理解生活相關(guān)的實驗情境，再動手驗證實驗。例如，教師在講述摩擦力相關(guān)的知識時，可以先為學(xué)生創(chuàng)設(shè)以下實驗，讓學(xué)生動手實踐：取兩個相同的飲料瓶，其中一個瓶蓋上涂上潤滑油，試讓學(xué)生分析哪一個瓶子更容易擰開，說明原因。實踐過后，學(xué)生會說涂了潤滑油的瓶子更容易被擰開。教室再導(dǎo)入摩擦力知識點的教學(xué)，讓學(xué)生明白簡單實驗背后的力學(xué)知識，再展開更專業(yè)的實驗，學(xué)生就會更樂于參與，主動探究更深層次的知識內(nèi)容。

4.4關(guān)注實驗細節(jié)，設(shè)計開放性實驗內(nèi)容

在具體的實驗操作中，學(xué)生很容易受前概念的影響，將生活中的錯誤經(jīng)驗導(dǎo)入實驗過程中，導(dǎo)致操作不規(guī)范甚至錯誤。教師應(yīng)當(dāng)向?qū)W生強調(diào)操作嚴謹?shù)闹匾?，讓學(xué)生不以方便為實驗標(biāo)準(zhǔn)，而要嚴格按照規(guī)定操作。只有這樣，才能取得正確的實驗效果。例如，在進行單擺測定重力加速度的實驗時，如果學(xué)生按照自己的前概念，將單擺從水平方向放落，導(dǎo)致擺角大于10度，單擺所做的運動就不是簡諧運動，后面所做的實驗就沒有意義了。為了避免學(xué)生隨意操作的現(xiàn)象發(fā)生，教師需要在實驗開始前向?qū)W生說明實驗細節(jié)，強調(diào)實驗原理，讓學(xué)生嚴格按照所需條件展開實踐。在規(guī)范實驗細節(jié)的同時，教師還應(yīng)當(dāng)明確學(xué)生在課堂中的主體地位，明確實驗教學(xué)的中心思想，為學(xué)生設(shè)計開放性的實驗內(nèi)容。在操作已知實驗的過程中，可以鼓勵學(xué)生多思考、多研究，敦促學(xué)生自己思考、設(shè)計實驗過程，并動手完成實驗。強化學(xué)生的自主思維。教師在以學(xué)生對實驗操作規(guī)則準(zhǔn)確明白，實驗操作安全的情況下，對學(xué)生的實驗操作不過多干涉，以求激發(fā)學(xué)生積極思考，自主學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生能夠更好的掌握所學(xué)的物理理論知識。例如，在進行“動量定理”的實驗時，教師可以為學(xué)生提供氣球、雞蛋和海綿，為學(xué)生提供“雞蛋裝在氣球中”的思路，讓學(xué)生自己設(shè)計實驗過程，并分析原因。學(xué)生經(jīng)過研究，會展開對比實驗，將裝有雞蛋的氣球提起到一定高度，使其自由下落，在下落地點設(shè)置或不設(shè)置海綿，會取得截然不同的實驗效果。學(xué)生會具有雞蛋掉落會破碎的前概念，當(dāng)雞蛋受海綿影響而完好無損的時候，學(xué)生就會產(chǎn)生強烈的好奇心和探究欲，在不知不覺中就走進了本節(jié)課所要講授的內(nèi)容中去。

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