基于建構(gòu)主義的物理概念轉(zhuǎn)變策略初探

(江蘇省南京市寧海中學(xué)，江蘇 南京 210024)

“新知識(shí)總是停泊在舊知識(shí)的錨樁上”，學(xué)生在接受正確的物理概念之前，頭腦里已經(jīng)積累了各種的生活經(jīng)驗(yàn)、常識(shí)和直覺知識(shí)，并在學(xué)生頭腦中形成了模糊的物理圖景，即前概念，在學(xué)習(xí)物理時(shí)，學(xué)生基于這種前概念來建構(gòu)自己對新概念的理解。前概念中有正確的，也有錯(cuò)誤的，正確的前概念對學(xué)生建構(gòu)物理概念有積極作用，而錯(cuò)誤的前概念會(huì)嚴(yán)重影響正確概念的建構(gòu)。

學(xué)生頭腦中的前概念與新認(rèn)知發(fā)生作用，能重新建構(gòu)學(xué)生的知識(shí)。如果建構(gòu)成功，則學(xué)生就將知識(shí)納入認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的適當(dāng)部位，這種過程叫做認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)的“同化”；如果前概念與新知識(shí)差別太大或發(fā)生矛盾，則學(xué)生必須先對前概念進(jìn)行修改或重建新的概念，依靠修改或重建后的概念去組織新知識(shí)，這個(gè)過程叫認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)的“順應(yīng)”。通過不斷的“同化”和“順應(yīng)”，形成新的物理概念，發(fā)展與完善學(xué)生的物理認(rèn)知。

教學(xué)中概念轉(zhuǎn)變的策略就是促使學(xué)生頭腦中錯(cuò)誤的前概念轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念的途徑或方法。促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)策略有兩種：一是建立在學(xué)生認(rèn)知沖突基礎(chǔ)上的教學(xué)策略；二是以學(xué)生前概念為基礎(chǔ)，利用比喻和類比等方式將其擴(kuò)展到新的領(lǐng)域。建構(gòu)主義理論指導(dǎo)下的探究式教學(xué)策略就是前一種策略，這種轉(zhuǎn)變策略的結(jié)構(gòu)如圖1所示，筆者以“落體運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)為例，探討物理概念轉(zhuǎn)變的策略。

圖1

1 引出學(xué)生的前概念

學(xué)生在學(xué)習(xí)落體運(yùn)動(dòng)之前，已對日常生活中物體下落快慢形成了自己粗淺的認(rèn)識(shí)，他們對落體運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)和對落體現(xiàn)象的解釋，并存著科學(xué)和不科學(xué)兩種成分。教師應(yīng)通過適當(dāng)方式，讓學(xué)生將自己的看法清楚地表達(dá)出來，然后再共同鑒別出其中科學(xué)的成分和不科學(xué)的成分。

教師創(chuàng)設(shè)情境：請學(xué)生列舉生活中物體下落的實(shí)例。進(jìn)而提出：重的物體下落得快還是輕的物體下落得快？引出學(xué)生對落體運(yùn)動(dòng)的前概念：重的物體下落得快。

2 激發(fā)認(rèn)知沖突

激發(fā)認(rèn)知沖突是概念轉(zhuǎn)變的核心，即教學(xué)中設(shè)法給學(xué)生一個(gè)“沖突”事實(shí)，以動(dòng)搖其錯(cuò)誤前概念的基礎(chǔ)。教師在教學(xué)中應(yīng)肯定學(xué)生對有關(guān)概念認(rèn)識(shí)中的科學(xué)成分，并以此作為基礎(chǔ)，針對其認(rèn)識(shí)中的不科學(xué)成分，通過學(xué)生親手做實(shí)驗(yàn)、教師演示實(shí)驗(yàn)或邏輯推理等方法激起學(xué)生的認(rèn)知沖突。此時(shí)學(xué)生會(huì)渴望明白“事實(shí)的真相”，以消除頭腦中的疑惑。

為轉(zhuǎn)變“重的物體下落得快”的“錯(cuò)誤前概念”，可通過差異性實(shí)驗(yàn)來激發(fā)沖突。

實(shí)驗(yàn)1：讓粉筆頭與紙片從同一高度由靜止開始同時(shí)下落。觀察到的現(xiàn)象：粉筆頭先著地。學(xué)生的結(jié)論：重的物體下落得快。

由于“重的物體下落得快”這一生活經(jīng)驗(yàn)存在于一些同學(xué)的頭腦中，因此安排本實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生觀察到“重的物體下落得快”的現(xiàn)象，學(xué)生認(rèn)同原有的錯(cuò)誤前概念，此時(shí)可以介紹亞里士多德關(guān)于物體下落快慢的觀點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)2：取半張紙與一張紙，半張的揉成一團(tuán)，讓兩者從同一高度由靜止同時(shí)下落。觀察到的現(xiàn)象：半張的先著地。學(xué)生的結(jié)論：輕的物體下落得快。

實(shí)驗(yàn)2的結(jié)論否定了實(shí)驗(yàn)1的結(jié)論，那么，究竟是重的物體下落得快，還是輕的物體下落得快呢？在學(xué)生頭腦中產(chǎn)生了認(rèn)知沖突。

實(shí)驗(yàn)3：取兩張相同的紙，一張揉成一團(tuán)，讓兩者從同一高度由靜止同時(shí)下落。觀察到的現(xiàn)象：揉成團(tuán)的先著地。學(xué)生的結(jié)論：輕重相同的物體下落快慢不一樣。

實(shí)驗(yàn)中物體下落快慢不是由重量決定的，實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象和預(yù)想的不一致，使得學(xué)生形成了認(rèn)知沖突，激起了探究的興趣。學(xué)生對自己先前所持有的前概念很不滿意，原有認(rèn)知平衡被打破，產(chǎn)生了改變前概念的愿望。

3 找準(zhǔn)時(shí)機(jī)轉(zhuǎn)變概念

學(xué)生概念發(fā)展的本質(zhì)就是概念的轉(zhuǎn)變。當(dāng)學(xué)生因看到其錯(cuò)誤前概念不起作用(導(dǎo)致預(yù)測失敗)而受到挫折和感受到挑戰(zhàn)時(shí)，教師就可以通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析、論證說明學(xué)生觀點(diǎn)錯(cuò)誤的原因，最終引導(dǎo)學(xué)生以起作用的經(jīng)驗(yàn)代替不起作用的經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整和糾正他們對周圍世界的看法，實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變。

實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2的現(xiàn)象容易讓學(xué)生得出物體“下落快慢與重力相關(guān)”的錯(cuò)誤前概念，實(shí)驗(yàn)3又否定了這個(gè)前概念，從而激發(fā)學(xué)生去分析現(xiàn)象背后的本質(zhì)——空氣阻力的影響。讓學(xué)生意識(shí)到：正是因?yàn)榭諝庾枇Φ挠绊懯沟寐潴w運(yùn)動(dòng)變得異常復(fù)雜，一時(shí)難以看清問題的本質(zhì)，從而啟發(fā)學(xué)生抓住主要因素——重力，忽略、排除次要因素——空氣阻力，引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，消除或減弱空氣阻力的影響。

實(shí)驗(yàn)4：牛頓管實(shí)驗(yàn)。觀察到的現(xiàn)象：看到在真空環(huán)境下，錢幣和羽毛同時(shí)落地。學(xué)生通過分析和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)：忽略空氣阻力時(shí)，輕、重物體下落得一樣快，得出結(jié)論：物體下落快慢與其重量大小無關(guān)。

4 深化概念的理解

根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，物理概念轉(zhuǎn)變得再成功，錯(cuò)誤前概念有時(shí)也會(huì)“卷土重來”，學(xué)生對概念的理解往往會(huì)回到前概念上，所以需要進(jìn)一步鞏固和加深理解，課堂上可以通過練習(xí)等來達(dá)成。

練習(xí)：乙同學(xué)從10層樓的樓頂同時(shí)由靜止釋放兩個(gè)大小完全相同的鐵球，結(jié)果甲同學(xué)看到兩球不是同時(shí)落地。他分析了兩球未能同時(shí)落地的原因，你認(rèn)為下列分析中正確的是( )。

A. 兩球在下落過程中受到的空氣阻力不同，先落地的受空氣阻力小

B. 兩球在下落過程中受到的空氣阻力不同，先落地的受空氣阻力大

C. 兩球下落過程中受到的空氣阻力相同，先落地的是實(shí)心球，重力遠(yuǎn)大于阻力

D. 兩球下落過程中受到的空氣阻力相同，先落地的是空心球，阻力與重力比，差別較小

總之，在學(xué)生錯(cuò)誤前概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)中，通過實(shí)驗(yàn)、生活中的實(shí)例暴露學(xué)生的前概念，創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突，造成認(rèn)知結(jié)構(gòu)的不平衡，促成原有知識(shí)結(jié)構(gòu)的順應(yīng)，有效地轉(zhuǎn)變“錯(cuò)誤前概念”，建構(gòu)科學(xué)概念。在教學(xué)中應(yīng)用“欲擒故縱”的概念轉(zhuǎn)變策略，應(yīng)該表現(xiàn)為學(xué)生這一學(xué)習(xí)主體在教師引導(dǎo)和幫助下自主地進(jìn)行創(chuàng)造性、探索性的學(xué)習(xí)活動(dòng)，在活動(dòng)過程中促進(jìn)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變，深度理解所學(xué)概念。