巧用實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變初中生的物理前概念
——以“光的色彩 顏色”為例

陳 芳 呂華平

(1. 江蘇師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院,江蘇 徐州 221116；2. 江蘇省昆山市新鎮(zhèn)中學(xué),江蘇 蘇州 215300)

物理學(xué)是一門與生活緊密聯(lián)系的學(xué)科,學(xué)生在學(xué)習(xí)新概念之前并不是“白紙一張”,而是已經(jīng)有了一定經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí),即前概念,但這些前概念往往是一分為二的,正確的前概念對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起到正遷移的促進(jìn)作用,錯(cuò)誤的前概念會(huì)對(duì)科學(xué)概念的建構(gòu)產(chǎn)生阻礙作用。無(wú)論是哪種情形,都積蓄著極大的教學(xué)能量,是學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念的基礎(chǔ)。因此,在教學(xué)過(guò)程中,教師必須了解并正視學(xué)生的前概念,尤其是對(duì)待錯(cuò)誤前概念時(shí),傳統(tǒng)的“填鴨式”“灌輸式”教學(xué)往往粗暴地用科學(xué)概念強(qiáng)行“覆蓋”前概念,學(xué)生的學(xué)習(xí)效果較差,無(wú)法促進(jìn)學(xué)生的有意義學(xué)習(xí)。[1]奧蘇泊爾曾經(jīng)說(shuō)過(guò):“如果我必須把教育心理學(xué)全部原理歸結(jié)為一句話,那么我將會(huì)說(shuō),影響學(xué)生最重要的一個(gè)因素乃是學(xué)生已經(jīng)知道的東西,肯定這一點(diǎn)并據(jù)此教學(xué)”。[2]因此,教師如何在教學(xué)中了解學(xué)生的前概念,并有針對(duì)性地尋找教學(xué)策略來(lái)實(shí)現(xiàn)前概念的有效轉(zhuǎn)變,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),讓學(xué)生的“學(xué)”變得更有意義,是每一位教師需要不斷研究的課題。

1 正確認(rèn)識(shí)前概念

1.1 初中生物理錯(cuò)誤前概念的產(chǎn)生原因

萊布尼茨指出：“任何結(jié)果都有原因”,要想有效轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤前概念,我們就必須了解這些前概念的成因。

首先,在初中生的頭腦中已經(jīng)積累了大量的生活經(jīng)驗(yàn),根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論,兒童的認(rèn)知發(fā)展過(guò)程具有階段性和連續(xù)性的特點(diǎn),初中生的思維處于具體運(yùn)算階段,該階段學(xué)生的思維活動(dòng)仍然比較刻板,只能被動(dòng)地遵守規(guī)則,對(duì)成人給的經(jīng)驗(yàn)深信不疑,這些都會(huì)引起錯(cuò)誤前概念的形成。[3]同時(shí),日常經(jīng)驗(yàn)往往具有單一性、表面性和偶然性等特點(diǎn),與科學(xué)概念之間存在差距，例如,學(xué)生會(huì)認(rèn)為“輕的物體會(huì)上浮,重的物體會(huì)下沉”等。

其次,隨著科學(xué)技術(shù)的飛快發(fā)展,初中生會(huì)通過(guò)大眾傳媒獲取知識(shí),但是在物理中有一些相似的概念,由于社會(huì)媒體的生活性,部分內(nèi)容的表述會(huì)不夠科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),例如媒體一般不會(huì)區(qū)分“重量”和“質(zhì)量”,往往會(huì)誤導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生“質(zhì)量會(huì)隨著物體的位置改變而改變”的錯(cuò)誤前概念。

1.2 有效轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤物理前概念的教學(xué)步驟

錯(cuò)誤前概念具有頑固性、重復(fù)性等特點(diǎn),[1]如果僅僅通過(guò)簡(jiǎn)單的說(shuō)教去糾正,很難達(dá)到轉(zhuǎn)變的效果。因?yàn)檫@些概念已經(jīng)在學(xué)生的頭腦中形成了一種定勢(shì)，學(xué)生在分析和解決問(wèn)題時(shí),還是會(huì)不自覺(jué)地運(yùn)用錯(cuò)誤前概念。這就要求教師在教學(xué)過(guò)程一定要采用合適的教學(xué)策略來(lái)實(shí)現(xiàn)其到科學(xué)概念的有效轉(zhuǎn)變。[4]通過(guò)實(shí)踐和研究,有效轉(zhuǎn)變前概念大致可分為以下4步。

(1) 了解與暴露概念。打“虎”要知“虎”,教師只有了解了學(xué)生的前概念,才能做到有的放矢。一般知“虎”的方式有:師生對(duì)話、問(wèn)卷調(diào)查、教師間交流等。

(2) 再現(xiàn)概念情境,形成認(rèn)知沖突,解構(gòu)前概念。錯(cuò)誤的認(rèn)知往往是因?yàn)閷?duì)事物或事件觀察的片面性而導(dǎo)致,教師可以先從學(xué)生角度，將片面的前概念涉及的內(nèi)容以演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)等方式展現(xiàn)其全面性質(zhì),從而引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,用事實(shí)來(lái)沖擊“前概念”,調(diào)動(dòng)學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心,為科學(xué)概念的重建創(chuàng)造良好的條件。

(3) 解釋沖突,建構(gòu)科學(xué)概念。在形成認(rèn)知沖突后,教師應(yīng)趁熱打鐵,幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)前概念的不合理之處,從而建構(gòu)科學(xué)概念,實(shí)現(xiàn)概念的有效轉(zhuǎn)變。

(4) 鞏固與應(yīng)用概念。學(xué)生的前概念是具有“慣性”的,學(xué)生在解題或解釋生活現(xiàn)象時(shí)仍然會(huì)習(xí)慣性地運(yùn)用前概念,而我們的物理教學(xué)的最終目的就是要應(yīng)用于生活,因此在概念的鞏固和應(yīng)用時(shí)，就應(yīng)該強(qiáng)調(diào)情景化、生活化,而不是簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)化、模型化,從而更好地實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移。

2 概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)案例

在進(jìn)行蘇科版“光的顏色 色彩”的教學(xué)時(shí),教師若以講授法授課，效果會(huì)較差，學(xué)生對(duì)物理概念的理解仍然很模糊，這種處理方式?jīng)]有體現(xiàn)“從生活走向物理,從物理走向社會(huì)”的課程基本理念。[5]通過(guò)對(duì)一線教師的調(diào)查和訪談發(fā)現(xiàn)：光在生活中隨處可見(jiàn),學(xué)生在課前已積累了大量的前概念,主要存在以下3個(gè)錯(cuò)誤前概念:(1) 白光就是一種單色光；(2) 透明物體可以透過(guò)任何色光；(3) 我們看到的物體是什么顏色，是因?yàn)樗旧砭褪沁@個(gè)顏色,與光的顏色無(wú)關(guān)。這些概念在學(xué)生的頭腦中已根深蒂固,僅僅通過(guò)簡(jiǎn)單的說(shuō)教很難糾正。教師應(yīng)通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)等方式，一步步地解構(gòu)前概念,從而實(shí)現(xiàn)概念的有效轉(zhuǎn)變。

2.1 創(chuàng)設(shè)情境,了解與暴露前概念

教師展示多彩的圖片并提問(wèn):白色陽(yáng)光下的世界為什么是多彩的？

以問(wèn)題引發(fā)學(xué)生思考,暴露上述第3個(gè)錯(cuò)誤前概念,此時(shí)學(xué)生是非常疑惑的,教師再引導(dǎo):大家都在接受白熾燈的照射,但是看到物體的顏色卻是不同的,如A同學(xué)的衣服是紅色的,而B(niǎo)同學(xué)的衣服是綠色的,要解決這個(gè)問(wèn)題，就必須要了解白光是由什么組成的？我們從最常見(jiàn)的白光——太陽(yáng)光開(kāi)始研究。在太陽(yáng)光的照耀下,為什么物體的顏色不同？物體的顏色又由什么來(lái)決定？以下將物體分為透明物體和不透明物體來(lái)研究。

設(shè)計(jì)意圖:創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境,還原并暴露學(xué)生的前概念,進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生將教師提出的問(wèn)題分解成為3個(gè)小問(wèn)題:(1) 白光是由什么組成的？(2) 透明物體的顏色是由什么決定的？(3) 不透明的物體的顏色是由什么決定的？通過(guò)問(wèn)題解決，有針對(duì)性地轉(zhuǎn)變學(xué)生的錯(cuò)誤前概念。

2.2 演示實(shí)驗(yàn),使前概念的轉(zhuǎn)變更直觀

活動(dòng)1：分解太陽(yáng)光

教師簡(jiǎn)單介紹三棱鏡，演示光的色散實(shí)驗(yàn)。學(xué)生仔細(xì)觀察色散現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光通過(guò)三棱鏡后被分解成紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫等7種色光。

設(shè)計(jì)意圖:用事實(shí)說(shuō)話,讓學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)到前概念的錯(cuò)誤,知道白光不是一種單色光,而是由多種色光混合而成的,此時(shí)教師應(yīng)適當(dāng)引導(dǎo)一句:“白熾燈照在我們身上不是只有一種色光,而是有7種色光”,為后面講解“物體的顏色”部分奠定基礎(chǔ)。而這一概念的成功轉(zhuǎn)變能夠引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注情境中的其他問(wèn)題,激發(fā)了學(xué)生的好奇心及想要弄清事實(shí)的欲望。

2.3 通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn),使前概念轉(zhuǎn)變更深刻

活動(dòng)2：探究透明物體的顏色

學(xué)生實(shí)驗(yàn):利用手邊的手電筒讓白光分別通過(guò)紅色、藍(lán)色、綠色玻璃紙,仔細(xì)觀察現(xiàn)象。

學(xué)生發(fā)現(xiàn):紅色透明物體只能通過(guò)紅光,藍(lán)色透明物體只能通過(guò)藍(lán)光,綠色透明物體只能通過(guò)綠光。再請(qǐng)學(xué)生將藍(lán)光照在紅色玻璃紙上,觀察現(xiàn)象(如圖1)，發(fā)現(xiàn):沒(méi)有光射出。由此得出結(jié)論:透明物體只能通過(guò)與其自身顏色相同的光,而吸收其他不同顏色的光。

圖1

此時(shí)教師打鐵趁熱提問(wèn):當(dāng)白光通過(guò)什么顏色的玻璃片會(huì)呈現(xiàn)圖2所示的效果？學(xué)生在練習(xí)中體會(huì)到:透明物體允許什么色光通過(guò)它就是什么顏色。由此得到結(jié)論:透明物體的顏色由它透過(guò)的色光決定。

圖2

設(shè)計(jì)意圖:學(xué)生親自動(dòng)手,得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具有說(shuō)服力和沖擊力,明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象讓學(xué)生清楚意識(shí)到自己的前概念是錯(cuò)誤的，教師再因勢(shì)利導(dǎo)講解“透明物體的顏色”,成功構(gòu)建了科學(xué)概念。

2.4 利用自制教具,制造認(rèn)知沖突,使前概念轉(zhuǎn)變更有效

活動(dòng)3：探究不透明物體的顏色

教師展示自制教具:一個(gè)暗盒,內(nèi)置一個(gè)實(shí)物展臺(tái)連接至屏幕,內(nèi)接一個(gè)白色燈泡和一個(gè)紅色燈泡(如圖3),先將白色燈泡打開(kāi),看到藍(lán)色的“中國(guó)夢(mèng)”字樣,再將白色燈泡關(guān)閉,打開(kāi)紅色燈泡,看到黑色的“中國(guó)夢(mèng)”字樣。

教師提出問(wèn)題:為什么同一物體在不同的燈光照耀下呈現(xiàn)出不同的顏色？物體的顏色究竟是由什么決定的？

設(shè)計(jì)意圖:利用自制教具可以使學(xué)生直觀地發(fā)現(xiàn)同一物體在不同燈光下呈現(xiàn)不同的顏色,引發(fā)了學(xué)生對(duì)前概念的“不滿”,激發(fā)了學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的內(nèi)驅(qū)力。

教師引導(dǎo)學(xué)生一起分析:打開(kāi)白色燈泡時(shí),“中國(guó)夢(mèng)”呈現(xiàn)藍(lán)色,說(shuō)明當(dāng)七色光照到藍(lán)色物體時(shí)只有藍(lán)光被反射進(jìn)入人眼(如圖4)，得出結(jié)論:藍(lán)色不透明物體只反射藍(lán)光,而吸收其他不同色光。

圖4

接著請(qǐng)學(xué)生閉眼模擬沒(méi)有色光進(jìn)入眼睛時(shí)，感覺(jué)到的就是黑色。說(shuō)明當(dāng)紅光照到藍(lán)色物體時(shí)看到黑色，實(shí)際上是沒(méi)有色光反射出來(lái)(如圖5)，即藍(lán)色物體只能反射藍(lán)光,紅光被藍(lán)色物體吸收了。由此得到結(jié)論:不透明物體只能反射和自身顏色相同的色光,吸收其他色光。

圖5

此時(shí)教師打鐵趁熱提問(wèn):當(dāng)白光照到什么顏色的物體上時(shí)會(huì)呈現(xiàn)圖6所示的效果？

圖6

學(xué)生在學(xué)習(xí)中體會(huì)到:不透明物體反射什么色光，觀察到的就是什么顏色。說(shuō)明綠色不透明物體之所以是綠色，是因?yàn)樗环瓷渚G色，由此得到結(jié)論:不透明物體的顏色由它反射的色光決定。

設(shè)計(jì)意圖:再現(xiàn)前概念情境,通過(guò)直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與學(xué)生的前概念形成沖突,從而讓學(xué)生意識(shí)到自己的前概念是錯(cuò)誤的,打破了原有的認(rèn)知,使學(xué)生主動(dòng)摒棄錯(cuò)誤前概念,成功幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)了概念的轉(zhuǎn)變,完成了知識(shí)的意義建構(gòu)。

2.5 回歸生活,使前概念轉(zhuǎn)變更深入

教師提問(wèn):屏幕為何用白色, 冬天為何穿深色衣服？

設(shè)計(jì)意圖:讓學(xué)生“從物理走向社會(huì)”,實(shí)現(xiàn)前概念的根本轉(zhuǎn)變。

教師再次提問(wèn):白色陽(yáng)光下的世界為什么是彩色的世界？

學(xué)生回答:因?yàn)榘坠庥筛鞣N色光組合而成,而物體的顏色由它反射或透過(guò)的色光決定。

3 結(jié)語(yǔ)

前概念普遍存在于學(xué)生的頭腦中,具有頑固性、生活性、反復(fù)性等特點(diǎn)。教師要以學(xué)生為學(xué)習(xí)主體,充分了解并把握學(xué)生的前概念,據(jù)此創(chuàng)設(shè)情境,引起學(xué)生的認(rèn)知沖突,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,從而揭示學(xué)生前概念的錯(cuò)誤,運(yùn)用實(shí)驗(yàn)等教學(xué)方式實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變,建構(gòu)科學(xué)概念。