回避思維誤區(qū)，建立科學(xué)概念

司嫻

摘 要：典型前概念有悖于正確的科學(xué)知識概念，為了進(jìn)一步提高物理教學(xué)效率，消除前概念來帶來的負(fù)面影響，本文基于建構(gòu)主義教學(xué)思路，探討了物理力學(xué)前概念轉(zhuǎn)變的優(yōu)化路徑。

關(guān)鍵詞：高中物理;概念轉(zhuǎn)變;認(rèn)知沖突;前概念

前概念源于個體對客觀世界的樸素理解和認(rèn)知，是學(xué)生在接觸物理知識概念前，基于日常生活經(jīng)驗(yàn)積累，所形成的與之相關(guān)的片面認(rèn)識。他們在思考問題的過程中，通常會依賴于模糊、淺顯、錯誤的習(xí)慣性經(jīng)驗(yàn)常識進(jìn)行推理判斷，走入思維的誤區(qū)。因此，為了有效提高教學(xué)效率和效益，扭轉(zhuǎn)學(xué)生的錯誤認(rèn)知，教師應(yīng)多提問、多設(shè)疑，始終圍繞學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和思維認(rèn)知規(guī)律，設(shè)計(jì)多樣化的問題情境和學(xué)習(xí)任務(wù)，啟發(fā)學(xué)生在猜想、質(zhì)疑、探究、假設(shè)等一系列思維互動中，能自覺結(jié)合新舊知識的聯(lián)系，進(jìn)行嚴(yán)密的邏輯推理和概括對比，從而使學(xué)生在主動轉(zhuǎn)變模糊、錯覺概念的基礎(chǔ)上，正確抽象出物理本質(zhì)特征，逐步形成具備嚴(yán)謹(jǐn)、求真、務(wù)實(shí)的科學(xué)精神與思維品質(zhì)。

一、引用物理模型，發(fā)展理性思維

前概念易影響正確認(rèn)知。教師在物理課堂教學(xué)中，應(yīng)從學(xué)生的感性思維和認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)角度入手，引用簡易物理模型，轉(zhuǎn)變學(xué)生片面、錯誤的見解和觀點(diǎn)，啟發(fā)學(xué)生在歸納、猜想、質(zhì)疑、假設(shè)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)中，重組知識結(jié)構(gòu)，自覺從物理學(xué)視角去理解和探究正確科學(xué)的物理概念和規(guī)律。

例如，教學(xué)“摩擦力”時，學(xué)生基于生活經(jīng)驗(yàn)和先前的知識積累，已經(jīng)對靜摩擦力和滑動摩擦力形成一個基本的認(rèn)知，但對于靜摩擦力的大小、方向，滑動摩擦力產(chǎn)生的條件缺乏清晰的思路。本課知識要點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)生探究摩擦力的概念及產(chǎn)生的條件，理解“控制變量法”，掌握滑動摩擦力計(jì)算公式。教師在建立模型前，首先要轉(zhuǎn)化學(xué)生的錯誤前概念，讓學(xué)生清晰地掌握滑動摩擦力與哪些因素相關(guān)。教師：“請同學(xué)們進(jìn)行一個簡單的實(shí)驗(yàn)，把書平放在桌面上給一個初速度，仔細(xì)觀察書本在桌面的滑行狀態(tài)?！睂W(xué)生：“桌面的書本速度逐漸減小，最終停了下來。”教師：“你能說出原因嗎？你知道這是哪一類摩擦力嗎？”學(xué)生：“滑動摩擦力，原因是書本受到桌面給的摩擦力?！钡恍W(xué)生的錯誤觀點(diǎn)認(rèn)為：“摩擦力方向與物體的運(yùn)動方向相反，受滑動摩擦力的物體一定是運(yùn)動的?！倍_的觀點(diǎn)應(yīng)是：“摩擦力方向一定與物體相對運(yùn)動趨勢方向相反?！苯處煟骸罢垏L試用手壓住桌面滑動手，說一說桌面給的摩擦力是什么方向？”讓學(xué)生結(jié)合實(shí)際體驗(yàn)和之前所學(xué)的摩擦力知識，去分析解釋滑動摩擦力、靜摩擦力兩種不同的摩擦現(xiàn)象。教師：“桌面對手有摩擦力作用，手對桌面有摩擦力作用嗎？”使學(xué)生理解作用力與反作用力方向相反。教師引導(dǎo)學(xué)生在體驗(yàn)、總結(jié)、歸納的思維推論中，逐步加強(qiáng)對滑動摩擦力、靜摩擦力的理性認(rèn)識，促使學(xué)生在建立科學(xué)概念的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索滑動摩擦力大小的決定因素?！敖佑|面面積、相對運(yùn)動速度……”教師提問，“一個物理量與多個因素有關(guān)，應(yīng)該如何研究摩擦力大小與兩物體擠壓力關(guān)系？”引出“控制變量法”，一個物理量與多個因素有關(guān)，在研究某一個因素對物理量影響時，保持其他所有因素不變，學(xué)生在掌握正確科學(xué)概念的基礎(chǔ)上，意識到控制變量法的應(yīng)用。公式：，摩擦因數(shù)μ是兩個力的比值，表示物體間的彈力。與相對運(yùn)動速度，接觸面積無關(guān)。教師：“觀察圖形，物體對地面的壓力等于物體的重力嗎？”結(jié)合簡易模型梳理思路，明確物體與地面重力、壓力沒有必然關(guān)系。

教師：“日常生活中木箱停放在水平地面上，你用力推而沒推動，什么原因阻礙木箱運(yùn)動？”讓學(xué)生運(yùn)用已掌握的知識，觀察模型“支持力N、受重力G、拉力F”并結(jié)合牛頓第一定律，推理“N和G相互抵消，拉力F無法被消去，該力與F反向”。

教師：“這個力是什么力呢？”讓學(xué)生在模型觀察分析中，正確理解“接觸面上兩個物體，有相對運(yùn)動趨勢又保持相對靜止時叫靜摩擦力”。教師：“怎樣求靜摩擦力的大小，判斷出靜摩擦力的方向？”

教師建立簡單合適的物理模型，指導(dǎo)學(xué)生邊思考、邊實(shí)踐，用彈簧測力計(jì)獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，沿水平方向用較小的力拉木塊，邊增大拉力，邊觀察彈簧秤的示數(shù)變化，最終得出靜摩擦力的大小與壓力無關(guān)，大于滑動摩擦力，只決定最大靜摩擦力，讓學(xué)生在簡易模型的觀察中綜合受力分析，理解滑動摩擦力產(chǎn)生的條件，知道最大靜摩擦力與滑動摩擦力的關(guān)系，并會計(jì)算和判定滑動摩擦力大小、方向。

二、辯證質(zhì)疑表達(dá)，探尋物理本質(zhì)

為消除前概念的負(fù)面影響，教師要善于啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生，有針對性、合理性地組織學(xué)生探討辯證交流，使學(xué)生在持續(xù)性的反思、討論中，能客觀地對科學(xué)概念進(jìn)行提煉升華，通過對相應(yīng)物理知識的深度加工內(nèi)化，正確理解現(xiàn)象的本質(zhì)概念、原理。

例如，教學(xué)“自由落體”關(guān)于輕重物體誰下落快的問題，學(xué)生經(jīng)常會根據(jù)日常感性經(jīng)驗(yàn)得出結(jié)論“一枚硬幣和一片羽毛同時被釋放，硬幣會先落地，樹上的果子比樹葉下落得更快，重物下落得更快?！庇绊懥藢W(xué)生對自由落體運(yùn)動性質(zhì)，運(yùn)動規(guī)律的正確理解。因此，教師可以利用演示實(shí)驗(yàn)，結(jié)合問題探究法、排除法、歸納法、合并法，為學(xué)生構(gòu)建核心問題：“自由落體運(yùn)動是一種什么運(yùn)動？速度如何變化？位移如何變化？運(yùn)動規(guī)律如何？加速度大小、方向如何？”讓學(xué)生在實(shí)踐觀察和思維激辯中，重組知識結(jié)構(gòu)，正確理解什么是自由落體運(yùn)動和自由落體加速度。教師首先通過互動游戲，鍛煉學(xué)生邏輯推理、歸納、質(zhì)疑能力，讓學(xué)生觀察對比“石頭與羽毛，金屬球和紙片，金屬片和紙片的下落現(xiàn)象”“金屬片和紙團(tuán)下落現(xiàn)象”。引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用學(xué)習(xí)的知識經(jīng)驗(yàn)，探討亞里士多德與伽利略的觀點(diǎn)，發(fā)展學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。教師：“為什么金屬片和紙團(tuán)幾乎同時著地？”“紙片變成紙團(tuán)后為什么下落變快？”學(xué)生：“空氣阻力的作用。”教師啟發(fā)學(xué)生猜想無阻力情況，進(jìn)一步觀察實(shí)驗(yàn)演示“牛頓管中無空氣時，金屬片、羽毛下落速度一樣，有空氣時金屬片下落得快”，引導(dǎo)學(xué)生從運(yùn)動學(xué)物理量角度假設(shè)、猜想、探究、論證“在重力作用下，物體從靜止開始下落運(yùn)動”，“實(shí)際運(yùn)動”條件“只受重力”影響，引導(dǎo)學(xué)生圍繞伽利略對自由落體運(yùn)動的推理觀點(diǎn)，教師以“勻加速直線運(yùn)動”啟發(fā)學(xué)生交流探究解決相關(guān)核心問題，引導(dǎo)學(xué)生以科學(xué)態(tài)度實(shí)驗(yàn)、觀察、討論，質(zhì)疑問題，解決問題，能基于現(xiàn)實(shí)證據(jù)，理解客觀事物規(guī)律，了解初速度為零的勻加速運(yùn)動稱為自由落體運(yùn)動。

教師要通過生活現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)演示，活躍學(xué)生的思維觀點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生在問題的辯證、反思、分解、探究中，能運(yùn)用科學(xué)思維對問題作出解釋和改進(jìn)，教師引導(dǎo)學(xué)生將已獲取的知識經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用到具體問題中，促使學(xué)生在合理的猜想與假設(shè)中，能整合新、舊物理知識經(jīng)驗(yàn)，靈活利用物理知識進(jìn)行科學(xué)論證，循序漸進(jìn)增強(qiáng)自身的科學(xué)探究精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力。

總之，教師要始終以針對性、合理性、可操作性的教學(xué)方式，讓學(xué)生去自主發(fā)現(xiàn)事物現(xiàn)象變化因果關(guān)系，促使學(xué)生在主動建構(gòu)正確科學(xué)物理概念的過程中，能充分發(fā)揮思維潛力，有效實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度、物理觀念的形成與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]陳婧.力學(xué)概念進(jìn)階教學(xué)的實(shí)踐與思考[J].中學(xué)理科園地，2020，16（2）：7-8.

[2]王憲斌.高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化策略[J].山東教育，2020（Z2）.