立足核心素養(yǎng)的培養(yǎng) 探究迷思概念轉(zhuǎn)變策略

朱順明 萬坤

摘? ?要：物理教學(xué)一方面要關(guān)注學(xué)生正確學(xué)習(xí)概念使知識得到傳承，另一方面還要重視物理課程對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。文章將“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”素養(yǎng)落實(shí)于教學(xué)過程中，有效地實(shí)現(xiàn)了物理核心素養(yǎng)在概念轉(zhuǎn)變過程中的落地生根，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：迷思概念;轉(zhuǎn)變策略;核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）3-0009-4

目前，我國基礎(chǔ)教育已經(jīng)進(jìn)入核心素養(yǎng)時代，如何使其落地生根，是擺在廣大一線教師面前的問題。一般學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)概念之前已經(jīng)具備一定的知識和經(jīng)驗(yàn)，即前概念，這對于日常教學(xué)的開展及進(jìn)一步深入探究有一定的促進(jìn)作用。然而，也會有一些與科學(xué)概念相悖的前概念，被稱為迷思概念。有效教學(xué)就是教師通過多種轉(zhuǎn)變策略設(shè)置認(rèn)知沖突實(shí)現(xiàn)迷思概念向科學(xué)概念轉(zhuǎn)變，學(xué)生在問題解決過程中真正實(shí)現(xiàn)意義構(gòu)建。

筆者認(rèn)為，好的迷思概念轉(zhuǎn)變策略要從“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”和“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個方面入手，著力于對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。由于迷思概念具有階段性、普遍性和頑固性等特征，教師只有充分了解學(xué)生的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)，立足學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，精心設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，促進(jìn)學(xué)生對物理概念和規(guī)律內(nèi)化后形成自我認(rèn)知的物理觀念。通過科學(xué)探究，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，并滲透給學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度與推動可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感教育[1]。

1? ? 立足學(xué)生物理觀念的建構(gòu)，探究迷思概念的轉(zhuǎn)變

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出，物理觀念的形成和發(fā)展需要學(xué)生對物理概念、物理規(guī)律的逐步學(xué)習(xí)、系統(tǒng)的反思與遷移應(yīng)用，使其學(xué)會用這些觀念解釋自然現(xiàn)象，解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題[2]。

案例1：轉(zhuǎn)變“火箭升空的動力來自空氣”的迷思概念

教學(xué)片斷1：如圖1所示，長征二號丁運(yùn)載火箭成功將“墨子號”衛(wèi)星發(fā)射升空并送入預(yù)定軌道。請你用所學(xué)物理知識解釋火箭升空的原因_____________________。

這道題是希望通過火箭發(fā)射的情境幫助學(xué)生構(gòu)建反沖運(yùn)動中相互作用的物理觀念，了解學(xué)生能否應(yīng)用所學(xué)的概念與規(guī)律解釋現(xiàn)象和解決實(shí)際問題。在課堂反饋中不少學(xué)生認(rèn)為是火箭尾部噴出的氣體對空氣產(chǎn)生一個作用力，空氣的反作用力使火箭獲得飛行的動力。究其原因，學(xué)生舉例如下：

學(xué)生1：在公園里船槳劃水，船槳推動水，水反過來作用槳，使得船向前進(jìn)。

學(xué)生2：直升機(jī)升空，葉片旋轉(zhuǎn)推動空氣向下，空氣反過來作用于飛機(jī)使其升空。

教師追問：那如果這樣，火箭飛出大氣層后沒有了空氣，火箭即使在向后噴氣，是不是就無法獲得前進(jìn)的動力呢？火箭又是如何調(diào)整其姿態(tài)的呢？

學(xué)生陷入了沉思……

這時，教師設(shè)置問題鏈幫助學(xué)生理解相互作用觀念。

問題設(shè)置1：在火箭升空過程中，涉及到哪些對象？

問題設(shè)置2：這些對象之間發(fā)生哪些相互作用？

問題設(shè)置3：作用在火箭上的推力是哪部分的相互作用？

問題設(shè)置4：火箭所受的作用力與外界空氣有關(guān)嗎？

反思：在幫助學(xué)生建構(gòu)物理觀念時，教師必須了解學(xué)生形成迷思概念的根源。船槳劃水和直升機(jī)升空本質(zhì)上都只涉及兩個物體，這里槳與船、葉片與飛機(jī)其實(shí)是一個對象，屬于一個整體。像這種與生活情境緊密聯(lián)系的素材更會使學(xué)生產(chǎn)生錯誤觀念，教師要抓住這個契機(jī)通過有效問題鏈引領(lǐng)學(xué)生主動思考，在問題解決中抽絲剝繭，層層深入，最終逼近科學(xué)本質(zhì)。

2? ? 立足學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，探究迷思概念的轉(zhuǎn)變

科學(xué)思維是促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)提升的關(guān)鍵。在教學(xué)過程中重視學(xué)生在規(guī)律運(yùn)用過程中產(chǎn)生的迷思概念，它是學(xué)生面對新情境時科學(xué)思維發(fā)生偏差的表現(xiàn)。針對學(xué)生暴露的問題，教師要基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，以促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)完整而又正確的自主建構(gòu)，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣[3]。

案例2：轉(zhuǎn)變“運(yùn)動的合成與分解中運(yùn)動合成的概念混淆”的迷思概念

教學(xué)片斷2：如圖2所示的玻璃生產(chǎn)線上，寬L的成型玻璃板以v1=v■=2 m/s的速度連續(xù)不斷地向右行進(jìn)，在切割工序處，切割刀的切割速度為v■=10 m/s。為了使割下的玻璃板成規(guī)定尺寸的矩形，切割刀的切割軌道與玻璃板的運(yùn)動方向應(yīng)成多大角度？

學(xué)生錯誤解答：如圖3（a）所示。

學(xué)生理由：類比小船渡河模型，如圖3（b）所示，將玻璃板的速度看成水流速度，切割刀的速度看成船速，此時合運(yùn)動方向就是垂直板的切割方向，從而使割下的板成矩形。

問題設(shè)置1：v■和v■的研究對象是誰？不同對象的速度能否進(jìn)行矢量合成？

回歸典型模型：在小船渡河中，v■是船在靜水中的航速，v■表面上是水速，實(shí)質(zhì)上仍可表示為船由于流水的作用，具有與流水相同的速度。這就是運(yùn)動的合成與分解中的同一性原則。

問題設(shè)置2：刀切割玻璃問題中誰是合運(yùn)動，誰是分運(yùn)動？

回歸課本定義：合運(yùn)動是物體的實(shí)際運(yùn)動，分運(yùn)動是指組成合運(yùn)動的幾個分運(yùn)動。

學(xué)生1：切割刀的實(shí)際速度是合運(yùn)動。

學(xué)生2：刀對玻璃板的速度方向?yàn)楹线\(yùn)動。

問題的癥結(jié)是這個實(shí)際運(yùn)動究竟是以誰為參考系。其實(shí)，合運(yùn)動與分運(yùn)動是指同一物體在同一時間內(nèi)相對同一參考系的運(yùn)動。所以，學(xué)生1和學(xué)生2的回答都是正確的，他們分別是以地面和玻璃板為參考系觀察到的實(shí)際運(yùn)動。

現(xiàn)以地面為參考系，切割刀垂直玻璃板的運(yùn)動是一個分運(yùn)動v■■，另一個分運(yùn)動是刀相對玻璃板靜止一起向右的運(yùn)動v■，它們的合運(yùn)動v■是相對地面的實(shí)際運(yùn)動，如圖4所示。

反思：在進(jìn)行概念轉(zhuǎn)變教學(xué)過程中避免使用書本上現(xiàn)成的知識直接呈現(xiàn)給學(xué)生，這樣生硬的灌輸方式只會降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師要充分發(fā)揮主導(dǎo)作用，對學(xué)生出現(xiàn)的思維混亂現(xiàn)象要給予清晰的認(rèn)識，精心設(shè)問給學(xué)生思考討論和發(fā)表觀點(diǎn)的機(jī)會，以充分調(diào)動學(xué)生的思維活動，推動科學(xué)思維向高階方向發(fā)展，直達(dá)問題本質(zhì)。

3? ? 立足學(xué)生科學(xué)探究能力的發(fā)展，探究迷思概念的轉(zhuǎn)變

迫于考試的壓力，知識點(diǎn)的熟練掌握與分?jǐn)?shù)的快速提升成為目前教學(xué)首要追求的目標(biāo)。教師用講授與灌輸代替學(xué)生的探究與體驗(yàn);用結(jié)論和技巧代替知識的形成過程;用只言片語代替物理學(xué)重大發(fā)現(xiàn)的科學(xué)探究中漫長且艱辛的歷程。當(dāng)學(xué)生缺少對發(fā)現(xiàn)問題、構(gòu)建模型、解決困難以及批判性審視新問題的認(rèn)識時，就會產(chǎn)生前人對科學(xué)規(guī)律的獲取是那么輕而易舉的誤解，這就難以形成嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的科學(xué)態(tài)度和持之以恒的探究精神。

案例3：轉(zhuǎn)變“筒壁發(fā)熱是由于活塞摩擦引起的”的迷思概念

教學(xué)片斷3：用打氣筒給車胎打氣，我們發(fā)現(xiàn)氣筒壁溫度會升高，為什么？

學(xué)生：因?yàn)榛钊c筒壁發(fā)生摩擦，摩擦生熱引起筒壁升溫。

親身體驗(yàn)，積極探究。

實(shí)驗(yàn)操作1：如圖5所示，兩用氣筒（1是打氣接頭，2是抽氣接頭）在接頭1、2不封閉的狀態(tài)下，連續(xù)打氣30次，手摸筒壁發(fā)現(xiàn)筒壁溫度幾乎不變。

學(xué)生：筒壁溫度升高不是由于摩擦引起的。

實(shí)驗(yàn)操作2：接頭1封閉，接頭2不封閉，連續(xù)打氣30次，發(fā)現(xiàn)筒壁溫度升高。

學(xué)生：因?yàn)榛钊麎嚎s氣體，外界對氣體做功，使得空氣的內(nèi)能增加，溫度升高，筒壁溫度升高。

聯(lián)系實(shí)際，拓展升華。

拓展實(shí)驗(yàn)1：壓縮空氣引火實(shí)驗(yàn)（如圖6）

取綠豆粒大小的一塊干燥硝化棉，用鑷子把棉花拉得疏松一些，放入玻璃筒底。將活塞涂上少許蓖麻油（起潤滑和密封作用），放入玻璃筒的上口。迅速地壓下活塞，可看到硝化棉燃燒發(fā)出火光。這個實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明了活塞壓縮空氣做功，使空氣內(nèi)能增大、溫度升高，引起棉花燃燒。

拓展實(shí)驗(yàn)2：壓燃式內(nèi)燃機(jī)（即柴油機(jī)，如圖7）

當(dāng)柴油機(jī)壓縮行程快結(jié)束時，活塞壓縮充入的空氣，使空氣達(dá)到高溫。此時，將柴油以高壓通過噴油器噴入汽缸燃燒室中，在很短的時間內(nèi)與空氣混合后立即自行發(fā)火燃燒，汽缸內(nèi)氣體的壓力急速上升，推動活塞對外做功。

反思：冬天我們通常會用雙手摩擦取暖，這種習(xí)以為常的現(xiàn)象使得學(xué)生頭腦中形成摩擦生熱的前概念。此時，最好的轉(zhuǎn)變策略是將學(xué)生置于探究者的位置，使學(xué)生用真實(shí)的實(shí)踐操作去發(fā)現(xiàn)問題本質(zhì)。從而讓學(xué)生的學(xué)習(xí)過程成為“重新發(fā)現(xiàn)”的過程，引發(fā)認(rèn)知沖突，改變學(xué)生被動接受的狀態(tài)。通過拓展延伸，理論聯(lián)系實(shí)踐，提供給學(xué)生更為具體、清晰的物理情境和豐富的物理表象，鞏固學(xué)習(xí)成果，培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)探究的過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估和反思的能力。

4? ? 立足學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的提升，探究迷思概念的轉(zhuǎn)變

哲學(xué)家羅素曾說“智慧的不足和道德的缺陷是人類災(zāi)難的兩大根源?！苯逃母灸康氖亲寣W(xué)生形成正確的人生觀和價值觀。而物理學(xué)科是要讓學(xué)生一方面養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，另一方面具有遵守道德規(guī)范、保護(hù)環(huán)境并推動可持續(xù)發(fā)展的歷史責(zé)任。

目前，物理教學(xué)中我們研究的定量性問題居多，其結(jié)果往往具有唯一性和精確性。學(xué)生在處理實(shí)際問題時追求用更精確的物理規(guī)律解決問題，他們不敢或不會抓事物的主要矛盾，忽略次要因素。其實(shí)，中學(xué)很多物理情境都或多或少采取了理想化處理。

案例4：轉(zhuǎn)變“平均速度與瞬時速度完全不等同”的迷思概念

教學(xué)片斷4：高空拋物是一種不文明的行為，帶來了很大的社會危害，城市高空拋物威脅著人們的“頭頂安全”?，F(xiàn)有一個雞蛋從離地某高度處自由下落，某攝影愛好者恰好拍攝到它下落的一段軌跡AB，如圖8所示。已知磚塊的平均厚度為5 cm，該照相機(jī)的曝光時間為0.005 s，g取10 m/s2。你能估算出雞蛋拋出點(diǎn)離A點(diǎn)的高度嗎？

絕大多數(shù)學(xué)生都認(rèn)為，照片中的雞蛋從A點(diǎn)下落到B點(diǎn)是勻加速過程，在計(jì)算出發(fā)點(diǎn)離A點(diǎn)的高度時采用了多種方法求解（略），但是不僅步驟繁瑣，而且計(jì)算量大、耗時多。

針對學(xué)生計(jì)算過程筆者追問：

問題設(shè)置1：結(jié)果是20 m，與AB的長度相比有什么特點(diǎn)？

問題設(shè)置2：精確來說，從拋出點(diǎn)到A點(diǎn)下落的時間是1.9975 s，與曝光時間0.005 s相比有什么特點(diǎn)？

這時教師引出當(dāng)下落位移足夠小或時間足夠短時，此過程的平均速度就等于A點(diǎn)的瞬時速度。學(xué)生終于恍然大悟，根本不必考慮A點(diǎn)到B點(diǎn)的速度變化。

問題設(shè)置3：一個30 g的雞蛋從8樓拋下會讓人的頭頂受傷。請你談?wù)劯呖諕佄锏奈：Γ?/p>

反思：通過實(shí)際的計(jì)算體驗(yàn)和問題引導(dǎo)下的感悟，讓學(xué)生領(lǐng)悟到在解決物理問題時必須尊重客觀事實(shí)的態(tài)度。這種對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)態(tài)度的教育不是人為的“灌輸”和“說教”，而是在問題解決中潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。教學(xué)是培養(yǎng)人的社會活動，問題設(shè)置3中讓學(xué)生談?wù)劯呖諕佄锏奈：?，目的不僅是鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)能力，還要幫助學(xué)生形成正確的人生觀、價值觀，批評當(dāng)下，面向未來。

學(xué)生前概念中產(chǎn)生的迷思概念是教學(xué)中的痛點(diǎn)。物理觀念的形成，科學(xué)思維的積淀，探究過程的展開，科學(xué)態(tài)度的提升，都離不開思維的沖突。教師應(yīng)沿著學(xué)生的“迷思”找到“痛點(diǎn)”，即思維的沖突點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)概念認(rèn)知過程中的理解障礙，從而提出具有可行性的轉(zhuǎn)變策略。在迷思概念轉(zhuǎn)變過程中，我們不僅要關(guān)注物理概念與規(guī)律的達(dá)成，還要立足核心素養(yǎng)的四個維度去思考和重構(gòu)教學(xué)設(shè)計(jì)，達(dá)成立德樹人的根本任務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]林颋煒.從物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)觀察習(xí)題講評的有效性[J].物理教師，2020，41（07）：42-45+49.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：4-5.

[3]惠廣俊.創(chuàng)設(shè)問題情境 啟迪學(xué)生思維[J].物理教師，2019，40（12）：14-17.

（欄目編輯? ? 趙保鋼）