高中學(xué)生物理運(yùn)動(dòng)學(xué)“迷思概念”的研究
——以高中物理必修1運(yùn)動(dòng)學(xué)為例

張昉璇

(東莞市東華高級(jí)中學(xué) 廣東 東莞 523000)

1 引言

運(yùn)動(dòng)學(xué)是學(xué)生接觸高中物理的開端，同時(shí)也是動(dòng)力學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ).在具體的學(xué)習(xí)過程中，大多數(shù)學(xué)生由于受到初中物理學(xué)習(xí)思維模式和習(xí)慣的影響，對概念理解不清導(dǎo)致運(yùn)用和拓展方面存在極大困難，即存在“迷思概念”.“迷思概念”是指學(xué)習(xí)者頭腦中局限的片面的、模糊不清的概念和錯(cuò)誤概念[1]，它的存在貫穿于學(xué)生學(xué)習(xí)系統(tǒng)科學(xué)知識(shí)前后.在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中，這些“迷思概念”嚴(yán)重干擾學(xué)生對于概念的理解，進(jìn)而影響物理核心素養(yǎng)的提升，所以轉(zhuǎn)變學(xué)生頭腦中的“迷思概念”勢在必行[2].

國外已有FCI和CSEM等關(guān)于研究動(dòng)力學(xué)和電磁學(xué)概念轉(zhuǎn)變測試量表，但在運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊的研究相對來說比較少.而運(yùn)動(dòng)學(xué)在高中學(xué)習(xí)階段的引領(lǐng)性和基礎(chǔ)性決定了其重要地位.基于我國學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理的實(shí)際情況，對運(yùn)動(dòng)學(xué)“迷思概念”的研究亟需深入探討[3].

2 對學(xué)生在運(yùn)動(dòng)學(xué)學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的“迷思概念”的研究

2.1 “迷思概念”出現(xiàn)原因

通過對學(xué)生課堂中的表現(xiàn)以及作業(yè)情況，總結(jié)出學(xué)生頭腦中“迷思概念”形成的原因大致有以下幾點(diǎn)：

(1)日常生活中的現(xiàn)象并非事物的本質(zhì)特征.比如在自由落體運(yùn)動(dòng)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生通過日?，F(xiàn)象的觀察，容易將現(xiàn)象總結(jié)為：物體越重下落越快.

(2)學(xué)生原有認(rèn)知的思維慣性干擾其形成新的認(rèn)知思維.比如慣性思維會(huì)讓學(xué)生認(rèn)為加速度如果是正值，物體做加速運(yùn)動(dòng)，相反加速度是負(fù)值，物體做減速運(yùn)動(dòng).

(3)學(xué)生原有認(rèn)知對科學(xué)概念的學(xué)習(xí)產(chǎn)生負(fù)遷移.比如之前學(xué)習(xí)過的路程-速度關(guān)系式，學(xué)生會(huì)有隨著時(shí)間的變化，路程為零，速度也為零的印象，所以就會(huì)產(chǎn)生位移為零的想法，或速度為零，加速度為零的想法.

(4)數(shù)學(xué)中的慣性思維模式.比如在數(shù)學(xué)中學(xué)習(xí)的“平均”的概念，就會(huì)影響平均速度與速度的平均概念及公式之間的區(qū)分.

(5)易將概念名稱理解成其表面的意思.例如加速度容易被理解成是使物體速度增加的物理量.

(6) 高中物理概念多數(shù)都很抽象，導(dǎo)致學(xué)生不易理解，且部分學(xué)生感覺到高中物理的難度，畏懼思考或不情愿獨(dú)立思考，從而影響“迷思概念”的轉(zhuǎn)變[4].

(7)一些學(xué)生注重物理多模型、多概念的認(rèn)知，但是忽略了概念與概念之間的聯(lián)系.

(8)學(xué)生不清楚一些概念引入的原因，從而影響了更深層次的思考.

(9)物理問題中隱含條件的忽視和多余條件的干擾.

(10)教師在課堂教學(xué)中過于注重教材中知識(shí)的講解，忽略了各個(gè)方面資料的整合.

(11)教師對教學(xué)內(nèi)容的錯(cuò)誤理解、教學(xué)思路混亂或沒有從學(xué)生的角度思考教學(xué)，影響教學(xué)效果，從而影響學(xué)生“迷思概念”的轉(zhuǎn)變.

2.2 對運(yùn)動(dòng)學(xué)中出現(xiàn)的“迷思概念”的收集

根據(jù)學(xué)生課堂表現(xiàn)、學(xué)生作業(yè)及學(xué)生測試情況，筆者整理以下對應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的高中物理必修1中運(yùn)動(dòng)學(xué)“迷思概念”，如表1所示.

表1 高中物理運(yùn)動(dòng)學(xué)“迷思概念”

由表1可見，學(xué)生對勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)等方面的知識(shí)的理解存在誤區(qū)，且大量、零散地存在于學(xué)生的頭腦中.這些“迷思概念”嚴(yán)重影響著學(xué)生對于科學(xué)概念的理解和運(yùn)用.運(yùn)動(dòng)學(xué)是高中物理的基礎(chǔ)內(nèi)容，與后續(xù)內(nèi)容聯(lián)系密切，因此，必須對學(xué)生的這些“迷思概念”及時(shí)糾正，為后續(xù)課程內(nèi)容打好基礎(chǔ).

3 構(gòu)建轉(zhuǎn)變“迷思概念”模型

根據(jù)皮亞杰發(fā)生認(rèn)知論、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、奧蘇泊爾有意義學(xué)習(xí)和概念轉(zhuǎn)變理論綜合分析，學(xué)生對于新知識(shí)的學(xué)習(xí)流程如圖1所示.學(xué)生頭腦中原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)大多數(shù)是不完整、不系統(tǒng)的甚至是錯(cuò)誤的，所以就前人經(jīng)驗(yàn)來講，行之有效的方案就是要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中形成認(rèn)知沖突，以此轉(zhuǎn)變頭腦中的“迷思概念”.如圖2所示是“迷思概念轉(zhuǎn)變模型”，其中包含四大環(huán)節(jié)要素：引發(fā)、事件+分析、轉(zhuǎn)變、鞏固與提升.

圖1 學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)變化過程圖

圖2 “迷思概念”轉(zhuǎn)變模型

3.1 引發(fā)

每一堂課在引入新的物理知識(shí)概念前，首先要引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入問題情境，教師在給出情境后提出與情境相符合的，能夠引發(fā)學(xué)生思考并且與本堂課主要內(nèi)容相關(guān)的問題，并讓學(xué)生說出對問題或概念的個(gè)人解釋，以引出學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識(shí)前存在的“迷思概念”.為了實(shí)現(xiàn)這一目的，教師應(yīng)在課前預(yù)設(shè)需引出學(xué)生怎樣的“迷思概念”，而設(shè)置怎樣的情境(此過程需教師對學(xué)生學(xué)情有所掌握，或咨詢有經(jīng)驗(yàn)教師或?qū)W(xué)生進(jìn)行訪談等).例如，在講解“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)時(shí)，需引出學(xué)生“重的物體下落快，輕的物體下落慢”的迷思概念，可以設(shè)置“石頭和羽毛從同一高度自由下落的小實(shí)驗(yàn)”，通過教師的演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生自身的體驗(yàn)，從而提出問題.在講解“加速度”這一節(jié)課時(shí)，需引出學(xué)生“速度越大，加速度越大”的迷思概念，可以設(shè)置“甲車由速度為零運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間，速度達(dá)到100 km/h；乙車由速度為零經(jīng)歷同一段時(shí)間，速度達(dá)到80 km/h.”提出“哪個(gè)車的加速度更大？”的問題.教師在設(shè)置情境時(shí)應(yīng)多聯(lián)系日常生活實(shí)際采取逐步引導(dǎo)的方式，拒絕灌輸式教學(xué)[5]，能夠比較有效地激發(fā)學(xué)生的潛在知識(shí)，即學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)前的迷思概念，也比較符合學(xué)生從感性理解到理性分析的學(xué)習(xí)順序[6].

3.2 事件+分析和轉(zhuǎn)變

“事件+分析”環(huán)節(jié)中的事件是教師提前準(zhǔn)備的，可以通過演示實(shí)驗(yàn)、實(shí)例分析、學(xué)生自主探究、小組討論、邏輯推理等方式進(jìn)行.所分析的事件必須和上一環(huán)節(jié)主題一致，其關(guān)鍵在于對事件的分析，需要教師提出一系列引導(dǎo)性問題，從而引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突.引發(fā)認(rèn)知沖突在一定程度上可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及求知欲，能夠更加有效吸收內(nèi)化新知識(shí).在此過程中，教師需要注意每個(gè)學(xué)生對同一事物理解的不同性與學(xué)生的主觀能動(dòng)性，所以在教學(xué)的過程中切勿一概而論，要了解不同學(xué)生的不同情況，做到因材施教.

“轉(zhuǎn)變”是概念轉(zhuǎn)變教學(xué)的中心環(huán)節(jié)，也是能否達(dá)到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵.轉(zhuǎn)變是一個(gè)過程，是通過上一個(gè)環(huán)節(jié)的事件和分析逐步發(fā)生認(rèn)知沖突，再通過對事物本質(zhì)的重新認(rèn)識(shí)而發(fā)生轉(zhuǎn)變.

“事件+分析”和“轉(zhuǎn)變”的過程是一個(gè)有機(jī)整體，這種整體在多數(shù)情況下是一個(gè)循環(huán)的過程.比如在學(xué)習(xí)完“速度與平均速度”概念之后，會(huì)對“平均速度和速度的平均”作區(qū)分講解，對于這兩個(gè)概念理解，絕大多數(shù)學(xué)生受數(shù)學(xué)中“平均”概念的影響，會(huì)認(rèn)為平均速度就是速度的平均.教師可以在課堂上設(shè)置問題，讓學(xué)生進(jìn)行小組討論來解決，使學(xué)生達(dá)到有深度的概念學(xué)習(xí).“(1)平均速度是如何定義出來的？(2)平均速度能描述運(yùn)動(dòng)的什么性質(zhì)？(為什么提出平均速度)；(3)嘗試通過圖3中v-t圖像分析平均速度與速度的平均的不同點(diǎn).”事件的形式多種多樣，教師可根據(jù)不同的實(shí)際情況靈活運(yùn)用教學(xué)方法，有效刺激學(xué)生形成認(rèn)知沖突，最終達(dá)到解決認(rèn)知沖突的目的.

圖3 比較兩圖平均速度與速度平均的異同點(diǎn)

3.3 鞏固與提升

通過以上步驟，學(xué)生形成新的知識(shí)結(jié)構(gòu)，但是這種新建構(gòu)的知識(shí)體系并不穩(wěn)固，需要通過重復(fù)記憶加深印象.而且構(gòu)建復(fù)雜的知識(shí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)僅依靠線性的教學(xué)過程往往是不夠的.教師可以通過迷思概念和科學(xué)概念的舉例比較，讓學(xué)生反復(fù)辨析，或在解決具體問題過程當(dāng)中應(yīng)用學(xué)習(xí)的新概念，最后使學(xué)生能夠運(yùn)用新知識(shí)進(jìn)行遷移.比如學(xué)生在學(xué)習(xí)過位移概念之后雖然能夠說出“位移是有大小、有方向的，是能夠表示物體位置變化的物理量”，但依然存在“位移的大小就是路程”這樣的迷思概念.可以通過實(shí)例分析進(jìn)行解決：提出“星期天當(dāng)你乘坐出租車從家里回學(xué)校時(shí)，司機(jī)師傅是按照路程還是位移收費(fèi)的？當(dāng)你到學(xué)校時(shí)發(fā)現(xiàn)東西落在家里所以又趕回家，到家時(shí)整個(gè)過程的位移是多少？”等一系列問題讓學(xué)生做小結(jié)“物體運(yùn)動(dòng)的位移大小和路程是什么關(guān)系？什么時(shí)候位移的大小才等于路程？”鞏固與提升這一環(huán)節(jié)是任何教學(xué)過程中必不可少的一部分，一方面有助于鞏固或調(diào)整學(xué)生的新知識(shí)結(jié)構(gòu)，及時(shí)檢測學(xué)習(xí)情況；另一方面有助于教師了解學(xué)生學(xué)習(xí)效果，及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整.

4 教學(xué)建議

根據(jù)對一些有經(jīng)驗(yàn)教師的訪談、調(diào)查研究和對學(xué)生情況的了解，筆者提出以下幾點(diǎn)建議供物理教師參考：轉(zhuǎn)變學(xué)生頭腦中的“迷思概念”應(yīng)循序漸進(jìn)；教師應(yīng)合理利用學(xué)生頭腦中的“迷思概念”，而不是想盡辦法用科學(xué)概念取代它們；教師在幫助轉(zhuǎn)變學(xué)生“迷思概念”的同時(shí)，注重學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的整合；在選擇轉(zhuǎn)變策略的同時(shí)應(yīng)注重學(xué)生的情感動(dòng)機(jī)，預(yù)測轉(zhuǎn)變方法是否有效[7]；教師在課堂教學(xué)中應(yīng)注意一些內(nèi)容講解和操作，避免不當(dāng)?shù)膬?nèi)容與操作誤導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生產(chǎn)生新的“迷思概念”；及時(shí)運(yùn)用科學(xué)概念，做好教學(xué)反饋；在轉(zhuǎn)變學(xué)生“迷思概念”教學(xué)中，教師有必要建立學(xué)習(xí)進(jìn)階的思想；注意課后的及時(shí)復(fù)習(xí).