基于生活實例培養(yǎng)學生批判前概念思維

李玥　任亞杰

摘 要：學生在學習物理概念之前頭腦并非完全空白，而是受到原有生活和環(huán)境的影響，頭腦中擁有特定的認知圖式，對新知識有自己的觀點和看法并形成了大量前概念。符合科學依據(jù)的正確前概念能夠有效地促進學生理解并掌握所學的物理概念，但其中不乏錯誤的認知經(jīng)驗阻礙學生形成科學概念，而這將會是學生在學習過程中的阻礙。物理現(xiàn)象來源于日常生活，物理教學應主動聯(lián)系學生的生活經(jīng)驗與實際，通過常見的生活實例更加直觀地在學生的頭腦中建構(gòu)正確的認知圖式，從而培養(yǎng)學生批判原有的錯誤前概念的能力。教師應該正視學生原有的錯誤前概念并設計恰當?shù)慕虒W策略，引發(fā)學生的認知沖突，促使學生由錯誤的前概念向科學概念轉(zhuǎn)變。

關鍵詞：前概念;批判性思維;認知沖突

作者簡介：李玥（1998—），女，陜西理工大學，碩士研究生在讀。

任亞杰（1964—），男，陜西理工大學，教授。

引? ? 言

中學生所具有的知識經(jīng)驗有限，考慮問題比較片面，且過分關注表面現(xiàn)象而忽略事物的本質(zhì)，故該階段的學生極易產(chǎn)生錯誤的前概念。在傳統(tǒng)教學中，教師往往過于重視新概念的傳授而忽略原有概念對學生的負遷移影響。錯誤前概念和科學概念同時出現(xiàn)，會讓學生無法正確地理解科學概念，導致學習效果低下，不利于學生科學思維的形成和發(fā)展[1]。本文針對前概念產(chǎn)生的影響，以人教版高中物理必修一“牛頓第三定律”為例，探討教師應如何聯(lián)系實際，通過常見的生活實例來消除學生錯誤的前概念，從而實現(xiàn)教學目標。

一、前概念的轉(zhuǎn)變及批判性思維的形成

學生在學習新概念之前，存在自己原有的理解和一定的思維方式。我們將學生原有的認知結(jié)構(gòu)和認知模式稱為“前概念”。前概念是學生在接觸科學知識之前，對現(xiàn)實生活現(xiàn)象所形成的經(jīng)驗型概念。錯誤的前概念會在學生形成正確的物理思維方式的過程中造成一定的阻礙。在教學過程中，教師通過事先了解學生可能出現(xiàn)的錯誤前概念，創(chuàng)設一定的思維沖突，并建構(gòu)新的認知結(jié)構(gòu)，從而達到由錯誤前概念向科學概念的有效轉(zhuǎn)變[2]。因為舊有知識具有局限性，所以教師在教學過程中，如果只注重新知識的傳授而忽略學生原有思維和知識對學生的影響，那學生就很容易在學習新概念的過程中受到原有知識的負遷移影響。因此，教師應當利用學生原有的前概念，及時消除學生錯誤的觀念，并在學生頭腦中建立正確的科學概念和思維方式，提高學生綜合運用物理知識解決實際問題的能力，促進學生批判性思維的形成。

二、基于前概念轉(zhuǎn)變的教學設計

（一）教學目標及學生學情分析

牛頓第三定律揭示了力的本質(zhì)，在高中階段力學部分占據(jù)重要地位。該節(jié)內(nèi)容旨在向?qū)W生展示生活中常見的實例，通過物理過程和科學探究過程引發(fā)學生的認知沖突，從而讓學生通過反思和遷移來建構(gòu)正確的物理概念，并養(yǎng)成正確的科學思維習慣。另外，通過探究過程培養(yǎng)學生的科學精神，以促進學生學科素養(yǎng)的全面發(fā)展。學生通過本節(jié)課的學習，能夠正確地描述作用力與反作用力的特點，理解牛頓第三定律的物理意義;通過探究性實驗掌握作用力與反作用力之間的規(guī)律，并能夠結(jié)合所學知識解決實際問題等。

對剛步入高中的學生而言，其物理思維仍停留在比較淺顯的階段，認知水平有限。在初中階段，物理知識主要以觀察事物的表象為主，而高中階段的物理知識則反映事物的本質(zhì)。學生在初中階段已經(jīng)學習了作用力與反作用力的相關知識，對作用力與反作用力的概念有一定的了解，但很多學生受原有思維的影響，在接受新概念之前仍普遍存在與科學概念不符的錯誤前概念，如認為先有作用力后有反作用力，認為作用力和反作用力可以相互抵消，認為作用力和反作用力只有相互接觸才能產(chǎn)生，把作用力、反作用力和平衡力混淆，甚至認為強的一方施加的力要大于弱的一方施加的力等。教師應該正視學生原有的思維方式和認知結(jié)構(gòu)，充分考慮學生的最近發(fā)展區(qū)，在新舊知識之間搭建橋梁，通過不連續(xù)途徑和認知沖突策略，使學生轉(zhuǎn)變舊有的錯誤觀念，建構(gòu)正確的科學概念。

（二）教學環(huán)節(jié)

教師從學生可能出現(xiàn)問題的前概念著手，根據(jù)不同前概念對學生理解科學概念造成的不同程度影響，采取不同的教學手段。對與科學概念大體一致的前概念，教師可以通過連續(xù)途徑在此基礎之上擴充和延展新知識。對不符合物理事實的前概念，教師應該以前概念為切入點，利用矛盾沖突法創(chuàng)設一定的生活情境，引發(fā)學生的認知沖突，實現(xiàn)從前概念向正確的物理概念的有效遷移。

（三）教學活動過程

事件：利用多媒體播放一段“神舟”十三號發(fā)射的視頻，引發(fā)學生思考。

“神舟”十三號是如何在短時間內(nèi)獲得較大的速度的？又是誰給它提供了強大的動力？

引入自制實驗：教師演示氣球動力小車實驗。

學生思考將氣球充滿氣后小車是否會運動。那么又是誰給小車提供了動力使小車運動？

【設計意圖】將科技前沿的社會熱點與生活實際相結(jié)合，能夠有效地調(diào)動課堂的學習氣氛，激發(fā)學生的好奇心和求知欲，培養(yǎng)學生的科學精神，提高學生的科技意識。教師將相同的原理，通過利用生活中常見的器具自制物理實驗，并展現(xiàn)在學生眼前，使學生形成一定的物理觀念。

走進生活，從生活中的實例出發(fā)，通過感性認識，使學生理解作用力與反作用力之間的關系。

學生活動一：教師引導學生相互擠壓兩塊橡皮泥，觀察橡皮泥發(fā)生的變化。

學生活動二：教師引導學生用左手用力拍右手，雙手相互摩擦，讓學生思考：在拍手和雙手相互摩擦的過程中，左手和右手分別有什么感覺？

學生通過總結(jié)和歸納得出力的作用是相互的，一個物體對另一個物體有力的作用，另一個物體也對這個物體有反作用。

教師提問：是不是只有接觸的物體才會存在相互作用力？（教師演示：同極磁鐵和異極磁鐵之間的相互作用）

學生回答：不接觸的物體也存在相互作用力。

【設計意圖】創(chuàng)設一定的生活情境，并將生活情境物理化，通過真實情境引發(fā)學生原有認知結(jié)構(gòu)與新知識之間的沖突，暴露學生原有的錯誤前概念和舊有的認知圖式，培養(yǎng)學生辯證思維和批判質(zhì)疑的能力。教師通過讓學生親身體驗，激發(fā)學生的主觀能動性，能夠讓學生積極主動地改造和重建原有的認知結(jié)構(gòu)，從而改正學生原有的認為先有作用力后有反作用力的錯誤觀念，并在頭腦中形成正確的相互作用觀。

教師提問：作用力除了同時產(chǎn)生、同時消失，是否還存在其他特點呢？（教師演示雞蛋撞擊石頭）雞蛋碎了而石頭安然無恙，請同學們大膽猜想一下，雞蛋碎了是不是意味著雞蛋給石頭的力要小于石頭給雞蛋的力呢？

探究性實驗（驗證猜想）

實驗一：教師將兩個彈簧測力計連接在一起，學生用雙手拉兩個彈簧測力計，觀察并記錄兩個彈簧測力計的示數(shù);

實驗二：兩名學生分別用力拉兩個連接在一起的彈簧測力計，觀察并記錄兩個彈簧測力計的示數(shù);

實驗三：教師將兩個彈簧測力計連接在一起，又將其中一個彈簧測力計固定在擋板上，學生用手拉另一個彈簧測力計，觀察并記錄兩個彈簧測力計的示數(shù)。

學生歸納并得出結(jié)論：作用力與反作用力大小是相同的。

演示實驗性DIS實驗（進一步驗證猜想）

（1）教師先用數(shù)據(jù)線將力傳感器、數(shù)據(jù)采集器及計算機連接起來，然后雙手各持一個傳感器，將兩個傳感器的測鉤勺鉤住，且兩個傳感器保持在同一直線上，再運用計算機數(shù)字化實驗軟件得到“力與時間”的圖像，最后讓學生觀察圖像的特點并展開討論。

（2）同樣的原理，教師將兩個連接在一起的力傳感器的一端固定在固定不動的木板上，然后用手拉力傳感器的另一端并使其運動。

教師引導學生觀察所得到的兩個“力與時間”的圖像，得出最終的結(jié)論。

【設計意圖】教師先提出問題引發(fā)學生思考，然后讓學生進行預測。在進行實驗之前，大多數(shù)學生受舊有經(jīng)驗和直覺經(jīng)驗的影響，認為作用力和反作用力大小不相同，如認為力氣大的一方作用力大等。學生通過探究性實驗，用類比法對比多組實驗，分析歸納幾組實驗的共性。這時，教師利用矛盾沖突法引發(fā)學生的認知沖突，并刺激學生頭腦，從而讓學生通過不連續(xù)途徑在舊有的認知圖式中建構(gòu)正確的認知結(jié)構(gòu)。學生親身經(jīng)歷“假設—檢驗”的探究過程，能夠自主地從實驗中得出結(jié)論。而通過歸納實驗的共性，學生能夠培養(yǎng)自身的科學思維和歸納新規(guī)律的能力。教師讓學生觀察DIS演示實驗并得到實驗證據(jù)，再通過對信息技術的運用，能夠鞏固和加深學生對實驗事實的理解。

教師提問：既然作用力和反作用力大小相等，那么用雞蛋碰石頭，雞蛋為什么會碎呢？

教師引導學生回答：因為雞蛋殼的硬度要遠小于石頭的。

教師提問：既然相互作用力大小是相等的，那拔河比賽為什么會產(chǎn)生勝負呢？

教師引導學生回答：因為拔河比賽取勝的關鍵不在相互作用力，而在克服對方的摩擦力，當你施加的拉力大于對方和地面的摩擦力時，對方就會輸。

【設計意圖】教師引導學生利用新建構(gòu)的認知體系解決生活中常見的實際問題，從而加深學生對新知識體系的理解，培養(yǎng)學生對生活中的物理現(xiàn)象進行分析、推理、判斷的能力，從而達到由學科知識向?qū)W科素養(yǎng)有效延展的目的。

三、設計思想及思考

物理學科核心素養(yǎng)是高中階段學生必備的素質(zhì)，同時也作為教師教學的參考導向和依據(jù)。培養(yǎng)學生的科學思維是新課標的核心指向，是“思維式教學”的基礎。傳統(tǒng)的教學側(cè)重于概念式教學，在導入新課時直接將物理概念灌輸給學生，未關注學生可能存在的錯誤的前概念，沒有充分地了解學生是否能夠真正地理解物理概念和物理規(guī)律。學生在學習的過程中受到舊有認知結(jié)構(gòu)的影響，在學習新概念時，往往從字面意思入手，通過感性認識和自己的直覺經(jīng)驗去理解物理概念，導致出現(xiàn)錯誤的認知圖式，形成錯誤的前概念。前概念具有廣泛性、自發(fā)性、頑固性等特點[3]，教師在授課之前應了解學生的前概念，并以多樣化的教學方式為載體，設計合理的教學策略開展教學，從而使學生形成科學概念。

（一）通過創(chuàng)設物理情境，引導學生轉(zhuǎn)化前概念

簡單易操作的物理實驗能夠有效地引導學生轉(zhuǎn)化原有的錯誤概念。教師通過雙手擊掌、兩塊磁鐵未接觸也會產(chǎn)生作用力等實驗，使學生在頭腦中建構(gòu)正確的認知圖式。

（二）引發(fā)學生認知沖突，激發(fā)學生重塑認知結(jié)構(gòu)

受原有經(jīng)驗的影響，如拔河比賽會產(chǎn)生勝負、雞蛋摔在地面上雞蛋會碎等，很多學生會認為作用力與反作用力大小不相等。教師通過展示生活中常見的物理現(xiàn)象，引發(fā)學生認知的不平衡，激發(fā)學生的好奇心和求知欲，從而引導學生從錯誤的前概念走向科學的物理概念，使學生的思維模式發(fā)生轉(zhuǎn)變。

（三）組織猜想—驗證性實驗，培養(yǎng)學生的批判性思維

教師在教學過程中設計一定的探究性學習方案，讓學生經(jīng)歷探究之前的猜想到最后實驗結(jié)果的驗證，從而糾正錯誤的前概念，獲得科學概念。這一過程還能培養(yǎng)學生的批判性思維，有助于學生形成正確的科學態(tài)度，并培養(yǎng)學生熱愛科學的精神。

四、教學建議

新課標下的物理教學以提高學生的核心素養(yǎng)為目標，而學生科學思維和探究能力的發(fā)展作為核心素養(yǎng)的重要組成部分，對學生綜合能力的發(fā)展具有重要作用。學生經(jīng)歷物理概念重建和物理規(guī)律形成是發(fā)展學科素養(yǎng)的有效途徑，其通過對物理概念和規(guī)律的學習、重組、遷移及應用，能提升科學思維和科學探究的能力。傳統(tǒng)灌輸性的教學模式并不能有效地培養(yǎng)學生的批判性思維，所以教師應充分考慮學生所受到的原有認知的影響，一分為二地看待學生的前概念，采用多樣的教學策略并設計合理的教學方案，培養(yǎng)學生的批判性思維。

結(jié)語

前概念在學生的頭腦中廣泛存在，對學生理解和掌握科學概念起著不同程度的阻礙和促進作用，所以，教師應該將前概念作為一種隱性的資源來開展教學。由錯誤前概念轉(zhuǎn)化到科學的物理概念要求教師必須打破原有的傳統(tǒng)教學模式，采取一定的教學策略，并引發(fā)學生的認知沖突。同時，教師應充分考慮學生實際，利用生活中常見的物理現(xiàn)象及圖景，創(chuàng)設一定的生活情境，從而消除負遷移對概念理解的影響，實現(xiàn)錯誤前概念向科學的物理概念的正向轉(zhuǎn)變。

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