基于前測(cè)的物理概念教學(xué)實(shí)踐
——以“力”的教學(xué)為例

李立娟 李小波 牛林 段俊霞

(1. 北京市通州區(qū)潞河中學(xué)，北京 101100；2. 北京市通州區(qū)玉橋中學(xué)，北京 101100)

1 問題的提出

物理概念是物理學(xué)理論體系的基礎(chǔ)，物理概念教學(xué)是物理教學(xué)的重中之重。《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》指出：物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面。物理觀念是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華，因此指向核心素養(yǎng)的物理教學(xué)呼喚更加有效的物理概念教學(xué)。

有學(xué)者把科學(xué)學(xué)習(xí)看作學(xué)生關(guān)于自然現(xiàn)象的原有概念的發(fā)展或轉(zhuǎn)變,而不是新信息的點(diǎn)滴累積過程。[1]大量研究表明：學(xué)生已有觀念對(duì)其學(xué)習(xí)會(huì)產(chǎn)生巨大影響，這類觀念被研究者稱之為前概念(Preconception)。前概念中的“概念”并不是嚴(yán)格意義上的狹義概念，而是更接近于觀念，是頭腦中對(duì)某一對(duì)象(事物、現(xiàn)象、過程等)的觀點(diǎn)、看法。[2]因此，我們可以將前概念理解為學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容之前，頭腦中已經(jīng)存在的與學(xué)習(xí)內(nèi)容有關(guān)的觀念、看法、認(rèn)識(shí)等。在學(xué)生的前概念中既存在符合科學(xué)的認(rèn)知，也存在偏離科學(xué)的認(rèn)知。[3]準(zhǔn)確地把握學(xué)生的前概念，并在教學(xué)中幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)化是物理概念教學(xué)中的核心課題。筆者嘗試?yán)媒虒W(xué)前測(cè)探查學(xué)生前概念，并據(jù)此選擇不同教學(xué)策略，下面以“力”的教學(xué)為例進(jìn)行探討。

2 運(yùn)用前測(cè)問卷調(diào)查，精準(zhǔn)把脈學(xué)情

在整個(gè)中學(xué)階段的學(xué)習(xí)中，學(xué)生對(duì)“力”這一概念的認(rèn)識(shí)會(huì)經(jīng)歷如下進(jìn)階：在大量的物理情境中建立“力是物體間的相互作用”，改變學(xué)生“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”的錯(cuò)誤前概念；明了“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”，在建構(gòu)了加速度概念和學(xué)習(xí)牛頓第二定律之后，明了“力是產(chǎn)生加速度的原因”；功是力在空間上的積累，沖量是力在時(shí)間上的積累，在概念變化和重建中，使學(xué)生對(duì)力的理解呈螺旋上升之勢(shì)。[4]

初二學(xué)生的物理學(xué)習(xí)剛剛起步，“力”是學(xué)習(xí)力學(xué)的開篇，是后面學(xué)習(xí)其他力學(xué)知識(shí)、豐富力的概念、樹立科學(xué)的“運(yùn)動(dòng)和相互作用”觀念的基礎(chǔ)。為精準(zhǔn)把握學(xué)情，筆者對(duì)初二年級(jí)320名學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，并針對(duì)問卷結(jié)果對(duì)部分學(xué)生進(jìn)行了非正式訪談，以下為問卷題目和學(xué)情分析。

表1 對(duì)力的概念的認(rèn)識(shí)

學(xué)情分析：92%的學(xué)生能夠舉出生活中用到力的實(shí)例，如人推車、手拉弓、磁鐵吸引鐵釘……其中只有3%的學(xué)生了解力在物理學(xué)中的定義，對(duì)這些學(xué)生進(jìn)行追問，了解到他們是提前接觸了物理的學(xué)習(xí)，但對(duì)于概念的理解近乎停留在字面上。

由此可以了解到，小學(xué)科學(xué)課程的學(xué)習(xí)和已有的生活常識(shí)使學(xué)生對(duì)力已經(jīng)有一定的認(rèn)識(shí)，學(xué)生頭腦中有大量的生活實(shí)例，這些都為教學(xué)提供了豐富的形象素材。問題1在設(shè)置上為學(xué)生示范了表述的形式，也為初步建立力的概念作了鋪墊。教學(xué)中要充分利用學(xué)生所舉的實(shí)例，幫助學(xué)生順利地從感性認(rèn)識(shí)上升到科學(xué)概念。

表2 對(duì)力產(chǎn)生條件的認(rèn)識(shí)

學(xué)情分析：對(duì)于問題3，24%的學(xué)生回答為“是”，所舉例即為生活中常見的兩個(gè)物體相互接觸的產(chǎn)生力的情境；48%的學(xué)生認(rèn)為“不是”，但不能舉例說(shuō)明；只有28%的學(xué)生根據(jù)已有生活常識(shí)能舉出磁體間的相互作用作為反例。對(duì)于問題4，48%的學(xué)生認(rèn)為“是”，實(shí)例同樣來(lái)自于日常所見；52%的學(xué)生認(rèn)為“不是”，這其中只有10%的學(xué)生能舉出反例，但在舉例說(shuō)明時(shí)表述并不精準(zhǔn)，例如“兩塊只是靠在一起的石頭”。

由此可見，學(xué)生的常識(shí)經(jīng)驗(yàn)為教學(xué)提供了一定可借鑒的資源，但同時(shí)暴露出學(xué)生在生活中形成了一些錯(cuò)誤的認(rèn)知，這些錯(cuò)誤的前概念亟待在教學(xué)中予以轉(zhuǎn)化。對(duì)力的產(chǎn)生條件的認(rèn)識(shí)上，錯(cuò)誤前概念的形成主要是由于一些不常見的實(shí)例沒有進(jìn)入學(xué)生的視野，學(xué)生沒有注意到生活中這些反例的存在，因此在課堂上要直觀呈現(xiàn)這些例子，通過學(xué)生探究或者教師演示，做到“眼見為實(shí)”，初步幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)化。

表3 對(duì)相互作用力的認(rèn)識(shí)

學(xué)情分析：對(duì)于問題5，58%的學(xué)生能選出正確選項(xiàng)C,但沒有具體說(shuō)明；18%的學(xué)生能正確作答并有分析，例如“石頭比較硬”等等；有20%的學(xué)生錯(cuò)選B，4%的學(xué)生錯(cuò)選A。

此題的正確率超過筆者預(yù)期，表明學(xué)生對(duì)“物體間力的作用是相互的”已有初步認(rèn)知，但與此同時(shí)，通過訪談了解到，對(duì)于相互作用的兩個(gè)力大小相等的關(guān)系，多數(shù)學(xué)生沒有明確認(rèn)知，鮮有與此相關(guān)的生活經(jīng)驗(yàn)。

表4 力的作用效果及影響因素

學(xué)情分析：對(duì)于問題6，62%的學(xué)生能舉出恰當(dāng)?shù)纳顚?shí)例，同樣為教學(xué)中從具體到概括提供了支持。對(duì)于問題7，18%的學(xué)生能回答出一二，但不全面，82%的學(xué)生沒有回答或者回答錯(cuò)誤。

對(duì)于力的作用效果學(xué)生不難理解，教學(xué)中同樣要充分利用學(xué)生所舉實(shí)例，要著重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行概括。學(xué)生對(duì)于力的三要素作答的情況不理想，通過訪談了解到和問題設(shè)置方向不明確有關(guān)，通過簡(jiǎn)單舉例學(xué)生就能清楚，這部分內(nèi)容教學(xué)中應(yīng)該用實(shí)驗(yàn)予以突破。由此也可以看到，前測(cè)問卷中問題設(shè)置的精準(zhǔn)性直接影響對(duì)學(xué)生前概念的探查結(jié)果。

3 基于前測(cè)的概念教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

在學(xué)生的前概念中，既存在科學(xué)的認(rèn)知，也存在偏離科學(xué)的認(rèn)知。以下結(jié)合教學(xué)實(shí)踐對(duì)這兩種情況具體展開說(shuō)明。

3.1 豐富感性材料，發(fā)展理性認(rèn)識(shí)

關(guān)于對(duì)“力的概念”和“力的作用效果”的認(rèn)識(shí)，前測(cè)為我們提供了豐富的有助于形成科學(xué)概念的感性材料，這些都符合科學(xué)的認(rèn)知。在教學(xué)中我們要充分利用學(xué)生所舉的大量實(shí)例，幫助學(xué)生從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)。

例如在“力的概念”教學(xué)環(huán)節(jié)，教師先用圖片展示生活中與力相關(guān)的情境，之后展示學(xué)生在前測(cè)中所舉的用到力的例子，并引導(dǎo)學(xué)生分析、概括出特點(diǎn)，兩個(gè)物體之間用一個(gè)“動(dòng)作”連接，即：物體→作用→物體，由此得出力的定義：物體對(duì)物體的作用。教師接下來(lái)講解施力物體和受力物體，再引導(dǎo)學(xué)生自己舉例，分析其中的施力物體和受力物體。學(xué)生對(duì)于自己所舉的實(shí)例易于理解，提高了學(xué)生的課堂參與度，同時(shí)使學(xué)生頭腦中原有的概念與新學(xué)習(xí)的概念密切聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的同化與順應(yīng)。

3.2 設(shè)疑引發(fā)沖突,轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤概念

前概念中一些錯(cuò)誤的、片面的認(rèn)識(shí)會(huì)對(duì)物理概念的教學(xué)產(chǎn)生消極的影響，錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)如果得不到及時(shí)、有效的糾正，極易使學(xué)生形成負(fù)面的思維定勢(shì)，阻礙科學(xué)概念的建構(gòu)，因此筆者在教學(xué)中通過設(shè)疑引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤認(rèn)知并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變。

在“相互作用力”教學(xué)環(huán)節(jié)，前測(cè)反映出學(xué)生對(duì)“一對(duì)相互作用力大小相等”缺乏感性認(rèn)知，并且有部分學(xué)生認(rèn)為“以卵擊石”中蛋殼破碎就是因?yàn)槭^給雞蛋的力更大，為了轉(zhuǎn)變學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)知，筆者在教學(xué)中應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，為學(xué)生直觀呈現(xiàn)相互作用的兩個(gè)力的大小關(guān)系，取得了較好的效果。維果斯基指出：“科學(xué)概念的直接教授是不可能的,而且也是沒有效果的?！盵5]筆者在前測(cè)中有意創(chuàng)設(shè)問題情境,讓學(xué)生充分暴露不科學(xué)的認(rèn)識(shí),并通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生意識(shí)到自己原有認(rèn)識(shí)中的不足和錯(cuò)誤,實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變。

4 總結(jié)與反思

筆者在教學(xué)實(shí)踐中，利用前測(cè)探知學(xué)生的前概念，并發(fā)現(xiàn)學(xué)生的反饋有些在預(yù)想之中，有些超出了以往的經(jīng)驗(yàn)，因此前測(cè)更能精準(zhǔn)地把握學(xué)情。同時(shí)為了更好地探查出學(xué)生的認(rèn)知情況，在前測(cè)中多使用的是問題而不是物理習(xí)題，并且多數(shù)以表述題的形式出現(xiàn)。相關(guān)研究表明：對(duì)于學(xué)習(xí)者而言，前概念大都是有一定“道理”的，甚至比科學(xué)的觀念更容易得到認(rèn)同。因此，如果在學(xué)習(xí)活動(dòng)中學(xué)習(xí)者不能獲得足夠的、可信的依據(jù)，他們頭腦中的前概念是不會(huì)輕易轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念的。[6]教學(xué)中要充分重視學(xué)生的前概念，在此基礎(chǔ)上選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略，充分開展自主探究和演示實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)概念的建構(gòu)。有研究表明：一個(gè)重要概念的轉(zhuǎn)變不能通過革命的方式發(fā)生，概念的轉(zhuǎn)變?cè)诒举|(zhì)上是一個(gè)漸變過程，教學(xué)中要充分重視這個(gè)漸變的過程。筆者在實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的流逝，有些學(xué)生的錯(cuò)誤前概念在變化的情境中會(huì)出現(xiàn)反復(fù)，因此在教學(xué)中重點(diǎn)予以突破的同時(shí)，還需要設(shè)計(jì)有針對(duì)性的作業(yè)進(jìn)行鞏固。