促進錯誤“前概念”轉(zhuǎn)化的初中物理深度學(xué)習(xí)策略

摘" " 要：基于深度學(xué)習(xí)的實現(xiàn)機制，結(jié)合認知沖突的教學(xué)策略，提出了初中物理錯誤“前概念”的轉(zhuǎn)化策略。該教學(xué)策略共分為四個階段：初始階段，創(chuàng)設(shè)問題情境，激活錯誤“前概念”，促使深度學(xué)習(xí)發(fā)生；沖突階段，呈現(xiàn)事實證據(jù)，引發(fā)認知沖突，維持深度學(xué)習(xí)狀態(tài)；沖突解決階段，轉(zhuǎn)化錯誤“前概念”，建構(gòu)科學(xué)性概念，促進深度學(xué)習(xí)的發(fā)展；能力提升階段，甄選陌生情境，進行遷移運用，為深度學(xué)習(xí)提供支持。實踐證明，該教學(xué)策略能促進概念的轉(zhuǎn)化，使學(xué)習(xí)更具深度。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；錯誤“前概念”；概念轉(zhuǎn)化；實驗教學(xué)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2025）2-0027-6

《義務(wù)教育物理課程標準（２０２２年版）》強調(diào)要遵循初中學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律，關(guān)注學(xué)習(xí)生長點，建議從學(xué)生的已有經(jīng)驗和認知水平出發(fā)，重視物理概念的建構(gòu)過程［１］。物理與生產(chǎn)生活實際密切相關(guān)，學(xué)生是帶著日常經(jīng)驗、生活常識和根據(jù)所感知的現(xiàn)象、常識及經(jīng)驗總結(jié)加工所得出的認識走進課堂的［２］，這些經(jīng)驗、知識、信念等被稱為“前概念”。學(xué)生的“前概念”，有的支持新學(xué)習(xí)的發(fā)生，有的則起到阻礙作用，當學(xué)生的“前概念”與“科學(xué)性概念”發(fā)生沖突時，就會給學(xué)習(xí)帶來很大的困擾［３］。例如，學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗存在“物體沒被推動是因為施加的推力小于阻力”這個錯誤“前概念”，等到他們學(xué)習(xí)“摩擦力”時，這個錯誤“前概念”就會出來“作祟”。學(xué)生的錯誤“前概念”往往根深蒂固，如果課堂上沒能充分促進錯誤“前概念”的轉(zhuǎn)化，就會出現(xiàn)“教師反復(fù)講、學(xué)生反復(fù)錯”的現(xiàn)象。如何轉(zhuǎn)化錯誤“前概念”，幫助學(xué)生順利習(xí)得科學(xué)性概念，是一線教師必須正視的問題。

１" " 學(xué)生的先行經(jīng)驗中存在大量錯誤“前概念”

人們在進行認知活動時，習(xí)慣依賴先行經(jīng)驗，學(xué)生在開展學(xué)習(xí)活動時也不例外。通過對一線教師進行訪談，結(jié)合長期教學(xué)實踐，梳理出學(xué)生在正式接受物理學(xué)習(xí)前已有的錯誤“前概念”清單。在新授課開始前，命制檢測題對清單內(nèi)羅列出的錯誤“前概念”進行逐一診斷。部分檢測題及學(xué)生作答情況如表１所示。

表１所示的僅是學(xué)生存在的錯誤“前概念”的冰山一角。這些錯誤“前概念”是學(xué)生正確理解科學(xué)性概念的“攔路虎”，如不及時清掃，很難進行深度學(xué)習(xí)。

２" " 深度學(xué)習(xí)視域下錯誤“前概念”的轉(zhuǎn)化策略

在學(xué)生的先行經(jīng)驗中，存在大量錯誤“前概念”已是不爭的事實。這些錯誤“前概念”影響著科學(xué)性概念深度建構(gòu)的起點、方向、過程和結(jié)果［４］。圖１是錯誤“前概念”的傳統(tǒng)教學(xué)策略。有些教師認為，通過科學(xué)概念的講解和錯誤觀點的辨析，能讓學(xué)生意識到自己理解的錯誤，并轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念。事與愿違的是，大量事實表明，常規(guī)教學(xué)并不能促進錯誤“前概念”的有效轉(zhuǎn)化［５］。

深度學(xué)習(xí)是理解性學(xué)習(xí)，是建立在學(xué)生先前知識基礎(chǔ)上的概念改變［３］。利用學(xué)生錯誤“前概念”中的矛盾事實與思考方式的認知沖突，讓他們體驗不能解釋的驚異與糾結(jié)，從而促進概念的變化，這就是眾所周知的“認知沖突”方略［６］。基于深度學(xué)習(xí)的四個實現(xiàn)機制［７］，結(jié)合“認知沖突”的教學(xué)策略，立足教學(xué)實際，提出了如圖２所示的指向錯誤“前概念”轉(zhuǎn)化的初中物理深度學(xué)習(xí)策略。

２．１" " 創(chuàng)設(shè)問題情境，激活錯誤“前概念”，觸發(fā)深層動機

學(xué)生的錯誤“前概念”是長期被他們奉為“真理”存在的，很難自行察覺到錯誤之處。通過情境誘發(fā)、問題驅(qū)動，給學(xué)生提供表達出錯誤“前概念”的機會，為下階段引起認知沖突做好鋪墊。例如，為激活“電風(fēng)扇吹出溫度較低的涼風(fēng)使人感到?jīng)隹臁边@個錯誤“前概念”，可以結(jié)合當?shù)厝说纳盍?xí)慣，創(chuàng)設(shè)以下情境：夏天，廣州人民很喜歡去大排檔吃宵夜。為了增加顧客的用餐體驗，店主會在周圍配置很多大風(fēng)扇。為什么吹電風(fēng)扇人會感到?jīng)隹炷兀吭谡鎸嵡榫车闹ハ?，學(xué)生能快速、準確地將錯誤認知表達出來。

２．２" " 呈現(xiàn)事實證據(jù)，引發(fā)認知沖突，維持深度學(xué)習(xí)

激活錯誤“前概念”僅能調(diào)動學(xué)生的有意注意，但不能起到轉(zhuǎn)化錯誤概念的目的。需呈現(xiàn)事實證據(jù)，引起認知沖突，讓學(xué)生在認知沖突帶來的身心震撼中自覺意識到思維誤區(qū)。例如，可以用溫度計同時測量電風(fēng)扇吹出風(fēng)的溫度和周圍環(huán)境的溫度，通過兩者溫度相同這個“出乎意料”的現(xiàn)象，引起足夠的認知沖突。認知沖突激發(fā)的矛盾心理能提升學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)生迫切渴望解決困惑，維持深度學(xué)習(xí)狀態(tài)。

２．３" " 轉(zhuǎn)化錯誤“前概念”，建構(gòu)科學(xué)性概念，促進深度學(xué)習(xí)

一邊是自己長期信賴的“真理”，一邊是堅如磐石的事實證據(jù)，學(xué)生陷入糾結(jié)、郁悶中，迎來了學(xué)習(xí)“高潮”。接著，教師要及時借助實驗等教學(xué)手段植入科學(xué)性概念，徹底粉碎錯誤“前概念”。例如，可以讓學(xué)生體驗以下實驗：用保鮮膜將右手包起來，左手不做任何處理，再將左右手同時置于同一電風(fēng)扇前。通過實踐參與，幫助學(xué)生精準建構(gòu)“電風(fēng)扇吹出的風(fēng)加速人體表水分蒸發(fā)，由于蒸發(fā)吸熱，所以人感覺涼快”這個知識點，使學(xué)習(xí)更具深度。

２．４" " 甄選陌生情境，進行遷移運用，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)最終表現(xiàn)在對知識的深度理解和遷移運用兩個方面。從不同角度呈現(xiàn)同一問題可以加深對概念的全面理解，為遷移運用能力的培養(yǎng)提供“沃土”。當學(xué)生已經(jīng)形成完整的科學(xué)性概念后，給他們提供內(nèi)容豐富的“練兵場”，培養(yǎng)他們在陌生情境中解決問題的能力，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

３" " 深度學(xué)習(xí)視域下錯誤“前概念”轉(zhuǎn)化策略的教學(xué)實踐——以人教版“牛頓第一定律”為例

為診斷學(xué)生對“運動是否需要靠力來維持”這個觀點的看法，在完成力、彈力和重力的學(xué)習(xí)之后，學(xué)習(xí)牛頓第一定律之前，利用以下檢測題開展概念診斷。

【前測題】 如圖3所示，輕質(zhì)彈簧一端固定在墻上，物塊Ｍ沿光滑水平面向左運動，壓縮彈簧運動到Ａ點時，速度為ｖＡ，在方框內(nèi)用“·”表示物塊Ｍ，畫出物塊Ｍ經(jīng)過Ａ點時的受力示意圖。

利用上述前測題，對３２３名學(xué)生開展調(diào)查，獲得的數(shù)據(jù)如表２所示。

由表２可知，７２．１４％的學(xué)生認為，物塊還受到一個水平向左的推力，解釋如下：物塊Ｍ經(jīng)過Ａ點時的速度水平向左，所以它一定受到一個水平向左的拉力?？梢?，“運動需要力來維持”這個觀點在學(xué)生心里留下了深深的烙印。課標對本節(jié)課的要求是：通過實驗和科學(xué)推理，認識牛頓第一定律；能運用物體的慣性解釋自然界和生活中的有關(guān)現(xiàn)象。轉(zhuǎn)化“運動需要力來維持”這個錯誤“前概念”，是幫助學(xué)生理解牛頓第一定律的前提。

３．１" " 深度學(xué)習(xí)的發(fā)生：情境誘發(fā)、問題驅(qū)動、概念激活

深度學(xué)習(xí)的發(fā)生高度依賴真實的問題情境，通過創(chuàng)設(shè)真實的學(xué)習(xí)情境，為知識的深度理解提供“溫床”。

【創(chuàng)設(shè)“真”情境】 將折好的紙飛機放飛，紙飛機在空中劃出一條完美的曲線。（教師可以讓學(xué)生當堂放飛紙飛機，增強體驗感）

【提出“真”問題】 如圖4是老師折的紙飛機在空中飛翔的運動軌跡，請同學(xué)們畫出這個紙飛機在最高點Ｃ的受力示意圖。

【驅(qū)動問題１】 （教師投影學(xué)生典型的答案）絕大部分同學(xué)認為，在Ｃ點，紙飛機受到重力、空氣施加的水平向右的阻力和水平向左的推力。請闡述你認為紙飛機受到水平向左的推力的依據(jù)？

【驅(qū)動問題２】 你認為紙飛機受到的阻力和推力大小關(guān)系是什么？

【驅(qū)動問題３】 紙飛機從離開手到落地前，除了Ｃ點外的其他位置是否也受到向前推力的作用呢？阻力與推力的大小關(guān)系又是如何？

放紙飛機是學(xué)生再熟悉不過的場景，利用學(xué)生熟知的場景導(dǎo)入，可以降低學(xué)生的防備心理，促使他們勇于表達自己的看法，順利激活“運動需要力來維持”這個錯誤認知。

３．２" " 深度學(xué)習(xí)的維持：呈現(xiàn)證據(jù)、產(chǎn)生困惑、引發(fā)沖突

順利導(dǎo)出學(xué)生錯誤“前概念”后，立即呈現(xiàn)足夠的事實證據(jù)，引發(fā)認知沖突，讓他們在驚異和郁悶中自主意識到錯誤所在，維持深度學(xué)習(xí)的狀態(tài)。

【問題思考１】 如果紙飛機離手后，在水平方向受到的推力始終大于阻力，我們就可以進一步推理得出，紙飛機在水平方向上速度的變化。

通過前面章節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道力能改變物體的運動狀態(tài)。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生很容易推導(dǎo)出：在水平方向上，由于紙飛機受到的合力方向與運動方向相同，所以紙飛機在水平方向上做加速運動。

【知識遷移】 實驗是驗證猜想最好的方法。聯(lián)系“測量物體運動的平均速度”實驗，如果要測量紙飛機在飛行過程中水平方向上速度的變化，你有什么好的提議？

在第一章“機械運動”中，學(xué)生已經(jīng)掌握測量物體平均速度的方法。教師只需稍加引導(dǎo)，學(xué)生就能對知識進行遷移運用。

【問題思考２】 在“測量物體運動的平均速度”實驗中（圖5），小車是沿直線運動的，所以我們只需要測量ｓ１、ｓ２、ｔ１、ｔ２，即可算出對應(yīng)的平均速度。但是，我們的紙飛機飛行軌跡是曲線，要如何優(yōu)化呢？

【實驗創(chuàng)設(shè)】 在實際生活中，很難讓紙飛機沿水平方向飛行。我們可以用圖６所示的實驗器材模擬紙飛機沿水平方向飛行的場景。其中，滑塊模擬紙飛機。氣墊導(dǎo)軌在工作時可以在滑塊和導(dǎo)軌之間形成一層薄空氣層，使滑塊在氣墊上運動，而不是在導(dǎo)軌工作面上滑行。導(dǎo)軌上安裝4個光電門，１號和２號光電門連接右側(cè)數(shù)字計時器，３號和４號光電門連接左側(cè)數(shù)字計時器。調(diào)節(jié)光電門的位置，確保ｓ１２＝ｓ３４，利用計時器分別測量滑塊經(jīng)相同距離所需時間ｔ１２和ｔ３４（表3）。

【問題思考３】 如果同學(xué)們的猜想正確，該實驗會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

【實驗演示】教師通過改變橡皮筋的形變量改變滑塊的初速度，多次實驗獲取數(shù)據(jù)。

【引起認知沖突】 分析實驗數(shù)據(jù)，你能得出什么結(jié)論？

實驗表明，水平向左運動的滑塊在做減速運動，說明滑塊沒有受到水平向左的合力，學(xué)生對這個事實證據(jù)驚訝不已?！俺龊跻饬稀钡膶嶒灁?shù)據(jù)引發(fā)足夠的認知沖突，推動學(xué)生主動揭示錯誤“前概念”，并意識到自己的認知存在錯誤。接下來，要幫助學(xué)生揭曉科學(xué)性概念，以達到置換概念的目的。

【思維疏導(dǎo)１】 我們知道，滑塊受到阻力的施力物體是空氣，假如“推力”真的存在，請問這個“推力”的施力物體是誰呢？

【思維疏導(dǎo)２】 既然找不到“推力”的施力物體，說明這個“推力”是不存在的。

上述思維的疏導(dǎo)幫助學(xué)生及時按下“確認鍵”，肯定自己存在錯誤“前概念”。

３．３" " 深度學(xué)習(xí)的促進：科學(xué)推理、認知調(diào)整、概念置換

學(xué)生已然知曉自己存在錯誤“前概念”，但對為什么會存在這樣的錯誤百思不得其解，教師可以借助“問題鏈”和分組實驗揭曉真理。

【問題１】 根據(jù)表３，請分析滑塊做減速運動的原因？

【問題２】 如果導(dǎo)軌足夠長，請判斷滑塊最終的運動狀態(tài)？

【問題３】 如果滑塊受到的阻力逐漸減小，它在水平方向上的移動距離會如何變化？

【分組實驗】 學(xué)生以２人為一組，進行“阻力對物體運動的影響”的實驗。

【分析實驗】 根據(jù)實驗現(xiàn)象，你能得出什么結(jié)論？

【科學(xué)推理】 設(shè)想一下，如果小車運動時不受阻力，它是不是就不會停下來了？

【結(jié)論梳理】 根據(jù)科學(xué)推理結(jié)果，如果小車運動時不受阻力的話，小車就會一直保持運動狀態(tài)，說明運動需不需要力來維持？

通過上面的教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生基本理順了思路，明白了運動不需要力來維持。隨即，教師講解牛頓第一定律和慣性，幫助學(xué)生搭建知識板塊。

３．４" " 深度學(xué)習(xí)的支持：情境運用、知識遷移、健全新知

當學(xué)生對所學(xué)知識有較全面的了解后，教師立即引導(dǎo)學(xué)生解釋紙飛機離手后還能向前飛行和滑塊被橡皮筋彈出后能繼續(xù)運動的原因，做到首尾呼應(yīng)。然后，要從不同角度考查這個知識點，給學(xué)生提供新穎（陌生）的問題情境，健全對新知的理解，為深度學(xué)習(xí)狀態(tài)的持續(xù)發(fā)展提供支撐。

學(xué)生存在大量錯誤“前概念”是初中物理教學(xué)無法規(guī)避的現(xiàn)實問題。常規(guī)的教學(xué)策略對錯誤“前概念”的轉(zhuǎn)化無濟于事，基于深度學(xué)習(xí)理念，結(jié)合認知沖突的教學(xué)策略，提出的初中物理錯誤“前概念”的轉(zhuǎn)變策略，能粉碎錯誤“前概念”，為科學(xué)性概念的建構(gòu)掃清障礙，有效促進錯誤“前概念”的轉(zhuǎn)化，走向深度學(xué)習(xí)。

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（欄目編輯" " 劉" "榮）