前概念对中学物理教学的影响及对策分析

和清霖，李随源

(焦作师范高等专科学校 理工学院，河南 焦作 454000)

物理概念是客观事物的物理共同属性和本质特征在人们头脑中的反映，是物理事实的抽象，也是构成物理知识体系的基本要素[1]。如果不能形成正确的概念，就会直接影响学生的学习质量。因此，物理概念教学在整个物理课堂教学中占居极其重要的地位。

现代研究表明，学生在学习新概念时一定会受到前概念的影响。所谓前概念是指学生在正式学习有关物理知识之前，头脑中业已存在的原有认识和该认识赖以形成的思维方式[2]。前概念与科学概念是不一致或相悖的，在物理教学中会对学生正确理解科学概念产生不利的影响，而且前概念往往在学生头脑里根深蒂固，难以纠正。所以，教师在教学过程中必须重视前概念的积极或消极的影响，尽力消除其不利影响，使其对学生的学习产生正迁移作用。

一、前概念特点及其产生原因

(一)前概念的特点

1.自发性和广泛性

前概念源于学生长期以来对日常生活的观察和感知，生活中的经验在他们的大脑中逐步深化，不断发展，经过了感觉、知觉和表象阶段后形成概念[7]。这些前概念完全是学生站在自己的立场上，根据自己的感性经验构建的，是自发形成的。

一般情况下，学生在八年级开始学习物理，他们在长期的生活经验中看到或听到了形形色色的物理现象，对日常生活中有关物理现象的问题也有了自己独特的见解。因此，在他们的大脑中形成的前概念涉及了相当广泛的范围，在力、热、光、电、原等物理学的各个分支中无不存在前概念的影子。

2. 顽固性

前概念是学生长期生活经验积累的结果，在他们的头脑中根深蒂固，难以纠正。有时在课堂上老师已经给出了正确的概念，但学生仍然难以放弃自己的错误概念。在遇到实际物理问题时，还是习惯于凭借自己积累的经验去解决问题，往往不能得出正确的结果。如学生在学过了物体惯性的大小由其质量的大小决定的概念后，仍有学生会根据日常生活经验认为运动快的物体惯性大，运动慢的物体惯性小，物体惯性的大小与物体运动的速度有关。

3. 隐蔽性

前概念是学生在潜移默化中逐步形成的，并以潜在的形式存在于他们的大脑中，平常也不会表现出来。但是，当教师在课堂上讲授科学的物理概念时，他们会立即联想起自己头脑中的前概念，这两种概念共处于学生的头脑中，浅层是教师讲授的科学概念，深层仍然是前概念。当遇到简单的问题时，科学概念占主导地位而前概念则隐蔽起来；当遇到复杂的问题时，科学概念抵挡不住前概念，而前概念又会自然而然地表现出来。

(二)前概念产生的原因

1.由日常生活中的“经验”造成

学生在日常生活中获得的经验是形成前概念的主要原因。在学习正确的物理概念之前，学生们已经在现实生活中获得了一些对事物的直觉认识。他们会根据这种感性认识得到一些经验，从而产生有关物理知识的前概念。有的前概念是正确的，有的则是错误的或片面的，甚至是伪科学的。正确的前概念有利于学生理解和掌握相关的物理知识，而错误的前概念将会对学生科学概念的形成产生不利的影响[3]。例如，对于停在水平面上的小车，人用力推，它就会运动起来，停止用力小车就会停下来。学生由此生活经验得出结论：力是维持小车运动的原因；再如，鸡毛和石块同时从相同高度下落时，石块先落地，这种经验使学生感觉到重物体比轻物体下落得快。

2.由消极的思维定势造成

思维定势的负迁移作用也是形成错误前概念的原因之一。所谓思维定势，就是按照原来积累的思维活动经验、教训和已有的思维规律，在反复使用中所形成的比较稳定的、定型化了的思维路线、方式、程序和模式[4]。思维定势对学生的学习既可以产生正迁移作用，也可以产生负迁移作用。如在学习万有引力定律的应用时，学生会利用过去学习过的数学的思维方式进行不适当的推理，从而得出“两物体之间的距离趋近于零时，物体间的引力无穷大”的错误结论。有的学生习惯于用旧的思维方式去思考新问题，认为“合力就是几个力的代数和”，“静摩擦力随着压力的增大而增大”，从而形成错误的前概念。

3. 由对原有概念认识的局限性造成

在使用物理概念或原理解决实际问题时，要注意在深刻理解物理概念内涵的同时，不能忽视其外延。明确物理概念的外延是正确解决物理问题的关键[5]。如高中物理中机械能守恒定律的成立条件是除重力或弹力做功外，其它力不做功。在解决物体在粗糙的斜面上滑动的问题时，如果机械地套用机械能守恒定律，必然会得出错误的结论。

4. 由对物理词语理解错误造成

物理概念是用一些物理词语来表示的，通过物理词语对感性材料进行抽象和概括，从而揭示事物的本质属性[6]。物理学中的定理、定律等都是用一定的词语进行描述和定义的。从教学实践中发现，学生往往会利用日常生活中对词语的理解去解释物理概念，由此对物理概念产生曲解。如根据生活经验认为“加”就是总体数量在增大，从而认为“加速度”就是物体增加的速度，加速度增大速度就增大，加速度减小速度就减小；“阻碍”就相当于阻力，因此得出楞次定律中“感应磁场总是阻碍原磁通量的变化”就是总是阻止原磁通量变大的错误结论。

二、前概念对物理教学的影响

(一)前概念对物理教学的积极作用

1.正确的前概念可激发学生的学习兴趣

正确的物理前概念是学生学习物理的良好基础和铺垫。尽管这种前概念不能等同于科学概念，但它的正迁移作用却是科学概念学习的资源和新的增长点，有利于学生顺利掌握新知识的概念和知识结构[9]。在课堂上，学生在学习新知识的过程中遇到已有的经验被老师肯定时，往往会表现得很兴奋，对新知识的学习产生更大的兴趣。如八年级学生在学习物理课之前，已经从各种渠道对经典物理的大部分现象有了初步的了解。他们观察过自然界中物体的直线运动、曲线运动、转动、振动等不同的运动形式，感受过物体的失重、超重等现象；知道了自然界的物质可以有固态、液态、气态三种状态，知道水可以蒸发、沸腾、结冰等；知道磁铁可以吸引铁钉，灯泡、电炉等通电后可以发热；了解了晴朗的天空是蔚蓝色的，日出日落时太阳的颜色是红色的等光学现象。学生对这些物理现象的了解和好奇，不仅是他们学习新知识的基础，而且能进一步激发他们的学习兴趣，进而有助于学生构建科学的物理概念。

2. 正确的前概念可以促进概念的同化

概念的同化是指利用学生认知结构中已有的相关概念，以定义的形式直接向学生揭示概念的关键特征，进而使学生获得概念的一种方式[10]。学生在日常生活中积累的经验是概念同化的基础。比如，坐在行驶的火车上的乘客会感觉到铁轨两旁的树木和建筑物在快速向后运动，而自己是静止不动的。此时教师只要稍加引导，告诉学生同一物体的运动，选取不同的参照物可以得到不同的结果，就可以促进学生对运动、静止的相对性的理解。同化和拓展学生认知结构的外延，增强其学习的自信心和成就感，对建立科学的物理概念是极其有利的。

(二)前概念对物理教学的消极作用

前概念是学生在日常生活中获得的直接经验。由于他们的知识经验有限，辩证思维、批判性思维的能力不高，因此，考虑问题时往往不够周全，容易产生片面性，甚至会被某些表面现象所迷惑，看不清事物的本质，从而形成一些错误的概念，这些错误概念会对学生构建科学的概念产生阻碍作用[11]。

前概念的消极作用主要体现在以下几个方面：1)使学生形成思维障碍；2)造成学生考虑问题时以偏概全；3)干扰学生的思维方法；4)阻碍概念的顺应。

学生总是按照自己的思维习惯考虑物理问题，忽视对物理概念内涵的理解。例如，他们认为两队进行拔河比赛时，获胜方对绳子的拉力大于失败方对绳子的拉力；运动的物体有惯性，静止的物体没有惯性；用力推静止在水平面上的木箱时，箱子没动就认为推力小于摩擦力；在水中漂浮的物体受到浮力的作用，而沉在水底的物体不受浮力的作用；求平均速度时习惯应用数学中求平均值的方法，认为平均速度等于几个速度的平均值；学习滑动摩擦时知道正压力越大物体受到的摩擦力就越大，因此，在分析用手握紧悬空的啤酒瓶受力问题时，便认为手握得越紧，瓶子受到的摩擦力就越大。出现上述种种认知错误均是前概念影响的结果。

三、消除前概念不利影响的对策

(一)充分了解和重视学生的前概念

要想转变学生的前概念，教师就必须在教授新课之前通过提问、问卷调查、试题测试、小组讨论等多种方法，全面了解学生大脑中前概念存在的情况[12]。只有充分了解学生在哪些问题上存在前概念，存在什么样的前概念，那些前概念又是如何形成的，才能找到突破口，才可能选择适当的方法帮助学生将前概念转化为科学概念。

例如，在学习力和运动的内容时，教师可以提出一系列问题：力是不是维持物体运动的原因？物体惯性的大小是否与其运动的速度有关？马拉车前进时马拉车的力是不是一定大于车拉马的力？物体运动的加速度减小，其速度是不是也随之减小？针对以上问题，要求学生根据自己的生活经验直接回答“是”或者“否”，鼓励他们畅所欲言，大胆争论，让学生头脑中的错误前概念充分暴露出来。

(二)组织情境教学，修正错误概念

在实际教学过程中，教师创设一定的教学情境，让学生在与实际情况类似的情境中学习、体验，是帮助他们不断修正错误想法，获得科学概念的有效途径之一。前概念一般都是学生在日常生活的具体情境中形成的，不妨用他们获得前概念的真实问题作为实例组织教学活动，更能让其感受到亲切感和真实感，从而获得意想不到的教学效果[13-15]。比如学生在初学力学部分时，搞不清楚受力物体和施力物体，难以理解力的作用是相互的，甚至认为有时候只存在施力物体，有时候只存在受力物体。在此情况下可采用情境教学法进行教学。

1)将全班学生分为2人(分别为甲和乙)一组，彼此相距约80厘米面对面站立，双臂向前平伸，掌心相对。当乙不动、甲用力推乙时，甲乙会同时向后退，甲能明显感觉到乙对他有力的作用。

2)甲乙两同学各手持一弹簧秤，将弹簧秤的挂钩钩在一起对拉，会发现两个弹簧秤都有示数，而且大小总保持相等。

通过创设情境，让学生亲身体验，使他们认识到：只要有力产生，就一定同时具有施力物体和受力物体。施力物体同时也是受力物体，受力物体同时也是施力物体。两者同时产生，同时消失，不可能单独存在施力物体或受力物体。由此在学生的大脑中逐渐构建起有关力的科学概念。

(三)强化实验教学，丰富感性认识

物理学是一门实验科学。实验可使一些抽象的东西变为具体的模型。因此，实验是转化学生错误前概念的有效手段之一，许多物理前概念的转化必须通过实验来实现。采取传统的灌输式方法进行物理概念的教学是不可取的，也是没有效果的[16-19]。

比如，在学习“力”的概念时，有学生根据生活经验对“力的作用是相互的”这句话的理解产生一些偏差，认为“有的力的作用是相互的，有的不一定是相互的”。并以浸在水中的物体受到水的浮力为例，认为“水对物体产生了浮力作用，但物体对水没有作用力”。为此，教师可引导学生进行以下实验：准备半烧杯清水，一个测力计，一个钩码，一个可以测力的台秤。把盛水的烧杯放在台秤上，稳定后记下台秤的读数；用测力计测出钩码所受重力的大小；然后用测力计勾住钩码并将其浸入水中，让学生注意观察测力计和台秤读数的变化情况。学生通过观察很容易发现：此时测力计的读数变小了，说明钩码受到了水的浮力作用；台秤的读数变大了，说明钩码对水也产生了力的作用。这样可使学生亲身感受到“力的作用是相互的”，从而建立起科学的概念。

(三)激发认知冲突，克服经验错误

认知冲突是指个人认知结构与环境或个人认知结构内部不同成分之间的不一致所形成的状态。教师在教学过程中要有意创设可使学生产生矛盾想法的问题情境，使他们充分暴露出那些错误的想法，经过与科学观点的比较，认识到自己原有的经验知识的不足，以及思维方法的错误，促使学生丢弃过去的错误想法。同时，产生认知冲突的时候也正是学生注意力最集中的时候，教师要充分利用这一点，变被动为主动，使前概念变为学生学习的动力[20]。

比如，在学习“自由落体运动”的规律时，针对是轻物体下落得快还是重物体下落得快的问题，学生们往往会根据自己的生活经验认为“当然是重物体下落得快”。此时，教师不要急于否定学生的想法，可以通过以下简单的实验进行探究和验证：

1)拿一小段粉笔头和一张纸片，让它们从同一高度同时下落，可以看到果然是粉笔头先落地，即重物体下落得快；

2)拿两张完全相同的纸片，将其中的一张纸片搓成纸团，让它们从同一高度同时下落，会发现纸团先落地，即相同重量的物体下落得快慢不同；

3)拿一张小纸片和一张大报纸，将小纸片搓成纸团，让它们从同一高度同时下落，结果是纸团先落地，即轻物体下落得快；

4)把实验(1)中的纸片搓成和粉笔头大小差不多的纸团，让其和粉笔头从同一高度同时下落，会发现它们几乎同时落地，即轻重不同的物体下落得一样快。

通过以上实验，巧妙地引入问题情境，使学生头脑中已有的前概念和观察到的实验现象产生冲突，激起其思维的碰撞，甚至产生茫然：到底是重物体下落得快还是轻物体下落得快呢？由此激发学生的学习兴趣和探究欲望。

此后，教师可组织学生针对上述实验结果进行讨论、分析，并以牛顿管实验做进一步验证，最后得出结论：之所以我们通常看到的重物体比轻物体下落得快，是由于物体受到空气阻力作用的结果。如果没有阻力的影响，轻重不同的物体下落得快慢相同。从而顺利地将错误的前概念转化为科学概念。

四、结束语

前概念转化为科学概念需要学生思维结构和思维方式的变革，需要他们克服原有的思维定势，打破原来的认知结构，建立一种全新的认知结构。因此，不能期望通过简单的说教就可以将前概念转化为科学概念；也不可能经过几次纠正就能使前概念彻底消除。在今后相当长的一段时间内，前概念的转化问题仍然是广大教育工作者深入研究的热点课题之一。

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