借助实验促进学生概念转变的物理教学研究

倪海莹

【摘要】物理教学被看成是“概念转变教学”，实验是促进学生概念转变非常有效的途径。我们可以通过实验探测学生前概念、解决认知冲突、拓展有益经验，从而促进概念转变。

【关键词】概念转变 前概念 认知冲突

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）02-0163-02

物理学习的最基本的方式是基于原有经验的概念转变学习。进而，物理教学也就可以被看成“概念转变教学”。根据多年的教学经验，我认为实验是促进学生概念转变非常有效的途径。物理是一门以实验为基础的学科，实验是科学认识的基础，实验是纠正错误最重要且最有效的手段之一。所以，我们一线教师需要探索的是：如何开发或更好地运用实验说明原有概念的错误所在，使迷失概念发生动摇，直至更正；或者增加验证实验，发展并完善学生与科学观点相一致的正确认识，使其上升为科学概念。

一、通过实验探测前概念，协助学生自己建构科学概念

对教师来说，对学生的认识不但在广度和深度上十分有限，而且容易出现严重的偏差。所以我们在教学过程中应创设一些活动，通过观察实验，启迪学生的思维，给学生充分表达的机会，使学生对一些现象所持的观念明朗化，了解学生在学习相关知识之前究竟存在着哪些认识，分析这些认识产生的原因，以及它们对学生新的学习产生了哪些影响。

【案例】在进行大气压教学前我们往往必做“覆杯实验”，如图1所示，在注满红水的杯口盖上一张硬纸片，将杯子倒过来，发现杯中的水没有倒出。于是教师对学生说（教科书也是这样写的）：由此可见，大气存在着压强，是大气压将纸片托住。但是，对此现象学生有何解释呢？我在两个成绩差异较大的班级做了问卷调查：

特色班（41人）：

平行班（46人）：

以上数据说明在学生中既存在有对概念的掌握起积极作用的——正确前概念，也有起消极作用的——错误前概念（有近半学生认为是被水吸住），即便在同一个学生的大脑中也可能同时存在正确的和迷失的概念（这从上表选项A+D>100% 可以看出），说明他们对一些事物的想法是模糊的。而且不论成绩相差多么大的两个班级，不同观点出现的比率都非常相似。那么如何实现这一概念转变呢？显然，传统的讲授难以真正有效促进学生对正确概念的建构。

我们可以用这样一个实验：把倒过来的杯子挂在真空罩顶（用不干胶挂钩），然后抽气，学生清楚看到纸片落下水流出。当学生从直观的实验现象中发现原有概念已经不能解释新的问题时，学生才会被迫放弃原有的观念，主动建构新的科学概念。教师在没有做出任何解释的情况下对学生又进行了调查：选A的人数为0，而选C的学生达到90%。另外，也有教师在杯底扎一个洞，用手指按住洞时纸片不掉下来，手指移开则纸片掉下，也能证明不是水粘住纸片，使学生的目光聚集到了空气这一变量上。

对于每个学生而言，由于认识问题的深度和广度不同，对事物的理解也就不同、有的较全面有的较片面、有的较深刻、有的流于表面。我们教师应该设计、运用一些直观的实验，让孩子们在回忆过去经验和知识的基础上“唤醒”前概念，同时协助他们自己建构科学概念。

二、运用实验完善有益经验，帮助学生总结提升为科学概念

研究者将促进概念转变的教学策略分为两大类，一类是以学习者原有的正确观点为基础，将其向科学认识发展和拓宽。初中学生思维活跃，有一定知识积累，在这些积累的认识中有许多与科学观点相一致，但却是浅显的、不全面甚至是一知半解的，大多缺乏思维深度和科学性。我们教师应该充分挖掘学生前概念中可以利用的有益经验因素，运用实验为新概念的建立牵线搭桥，以促使学生展开积极主动的学习活动，帮助学生总结和归纳自己观察到的现象、收集到的证据，将其提升为科学概念。

【案例】对于“凸透镜能成什么样的像”这一问题，学生唯一的前概念是“可以当放大镜用——成放大的像”，这一认识正确但太片面，我们怎样才能完善并拓展学生们的知识呢？显然，灌输式教学或简单的结论式教学，不可能使学生真正地理解这些概念。我调整了以往“研究凸透镜成像规律”实验的教学顺序，在成像规律没有告诉学生前把他们带到实验室，要求他们探究“把它当放大镜用时成像有何特点？什么时候不成像？” “还能成别的像吗？用桌上的光屏接收一下看看。” “为什么有的像大有的像小，有规律吗？”学生们在“玩”的过程中充实、完善和总结了凸透镜成像的规律。

三、促进学生概念转变

促进概念转变的第二类教学策略是：建立在认知冲突和解决冲突基础上的教学。早在1982年，康奈尔大学的Posner等教授提出了概念转变模型，提出发生概念转变的四个条件：

（1）对原有概念的不满：让个体处于某种情境，让他用自己的原有概念来解释一些现实问题。只有个体感到自己原有的某个概念在解决实际问题时失去了作用，从而引发认知冲突，他才有可能改变原有概念。

（2）新概念的可理解性：学习者需懂得新概念的真正含义，而不仅仅是字面的理解，他需要把各个片段联系起来，建立整体一致的表征。

（3）新概念的合理性：个体需要看到新概念是合理的，而这需要新概念与个体所接受的其它概念、信念相互一致，而不是相互冲突，它们可以一起被重新整合。

（4）新概念的有效性：个体应看到新概念对自己的价值，它能解决原有概念无法解决的问题且能向个体展现出新的可能和方向，具有启发意义。

可见，学习者首先要意识到新经验与原有观念之间的不一致，从而产生一种“冲突感”，在此基础上，学习者对新、旧经验及其有关的事实、观念进行分析和判断，思考各自的合理性、正确性，直至对新、旧知识经验做出某种调整，以解决它们之间的冲突。在物理教学中引发认知冲突的教学策略以“实验演示”和“探究实验”最能唤起学生的求知欲，效果也最为明显。所以，有经验的教师应该针对学生常犯错误，设计一些实验以呈现日常生活中不能经历到或意想不到的新现象，促使学生轻而易举地调整和改变原有的认知结构。

总之，概念转变教学要求教师提供丰富、具体和具有说服力的物理实验，探测前概念，完善有益经验，引发认知冲突。引导学生对实际产生的问题进行讨论，通过生生之间、师生之间的相互交流和讨论，使学生从不同的角度改进自己的经验和认识，逐步实现对概念的全面、准确的理解（如下图）。

参考文献：

[1]施良方.学习论[M].北京：人民教育出版社，1994.