用实验干预学生前概念的教学探讨——以“物体的浮与沉”教学为案例

张月兰

(苏州工业园区星海实验中学，江苏苏州 215021)

1 问题的提出

在学习物理之前，中学生对日常生活中所感知的现象和长期的经验积累，已形成了一些对多种物理现象的认识及看法，这就是前概念.即使有些问题他们从没有触及过，但是一旦新问题出现在他们面前时，学生往往会基于现象和经验，依据他们的认知能力，对新问题给以理解或解释.前概念与新知识之间有着合理的延伸或相似，然而前概念与科学概念并不相一致，往往有矛盾和差异.用实验干预学生前概念，呈现前概念与新知识之间的差异，寻找证据来理解新知识，帮助学生从错误的前概念转化到正确的科学概念.这种方式既符合物理学科教学的需要，也符合初中生认知的心理特点.

本文以苏科版物理教材初二年级下册第10章第5节“物体的浮与沉”为案例，阐述利用实验的方式来发现、评价、突破前概念，进而达成新知识的教学设计及其实施.

2 用贴近生活的实验，呈现学生中的前概念

学生的前概念是一种个体特定的认知图式，往往具有隐蔽性.若用灌输式的教学，教给学生正确的知识，在不产生认识冲突的情况下，学生认识不到自己存在着错误的前概念，因而难以顺利地产生正确的认识并形成科学的认知体系.

在教学中通过有效的途径促进学生自主鉴别错误的前概念，明确这些概念是自己主观的认识，这对于提高学生的学习兴趣，实现教学目标是具有重要意义的.由于这些前概念来源于生活现象或以往的经验，教师设计贴近生活且具有针对性的实验活动，通过指导学生观察、分析现象，诱导学生发现自己错误的前概念，就更容易引起他们的共鸣.

例如在“物体的浮与沉”的教学设计中，教师精选两种石块，其中一块体积大的为凝灰岩，另一块体积小的为普通的鹅卵石.将两石块完全浸没于水中，请学生猜想放手后石块的运动情况.学生凭借生活经验，往往猜测两石块都会下沉.通过实验观察，学生发现体积大的石块(凝灰岩)浮起来了，而体积小的石块(鹅卵石)沉下去了.

这时教师进行初步引导，提出问题:要求学生根据所学内容来解释体积大的石块为何上浮?学生回答:根据阿基米德原理，体积大的石块(凝灰岩)排开液体的体积更多，受到的浮力更大，所以体积大的石块会上浮.于是，学生们达成了第1个认识:浮力大的物体会上浮.教师再取出两个石块，请学生比较其所受的重力，有学生用两手掂分量发现体积小的鹅卵石更重.教师又提出问题:鹅卵石为何会下沉?学生回答:鹅卵石所受的重力大，所以下沉.学生们达成了第2个认识:重力大的物体会下沉.这样，潜藏在学生头脑中的前概念通过实验的演示，就被呈现出来了.

教师再演示:取出铅球和木块(铅球体积大，木块体积小)，浸没于水中释放，发现体积大的铅球下沉，这可以说明:所受浮力大的物体不一定上浮.当取出小铁球和木块(小铁球质量小，木块质量大)，放在天平两端时，发现木块所受的重力大，但当浸没于水中释放，发现所受重力大的木块却浮了起来.这样便可帮助学生获得认识:所受重力大的物体不一定下沉.由此可知，物体的浮沉不仅仅由浮力决定，也不仅仅由重力决定.

3 用层层递进的实验，引导学生逐步完善概念

前概念具有自发性，是学生凭自己的感性经验构建的认识.如何让学生逐步找出学习新知识的正确方向?对于如何让学生认识到前概念产生的原因，仅仅凭借教师的讲解是缺少说服力的.

笔者认为:来源于生活的实验素材、简洁明了的问题驱动，能够指引学生思考的正确方向;分组实验、协作交流，能提升学生学习的兴趣，降低他们思考的难度，从而进一步引导学生自己修正其前概念.

例如在“物体的浮与沉”的教学设计中，教师利用生活器材:苹果、颜料管(将小号的水粉或水彩颜料管挤出颜料)、塑料瓶(装沙)、气球、橡皮泥等生活器材，引导学生探究它们浸没于水中释放后的运动情况.

在学生进行猜测和思考的基础上，教师给出探究任务:怎样使下沉的物体上浮?怎样使漂浮的物体下沉?教师在板书汇总学生所用的方法后，启发学生从受力分析的角度来思考因这些方法中改变了什么因素，才发生了浮沉现象的改变(如图1所示).进而得出结论:物体的浮沉是由物体所受的重力和浮力共同决定的.

图1

教师展示悬浮现象——悬浮在盐水中的鸡蛋(课前准备好，为了增加现象的稳定性，可用透明的瓶子放置，并将盖子旋紧)，对悬浮现象进行形象说明.接着启发学生汇总:两种状态——漂浮、悬浮，两种过程——上浮、下沉.引导学生利用平衡力的关系推测漂浮、悬浮时，物体所受的浮力等于重力;猜测上浮时物体所受的浮力大于重力，下沉时物体所受的浮力小于重力.

在上述探究活动中，学生有个体差异，他们会选择不同的方式进行实验.将他们的出发点归纳起来看，不是改变物体所受的重力，就是改变物体所受的浮力.通过教师的引导和汇总，逐步达成了学生对错误前概念的自主修正——物体的浮沉是由重力和浮力的关系决定的;通过实验现象的呈现，达成了对悬浮概念的理解;进而在教师的引导下，找出了物体浮沉的判定条件.至此，学生们便对物体的浮沉形成了较为全面的认知.

4 用深入协作的实验，指导学生建构概念体系

由于前概念具有顽固性，因此如何帮助学生建立稳固、正确的知识体系，给学生提供体验并获取自身的认知就显得非常重要.对于以感性思维为主的初中生来说，如果体验少了，就会少一些理解.本节课教学中，将“浮沉条件”用于实际情境的判断，就是为学生提供在实际情境中体验的机会，消除前概念的负面影响，使之自我理解物理现象以达到知识的内化.在加强自主探究指导的同时，以体验性的学习任务为驱动，使学生在思维的广度和深度上经受训练，从而实现新学知识的稳固建构.

在“物体的浮与沉”的教学设计与实施中，笔者从创设物理情境出发，选用弹簧测力计、水和筒、塑料瓶和沙子等器材，通过学生的协作实验活动(见表1所示)，进行下沉、上浮条件的实验探究和验证，取得了良好的教学效果.

表1

5 教学中需要注意的几个问题

在运用实验进行学生前概念的干预教学过程中，笔者认为需要注意以下几个方面的问题.

(1)及时挖掘学生的前概念，并进行前概念的鉴别.

学生的前概念“潜藏”在其认识体系内，教师要想方设法发掘学生头脑中原有的前概念，并通过精心的实验安排，帮助学生感知前概念的正误，这是进行新知识体系构建的有效保障.如果漠视错误前概念的存在，前概念仍然存在于学生的头脑中，则对当前和今后进一步的学习都会产生干扰.如果不能及时发现前概念，不能引起学生认识冲突，教学就会失去针对性.

(2)充分尊重学生的认知特点，突出教学过程中学生的主体地位.

新课程标准的理念“从生活走向物理，从物理走向社会”，贴近学生的生活实际，符合学生认知特点，给学生一定的时间和空间，让他们来理解自己已有的观点，才有可能实现前概念的矫正.教师在教学环节的设计和重难点的突破方式上，要给学生多一些体验和交流，及时为学生创设一些循序渐进的学习台阶，切忌功利、急躁.

(3)在教学环节中要合理安排实验活动，以提高教学的有效性、针对性.

实验的设计要精心，对既定的实验活动要有预见，实验的环节要简洁且有针对性.不仅要关注实验的结论，而且要重视实验的过程.对于实验的安排切忌盲目，环节不宜过多，以免学生无所适从.实验探究中的协作活动也很重要，组内学生的分工一定要明确落实.

(4)创设好实验教学的物理情境，提高学生的探究欲望和兴趣.

教学中通过生动、科学的实验情境的创设，可以激发学生自主学习的迫切愿望，提高他们进行探究学习的持久兴趣，从而在师生的教学合作与互动中，实现教学目标的切实达成.限于本文的篇幅，这里就不多赘述了.

1 赵强，刘炳昇.建构与前概念［J］.物理教师，2001(7):3-4.

2 ［英］德赖弗，［法］盖内，［法］蒂贝尔吉安主编，刘小玲译.儿童的科学前概念［M］.上海:上海科技教育出版社，2008.

3 陈兵兵.浅谈新课标下物理教学的设计策略［J］.吉林省教育学院学报(学科版)，2011(1):110-111.