戴兴华
前概念是在进行正式学习之前,学生对相关内容的已有认识和理解,这里既包括科学的、正确的理解,也包括片面的、错误的认识.就高中物理学习而言,学生的前概念认知主要源于两个方面,一是学生在小学阶段的科学课程学习以及初中物理的系统化学习,这些都是学生物理学习的前概念重要组成;此外,学生在生活中会对一些物理现象进行自发的总结和解读,并进一步融合进自己的物理知识体系.这些前概念在学生进行物理学习时,都会发生一些迁移影响,而教师对此要巧加引导,充分发挥前概念的积极作用,减轻其负面影响.
1前概念的基本特征
高中物理教学中,教师要让前概念的效果发挥得最好,首先就要认识到学生在物理学习方面前概念的特征,其具体内容有以下几点.
1.1广泛性
在进行高中物理学习之前,学生已经有了十几年的生活经验,对生活中的物理现象多有接触和感悟,特别是在初中物理学习之后,他们会尝试着用物理的语言来解释这些现象.所以,他们已有的前概念有着广泛性,再加上生活化的物理情境往往是多元素共同作用的系统,因此相关解释所包容的物理性理解可谓是包罗万象,也就是说学生的前概念广泛存在于力、热、声、电、光等多个物理分支里,这也预示着学生在各个章节学习时,都会遇到前概念的影响.
1.2自发性
学生本就有着对周边世界的探究欲,所以当他们受到生活中某些场景的刺激时,他们会自发地尝试着去解释和理解,正是这些经验在学生头脑中的进一步发展,并通过一系列感知和思考活动,学生最终实现了概念的形成,因此这些前概念都具有自发性.
1.3顽固性
正是由于学生的前概念源于他们长期的经验积累,因此它们给学生的印象非常深刻,可以用根深蒂固来形容.因此在学生进行正式学习时,某些肤浅甚至错误的概念就显得非常顽固,实践也证明,前概念的干扰是学生建构知识的最大障碍之一.
1.4隐蔽性
学生的前概念是他们在生活中潜移默化地形成的,因此他们的存在形式非常隐蔽,一般情况下它们不会主动显露出来.只有在对相应内容进行学习时,学生的联想机制才会从记忆系统中提取出相应的前概念认知,这也给我们研究学生的前概念结构带来一定的困难.
1.5层次复杂性
学生在建构认知时,会大量地使用自己已有知识为基础,并以习惯性的思维方式来进行认识活动.因此不同的学生在构建前概念时,他们的出发点未必相同,这就表明,学生对相同的物理情境所构建的前概念可能是不一样的.所以,教师在进行教学设计时,要多角度地研究问题,尽可能全面把握学生的前概念情况.
2迁移理论在高中物理教学中的应用策略
迁移理论认为,正确前概念对学生的物理学习有着积极的促进作用(即“正迁移效应”),而错误的前概念会严重干扰学生的物理认知构建(即“负迁移效应”).考虑到前概念在学生物理学习中既有正面效果,又有负面影响,教师在教学中,必须兼顾两头,注意扬长避短,充分发挥其正面效果,减轻负面影响.
2.1促进前概念在物理教学中正迁移的策略
(1)从学生的生活背景中发掘教学素材
高中物理的很多概念和规律对学生而言是非常陌生的,因此他们会学得较为吃力.根据迁移理论,教师应该研究学生的生活,从他们熟悉的领域选择与教学内容相关的素材,并将它们搬到课堂上,让它们成为学生构建认知的感性基础.
例如,“动量”这一概念的教学,学生一开始很难理解,教师可以这样来进行教学导入.教师提问:体育场上,如果各有一个篮球和铅球分别以相同速度向你飞来,你敢接哪一个呢?学生答:篮球,因为它的质量小.教师继续问:两个完全一样的篮球分别以2 m/s和20 m/s的速度向你飞来,哪一个更容易被接住?学生答:速度更小的那个.教师总结:由此可见,物体的运动状态与其质量和速度相关,今天我们就来认识动量这个物理量.有了前面的举例作为铺垫,有关概念的构建也就水到渠成了.
(2)引导学生注意观察生活、思考生活
物理是一门紧密联系生活的学科,学生如果能够注重观察生活,那么从迁移理论的角度来讲,他们的物理认知构建将能够做到有根有据.[HJ1.8mm]
例如:乘坐公共汽车时,汽车猛然加速,放在地板上的行李会向后滑,学生这时候就应该思考此刻行李箱受到的滑动摩擦力朝什么方向,从而进一步明确滑动摩擦力阻碍的是相对运动,对行李箱相对于地面的运动而言,滑动摩擦力起到了动力的作用,亦即滑动摩擦力在此阶段做了正功;又比如,学生在乘坐游轮时,应该留心一下船舷边侧所固定的轮胎,通过思考这些轮胎在船靠岸过程中的作用来明确其中“缓冲”的原理;又比如,学生在看朝鲜核试验的新闻时,就要能够联系到核裂变的基本原理,从而对原子物理产生更加深刻的认识.
2.2减轻前概念在物理学习中负迁移的策略
(1)诱导学生将错误的前概念暴露出来
错误前概念的最大危害是其隐藏在学生的记忆深处,学生并不知道它是错误的,而是将其和其他的物理理论整合起来,作为物理知识的基本组成,这会导致学生认知系统的混乱性.有道是“不破不立”,唯有让学生将错误的前概念暴露出来,学生才会真正意识到其错误所在,进而引发认知冲突,打破学生原有认知的平衡,从而实现知识的更新.
例如,惯性这个词在生活中也多有涉及,学生会有这样的前概念:速度大的物体,惯性大;速度为零,物体就没有惯性.对此,教师可以先引发学生来讨论两个问题:惯性是怎样一种性质?怎样的物体惯性大?第一个问题作为新课所授内容,学生基本没有异议:惯性是物体保持原有运动状态的性质,反映物体运动状态改变的难易程度;对于后一个问题,肯定有很多学生将上述的错误前概念抛出来.此时,教师问:用同样大的力分别将铅球和篮球推出去,哪一个运动状态更容易改变?学生答:篮球.教师问:这里讨论的是物体运动状态改变的难易程度,因此有没有惯性概念的存在?学生答:有.教师继续问:两个球的初态都是静止的,为什么有惯性上的差别.学生很快意识到自己原先的错误,新的概念也就建立起来.
(2)引导学生明确前概念的不合理性
教学实践表明,教师可以引导学生通过明确错误前概念的不合理性,进而促使概念的修正.
例如:针对很多学生一个常见的错误前概念:“摩擦力的方向一定与运动方向相反.”这句话其实包含很多内容:①有关“运动”的描述一般参考系是地球,而与摩擦力方向相对应的运动往往是相对运动;②高中涉及的摩擦力主要有两类,因此上述内容应该区分为静摩擦力的方向一定与运动方向相反;滑动摩擦力的方向一定与运动方向相反.对应这样一个错误的前概念,教师要引导学生充分明确其中的不合理性,具体操作可以由实验来进行,先用手握住一本书保持静止,提问:书是否受到手的静摩擦力?学生答:受到向上的静摩擦力,因此书才没有下滑.教师再捏着书往上运动,提问:静摩擦力的方向与运动方向相反吗?学生答:不对,和运动方向相同.接着,教师再演示传送带传送物体的实验,引导学生明确滑动摩擦力也可以与物体的运动方向相同,到此为止,这一前概念的不合理性已经暴露无遗.
(3)注重概念间的联系式教学
学生的认知总是在学习的过程中得到发展的,我们在教学过程中注重概念间的联系,有利于消化学习前概念的不良影响.概念间的关系有如下3种,下面分别举例:
第一种,概念间的下位发展关系,引导学生“类属学习”,如图1所示,学生对力这个概念并不陌生,由这个概念出发,我们可以引出常见的3种力教学.
第二种,概念间的上位发展关系,引导学生“总结学习”,如图2所示,学生在学习了3个理想气体实验定律后,可以由此出发总结出理想气体状态方程.
第三种,概念间的并列关系,这类概念引导学生进行类比,发现其中的差别与联系,如图3所示的几个概念.
(4)引导学生进行认知的系统化建构
由于学生在思维上缺乏条理性和严谨性,知识整理时也大多呈现为离散化,所以很多前概念存在于学生的记忆深处,而学生却无法自知.教师在引导[HJ1.9mm]学生建构认知时,要启发学生以知识网络的形式来梳理知识点,不给前概念任何立足的空间,那么前概念对学习的负面影响将大大减小.
例如:有关“平衡状态”的认识,教师不仅要引导学生从字面上知道“物体保持静止或匀速直线运动的状态就是平衡状态”,还需深层次引导学生认识到这里的“匀速” 是速度矢量不变,即速度的大小和方向均不变;此外,教师还需帮助学生进一步明确:所谓“平衡”就是加速度为零;所谓“平衡”最根源的内容是物体不受外力.有了这样系统而深刻的认识,学生在匀速圆周运动以及简谐运动等概念的学习时就不会再被有关“平衡”的前概念所误导了.