初中生“牛顿第一定律”迷思概念调查与转化策略

洪进步

摘 要：概念教学是物理教学的重点之一，以初中“牛顿第一定律”的核心概念为例，对初中生迷思概念进行质性调查，分析其迷思成因，提出转化迷思概念的策略。

关键词：迷失概念；调查；原因；策略

1 背景与意义

学生对于即将学习的物理知识并不是一无所知、一片空白，而是有了一定的观点和经验。学习者在接受科学教育前形成的对客观世界的感性印象、积累的经验统称为前概念，学生正式学习某一物理知识前自发形成的前概念，可能与科学概念一致，也可能相悖于科学概念，这些偏离或背离科学概念的观点和认识称为“迷思概念”。

建构主义学习强调学习是学生以自己原有的知识经验为基础，把原有经验和新信息进行对比、分析、批判、选择，对新信息重新认识和编码建构自己的理解。教学是为了促进学生从旧观念向新观念转变，教师的任务就是选择能有效促使学生发生观念转变的教学策略。学生原有的迷思概念不但是教学时要改变的对象，而且是概念教学的起点。概念转变要求将学生原本具有的知识经验作为新知识的生长点，并以此为基础，同化或顺应新的知识。所以，研究学生先前的看法与思维方式，弄清楚这些对学习与理解新知识会造成什么样的障碍和影响，是实现概念转变的前提。

在学习“牛顿第一定律”之前，学生通过小学自然课、上一单元的学习和平常的观察、体验，已经积累了有关力与运动的初步概念，这些就是新课概念教学的基础与起点。在学生已经具有的前概念中，有的可以与即将学习的新概念相承接，这有利于新概念的同化；有的是错误的，或者虽然正确却仅浮于认识的表象，这将会对新概念的“顺应”带来冲突与障碍。了解这些前概念中的迷思概念，有助于提升新概念教学的有效性与针对性。

2 对象和方法

2.1 被试

本研究主要通过一系列的访谈来调查“牛顿第一定律”中部分核心概念的前概念。访谈对象包括：从翔安区五所中学随机选取的180名学生。

2.2 研究程序

首先，编制调查问卷。为了编制对本区域学生的调查问卷，研究者先选取对一所学校的20名学生进行了预访谈，了解学生在学习物理概念时是否受了前概念的影响，和常见的物理前概念及其可能的成因，基于预访谈的结果，设计调查问卷。

其次，进行调查问卷。组织学生通过问卷星专业问卷工具完成问卷内容，对照问卷内容与统计结果作为分析研究。

3 内容和结果

迷失概念如下：90.8%的学生认为“运动需要力来维持”， 58.2%的学生认为“力越大速度越快”，51.3%的学生认为“静止的物体没有惯性”，89.8%的学生认为“速度越大，惯性越大”，55.6%的学生认为“惯性是一种力”，39.2%的学生认为“惯性与惯性定律的含义是一样”。

4 原因分析

4.1 根据生活经验的直觉推理

学生从生活经验或实验现象，凭着直观感受进行直觉推理。比如学生认为力是维持物体运动的原因，是因为生活中众多现象是要推动一个物体必须有力的作用。

4.2 没有综合全部现象便得到结论

学生只是针对个别现象做出分析便归纳结论。比如学生认为只有运动的物体才有惯性，是因为这些现象：跑步比赛时，到了终点身体还是会往前冲。自行车刹车后仍会前行。学生忽略了生活中也有存在静止的物体也具有惯性的事例。

4.3 不恰当的知识迁移

学生学习新概念时把旧的知识不恰当迁移到新情景中，形成负向迁移。比如学习惯性前，由于刚学习了力、重力、摩擦力，学生就会自然而然的把这些力的学习也迁移到惯性，认为惯性也是一种力。

4.4 停留于表象或局部的分析

学生对物理概念的学习，往往只停留在现象表象或局部，没能深入分析现象内核或概念本质。比如有学生认为力越大速度越大，就是因为对物体的受力分析只限于推力而遗落了阻力，缺乏整体分析。

5 转化策略

以探明“力与运动的关系”为例。

5.1 探明已有，揭示学生原有的观念

了解学生已有的知识、经验状况和思维习惯，尤其是了解学生原有概念中那些片面甚至错误的观点与想法，是进行概念转化教学的基础和前提。可以采用各种诊断措施，如学前调查、课前前测、课堂提问、讨论交流、课后交流（或后测）练习批改等，主动搜集反馈信息，有针对性地了解学生的概念迷思情况，对新的教学实施有的放矢教学设计有着及其重要意义。

课堂教学时，要注重创设问题情境，引导学生交流讨论，让其有机会展示原有的前概念及其依据，充分暴露迷思概念和深层原因，并设計解决方案。在学生建构新概念的过程，已有的迷思概念转化的同时也可能衍生新的迷思概念，教师要及时借助练习、作业、考试等各种信息反馈渠道，及时监控学生迷思概念的变化，并依此适时调整教学策略。

教师演示实验：在讲台上用手推动物理课本，使其从静止开始慢慢向前运动，撤去推力，物理课本立即静止。让一学生解释这现象：物体原来是静止的，要让它运动，必须施加力，当力停止后，物体静止。说明物体受力就会运动，不受力就停止。教师通过巧设问题情境，让学生对事例或现象进行解释故意引出他们前概念迷思部分。但当学生发现无法用自己原来的知识、经验对某些现象进行合理解释时就会产生认知冲突，从而产生改变认知结构的需要，也就有了纠错的内驱力。这时候再适时讲授正确的概念学生就比较容易理解、接受。

5.2 创设情景，引发学生的认知冲突

从心理学角度看，有经过否定质疑的知识，在学生中就能有较高的确信度。因此，创设引发认知冲突的教学情境是转变迷思概念的重要教学策略，教学时针对学生的概念迷思，设计其“矛”对其“盾”的教学对策，顺着学生的迷思概念逻辑，因势利导、借题发挥，将迷思引向绝路，用无解的“冲突”动摇其顽固的概念迷思，让学生产生修正概念意识，认识到必须转变原来的错误认识，以此为契机，指导学生进行认知顺应和概念转变，形成科学概念。

演示“气垫滑板”实验：用手推气垫滑板，观察撤去推力后，气垫滑板的速度变化情况。气垫滑板不受推力时，仍移动了很大一段距离才停止。并没有因为没有推力而马上停下，实验现象说明了什么？学生思考、交流后回答，物体运动不需要力维持。进一步引导学生思考运动的物体停下来的真正原因：并不是没有力去维持，而是受摩擦力的影响。“解释推物理课本”的环节，让学生主动暴露自己错误的前概念“物体运动需要力的维持”。随后在“气垫滑板”实验中又让他们意识到他们的认识是错误的。这两个截然不同的实验现象冲突一下子引燃了学生的思考火花，为下一步的迷思概念转化奠定了良好基础，教师适时引导学生反思原有的概念迷思，纠正先前的分析物理现象思维方式与方向，对照前概念与正确概念，将原有的前迷思概念经修正后纳入未知知识架构，从而进行认知结构的同化和顺应，形成正确的观点。

5.3 强调实验，增加学生的感性认识

感性认识是对事物的直接反映，是学习心理活动的基础，也是学生实现迷思概念转变的基础。在感性认识基础上，根据学生的认识规律和心理特点，引导学生理解知识，建构科学概念。迷思概念转变过程中丰富学生感性认识的主要途径是具体事例、实验与观察，学生通过观察可获得更丰富、更能反映事物共同特征的感性认识。已有的基于感性认识的正确经验与观点在建构新知识过程中有重要作用，很多迷思概念的形成，正是因为学生缺乏足够必要的感性认识。这时，如果仍仅是按知识的逻辑顺序进行教学，则学生对概念的理解是肤浅的，充其量是模糊式的认同，可能记住了科学概念的定义，但并没有真正理解和内化新概念，很可能也保留了部分潜在迷思概念，形成一种模糊混乱的认知结构。一旦遇到一些特定的情境，潜在迷思概念就会显露出来，自然地成为学生解决问题的依据，这即迷思概念的顽固性和隐蔽性。因此，增加让学生观察或动手实验的机会，为学生提供更多且必要的感性材料，是纠正迷思概念的关键之一。

例如：通过自制教具伽利略理想斜面完成实验，切实转变迷思概念“运动需要力的维持”，形成科学概念。完成如下实验并引导学生思考原因。①先在斜面轨道上铺一布条，从左侧斜面上的某一高度处释放一个小钢球观察小球的运动情况，标出小球到达右侧斜面的最高点。②没有布条的情况下再做一遍。③将右侧斜面坡度变小一点，再在左侧斜面同样高度释放小钢球，观察小球的运动情况及到达的最高点。④进一步变小右侧斜面高度，发现小球运动的距离会变得越来越大。当右侧斜面变成了水平面，小球会怎么？通过演示在物理学史上具有重要地位的伽利略理想实验，在获得大量必要的感性认识基础上，引导学生思考、分析实验现象，运用“实验演示+逻辑推理”取代先前单纯的“逻辑推理”方法，形成正确的“力和运动关系观。

5.4 深化概念，促进学生科学思维

物理学概念的形成与发展过程，也是物理学研究方法的形成和发展过程。所以，教师要把握好物理概念形成和物理学研究方法之间的内在联系，促使学生在深入理解物理概念的同时，逐步掌握科学思维方法。建构主义学习理论认为，学生实现迷思概念向科学概念转变的主要机制是顺应。只有在学生经过学习后认为新概念比旧概念包含更本质、更深刻的内容，学生才能完全接受新概

念，实现迷思概念向科学概念的自觉转化。物理概念往往蕴含着丰富的物理思想和内容，学生在建构新概念时，教师要用分析、比较、归纳、推理等科学的思维方法训练和指导，教学时不仅要有意识的突出概念的本质特征，同时也要注重引导学生理解概念的内涵与外延。让学生感知新概念可靠的科学基础和思维方法，认知顺应也得以顺利进行。

例如：上述教学已经证明了力不是维持物体运动的原因，不能就此止步，需要进一步引导学生思考运动和力究竟是什么关系呢？播放足球比赛视频，设计如下问题：足球由静止变为运动、从运动变為静止，足球的什么发生了改变？为什么会发生这些变化？足球飞到球门前被另一球员狮子甩头般顶进球门，足球的什么发生改变？受到什么作用？通过分析揭示了力与运动之间最本质的因果关系“力是改变物体运动状态的原因”。