对初中生压强前概念的调查及其转化

摘 要：采用访谈法和问卷调查法对山东省聊城市某私立中学初中生有关压力、压强的前概念进行调查与分析。研究结果表明：大部分学生没有形成压强的概念，相当一部分学生把压力和压强混同起来；学生对压力的认识很模糊；学生已初步意识到“压力作用的效果与受力面积的大小有关”。教师应当正视学生的前概念，创设问题情境引导学生自主建构概念，促使前概念转化成科学概念。

关键词：压强；前概念；物理概念教学；概念转化

作者简介：王登建，山东省聊城市聊城文轩中学教师，研究方向为中学物理教学与课程论。（山东 聊城 252000）

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2018）28-0093-02

一、问题的提出

心理学家奥苏贝尔认为，“影响学习的最重要的因素是学生已知的内容”。学生在学习某个物理概念之前，面对感興趣的物理现象，不自觉地会根据已有的生活经验形成个人的认识和理解，这就是所谓的“前概念”。对于学生而言，这些前概念能“有效地”解释生活中的一些现象，因此具有一定广泛性、隐蔽性和顽固性。错误的前概念会对学生学习物理概念产生不利的影响。如何引导学生摆脱前概念的影响、建立科学概念是物理教师需要面对的一个重要课题。

压强是初中力学的核心概念之一。一方面，压强与生产、生活紧密联系；另一方面，压强拓展和深化了力的概念，是学习液体压强、大气压强的基础。新课标对压强的要求较高，属于“理解”层次。教学实践中，学生普遍反映这一部分内容较难学，除去压强概念本身具有一定的抽象性和相关习题的综合性之外，错误前概念的影响也不容忽视。基于上述认识，笔者开展了初中生压强前概念的调查与研究。

二、研究过程与结论

为了使调查结果具有一定的信度与效度，本次研究采用了问卷法和访谈法。随机选取山东省聊城市某私立中学初一的两个教学班（完全没学过物理）和初二的三个教学班（尚未学习压力、压强的概念）共236名学生作为被试。采用问卷星设计调查问卷，将问卷发布在校园网上，安排学生在课余时间进行答卷。问卷采用不记名、不限制答卷时间的方式，以便学生真实地表达自己的想法。最后利用问卷星后台提供的SPSS11.0统计软件对问卷结果进行统计分析。

1. 压强对于大部分学生来说是一个陌生的概念。调查结果显示，有50.1%的学生表示“日常生活中，没有听说过压强概念”；20.6%的学生认为“压强是压力不科学的说法”；75%的学生认为“书包带做的扁而宽能够减小书包对人体的压力”……这充分说明，学生无法分清压力与压强，甚至把两者等同起来。

2. 学生对压力的认识模糊且具有片面性。55.84%的学生认为“下图1中能正确表示支撑面所受压力的是A”，22%学生认为是B；还有41.2%的学生认为“物体越重，对接触面压力越大”；37.6%的学生认为“压力的方向总是竖直向下的”；22.1%的学生认为“压力作用效果只与压力大小有关”……

3. 学生已初步意识到“压力作用的效果与受力面积的大小有关”。面对“一位同学在结冰的湖面上行走时，突然发现脚下的冰即将破裂，他应采取的措施是什么”的问题时，63%的学生能做正确的判断；24.8%的学生认为“一人先站在地面上，后抬起一只脚，则他对地面的压强会增大”……

三、关于压强教学的几点建议

前概念是学生用来解释客观世界的独特经验，它的形成与学生对未知事物的自主探究活动有关。现有研究表明：科学概念不会自动取代学生的前概念，只有经过学生的自主建构才能使他们对前概念产生不满，进而接受并理解科学概念。概念转化的关键是创设真实的问题情景，使前概念在新的问题面前失去作用，引发学生的思维冲突，促使学生放弃错误的前概念。

1. 改变压力概念的引入方式，淡化重力对压力的干扰。一般情况下教师是这样引入压力概念的：展示如图2的三幅图片。

教师要求学生画出运动员对平衡木的作用力、钉子对墙壁的作用力和物体A对斜面的作用力。然后提出问题：这些力有什么共同特征？学生分析归纳出这些力都跟物体表面垂直，从而得出压力的概念。教学实践中发现：学生往往把第三幅图中的压力画成物体A的重力，为了使教学进行下去，只好由教师代劳画出。表面上学生接受了压力的概念，但隔几天之后不少学生又会犯同样的错误。出现这种现象的原因是，第一幅图中压力是由重力产生的，方向也与重力的方向相同，根深蒂固的前概念并没受到挑战，学生并没有真正接受压力的概念。

为了避免这种现象的发生，可采用以下方法引入压力：将塑料桶竖放在水平桌面上，教师用手指挤压塑料桶的侧壁，提醒学生观察手指压力的方向有什么特点。然后展示上图中砸钉子的实例，引导学生分析锤子水平敲击钉子时，锤子对钉子的力和钉子对墙壁的力是否也具备这种特点，从而归纳出压力的定义。用这种方式引入压力的概念，可以有效摆脱重力对压力的干扰，避免造成学生认知上的混乱。

2. 采用对比法，使学生彻底区分压力和重力。在引入压力的概念之后，进一步提出问题：放在水平面上的物体对水平面有压力吗？接下来演示如下实验：将长方体海绵块平放在桌面上，在其上方放置一块红砖，提醒学生观察海绵的形变。组织学生讨论：使海绵发生形变的力的方向与海绵的表面有什么关系？它属于压力吗？这个力的施力物体和受力物体分别是谁？这个力与红砖受到的重力是同一个力吗？讨论过程中，学生的各种思维相互交流与碰撞，逐步建立压力概念。讨论的结果如表1：

3. 引导学生自主建构压强的概念，彰显压强的物理意义。实验“探究压力作用的效果与哪些因素有关”是建构压强概念的关键。通过探究活动，学生不难得出两条结论：“压力的作用效果不仅跟压力的大小有关系，还跟受力面积的大小有关系”。若在此基础上直接指出：“压力作用的效果用压强表示”，这种处理方式有些粗糙，没有从根本上触及学生的前概念，缺少思维加工过程，学生也难以接受新概念。

根据概念转化理论，只有使学生意识到他们认识的“压力”（即关于压强的前概念）不能解决某些新问题时，他们才有可能接受压强的概念。在学生得出上述两条结论的基础上，可以创设如下的问题情境：出示质量和底面积均不相同的金属块甲、乙，其中甲的质量是1kg、底面积5cm2，乙的质量是2.5kg、底面积25cm2。将两者并排放在同一块海绵上，提醒学生观察海绵的凹陷程度。然后提出问题：两个金属块对海绵的压力F甲、F乙哪个大？哪一个压力作用的效果更明显？如果用压力的大小来表示压力作用的效果合理吗？该怎样比较才合理？教师可适当引导：我们是怎样比较物体运动快慢的？给学生的思维提供一个“支架”，学生很快就会发现F与S的比值越大，压力作用的效果越明显，可以用这个比值来表示压力作用的效果。教师顺势指出，科学家也是采用这个比值来表示压力作用的效果，并把它定义为压强。经过思维加工，压强这个概念便在学生头脑中生根了。

因此，教师应充分了解学生的前概念，努力创设一个学生感兴趣的教学情境，引导学生自主建构概念，克服前概念的不利影响，以提高物理教学的有效性。

参考文献：

[1] 邢红军，胡扬洋，石尧，王慧.压强概念教学的高端备课[J].中学物理教学参考，2013，（10）：18-20.

[2] 朱丽琴.初中物理压强教学策略初探[J].中学物理，2016，（12）：64-65.

[3] 王新星.“为概念转变而教”教学模式探究[D].南京师范大学，2008.

责任编辑 罗 佳