基于初中物理科学思维的错误前概念转化

汪文军

(江苏省南京市溧水区第一初级中学 211200)

科学思维是从物理学的视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式；是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等方法的内化；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判、检验和修正，进而提出创造性见解的能力与品质.它是学生必备的学科核心素养之一.

前概念指学习者在接受正式的科学教育之前，在现实生活中通过长期的经验积累与辨别式学习而获得的一些感性印象、积累的一些缺乏概括性和科学性的经验.而这些经验中有些是与科学相违背的，想要纠正它也成了教学中的一个难题.

德国物理学家劳厄对教育有一句名言 :“重要的不是获得知识，而是发展思维能力.教育无非是一切已学过的东西都遗忘掉的时候所剩下来的东西.”剩下来的东西是什么呢？我们理解其中重要的一个方面就是“思维”.通过初中物理科学思维的错误前概念转化，不仅可以转化学生错误的观点，还可以培养学生独立科学思维的能力，树立正确的科学观.

一、物理前概念的特点

不同层次的学生在学习物理之前，头脑中都会存在前概念.且前概念数量多，范围广，在力、热、光、声、电各领域都会存在.物理前概念在主要特点就是隐蔽性强.前概念是在潜移默化中形成的，以潜意识存在，平时不易表现，只有解决具体问题时才会暴露出来.再次，前概念是学生撑起生活经验积累的结果，在头脑中印象深刻，根深蒂固.想要纠正学生的错误前概念还是很困难的.

二、物理科学思维的转化方式

在以往教学中，前概念由于其隐蔽性强，容易被忽视.即使注意到，也有可能出现解释不到位的现象，导致学生错误前概念问题难以纠正.且由于前概念数量多且杂，运用单一的方法解释已不能满足需求，这使得我们不得不意识到，针对不同错误前概念需要用不同的方法.下面以简例说明.

1.物理实验的思维转化

(1)在学生日常生活中，认为用吸管喝饮料，饮料是被吸出来的.针对这一错误前概念，设计如下实验：

[实验材料]玻璃瓶、吸管、水、热熔胶

[制作过程]①将打有一孔的玻璃瓶盖旋紧在装满水的玻璃瓶上.②将吸管由孔插入，并用热熔胶将所有孔隙密封，确保装置气密性.③让学生通过吸管吸水，观察是否有水被吸出.(如图1所示)④将热熔胶去除，让学生再次吸水，观察是否有水被吸出.

此实验首先通过有热熔胶时吸不出水，引发学生的认知冲突.再利用无热熔胶时能吸出水强调我们用吸管喝饮料时，饮料不是吸出来的，而是大气将饮料压入我们口中.步骤③中装满水的瓶内几乎无空气，又由于有热熔胶密封，杜绝了外界空气进入，当吸饮料时，瓶内气压过小，无法将水压入口中.而无热熔胶时，由于瓶内气体与大气连通，吸水时，吸管中气体减少，压强变小，大气将水压入口中.利用此实验转化了学生的错误前概念.

(2)学生上完体育课后，常站在电扇下吹风，以此降温.这一现象致使学生产生了通过吹风可以降低环境温度的错误前概念.针对此现象，设计如下实验：

[实验材料]电风扇、温度计、水

[制作过程]①将温度计置于打开的电扇前(如图2所示)，观察其温度变化并记录数据.②将玻璃泡上沾有水的温度计置于打开的电扇前，观察其温度变化并记录数据性(如表1所示).③数据记录并作出温度变化图像(如图4所示).

表1

通过分析实验数据可以得到结论，风无法直接改变温度，只有当温度计的玻璃泡上有水时，温度才会下降.也就意味着体育课后由于学生身上有汗，电风扇的风吹动加快了汗液的蒸发，而蒸发过程是吸热的.这才使得学生感觉凉快.这样就转化了学生的错误前概念.

2.物理理论的思维转化.

(1)炎热的夏天，学生坐在电扇下吹风，凉爽的同时，很多学生会担心摇摆的电扇会掉下来，针对这种错误的前概念，可通过理论解释.

如图5所示，电扇之所以会掉下来，是由于受到地球的吸引力.正常情况下，由于吊扇顶部与天花板有着螺丝的固定作用，使得吊扇能稳稳的固定在天花板上.当电扇转动时，会将空气向下吹动，给空气施加一个向下的力，根据牛顿第三定律，当吊扇给空气一个向下的力的同时，空气也会给吊扇一个向上的力F，如图6所示，吊扇受到两个力的作用，最终二者的合力比图5要小，这就使得吊扇受到的向下的力变小，也就意味着工作时的吊扇比不工作时更加难以掉下来.所以我们的担心实际是多余的.

现实中，直升机就是依据这一原理制造的，如图7所示，当螺旋桨高速转动时，给空气一个向下的力，同时空气就会给直升机一个向上的力F，当这个力大于直升机的重力时，直升机就能升空了.

利用理论解释，再结合直升机的例子，纠正学生的错误前概念.

(2)漂浮在空中的空气给日常生活并没有带来任何“负担”，致使学生认为空气的质量很小，要纠正这一错误前概念，就必须用到密度的相关理论知识.

根据密度的计算公式，我们可以得到：质量=密度*体积

以一间教室空气质量为例，教室的体积约为168m3,常温常压下，空气的密度约为1.29kg/m3,带入上述公式可得，教室内的空气质量约为216.72kg.从这个数据我们可以发现，我们周围的空气质量实际是很大的，之所以人感受不到“负担”，主要是由于人体内气体和外界大气是相通的，这就使得人体内外的压强差为0.人感受不到来自空气的压力.通过实际数据计算，就转化了学生的错误前概念.

在物理教学中，由于前概念有着数量多、隐蔽性强、影响深的特点.所以教师在教学中应该重视“前概念”对学生的所产生的影响，多加关注，尤其关注错误前概念的纠正.而在纠正过程中，我们要结合学生的思维发展，科学思维进行纠正，形成科学概念.让学生认识到运用物理知识了解生活本质的基本方法，从而培养学生科学的思维方法，正确的生活观、发展观和世界观，进一步提高学习效率，促进学生的物理学科核心素养的不断提高.