基于生活实例培养学生批判前概念思维

李玥　任亚杰

摘 要：学生在学习物理概念之前头脑并非完全空白，而是受到原有生活和环境的影响，头脑中拥有特定的认知图式，对新知识有自己的观点和看法并形成了大量前概念。符合科学依据的正确前概念能够有效地促进学生理解并掌握所学的物理概念，但其中不乏错误的认知经验阻碍学生形成科学概念，而这将会是学生在学习过程中的阻碍。物理现象来源于日常生活，物理教学应主动联系学生的生活经验与实际，通过常见的生活实例更加直观地在学生的头脑中建构正确的认知图式，从而培养学生批判原有的错误前概念的能力。教师应该正视学生原有的错误前概念并设计恰当的教学策略，引发学生的认知冲突，促使学生由错误的前概念向科学概念转变。

关键词：前概念;批判性思维;认知冲突

作者简介：李玥（1998—），女，陕西理工大学，硕士研究生在读。

任亚杰（1964—），男，陕西理工大学，教授。

引    言

中学生所具有的知识经验有限，考虑问题比较片面，且过分关注表面现象而忽略事物的本质，故该阶段的学生极易产生错误的前概念。在传统教学中，教师往往过于重视新概念的传授而忽略原有概念对学生的负迁移影响。错误前概念和科学概念同时出现，会让学生无法正确地理解科学概念，导致学习效果低下，不利于学生科学思维的形成和发展[1]。本文针对前概念产生的影响，以人教版高中物理必修一“牛顿第三定律”为例，探讨教师应如何联系实际，通过常见的生活实例来消除学生错误的前概念，从而实现教学目标。

一、前概念的转变及批判性思维的形成

学生在学习新概念之前，存在自己原有的理解和一定的思维方式。我们将学生原有的认知结构和认知模式称为“前概念”。前概念是学生在接触科学知识之前，对现实生活现象所形成的经验型概念。错误的前概念会在学生形成正确的物理思维方式的过程中造成一定的阻碍。在教学过程中，教师通过事先了解学生可能出现的错误前概念，创设一定的思维冲突，并建构新的认知结构，从而达到由错误前概念向科学概念的有效转变[2]。因为旧有知识具有局限性，所以教师在教学过程中，如果只注重新知识的传授而忽略学生原有思维和知识对学生的影响，那学生就很容易在学习新概念的过程中受到原有知识的负迁移影响。因此，教师应当利用学生原有的前概念，及时消除学生错误的观念，并在学生头脑中建立正确的科学概念和思维方式，提高学生综合运用物理知识解决实际问题的能力，促进学生批判性思维的形成。

二、基于前概念转变的教学设计

（一）教学目标及学生学情分析

牛顿第三定律揭示了力的本质，在高中阶段力学部分占据重要地位。该节内容旨在向学生展示生活中常见的实例，通过物理过程和科学探究过程引发学生的认知冲突，从而让学生通过反思和迁移来建构正确的物理概念，并养成正确的科学思维习惯。另外，通过探究过程培养学生的科学精神，以促进学生学科素养的全面发展。学生通过本节课的学习，能够正确地描述作用力与反作用力的特点，理解牛顿第三定律的物理意义;通过探究性实验掌握作用力与反作用力之间的规律，并能够结合所学知识解决实际问题等。

对刚步入高中的学生而言，其物理思维仍停留在比较浅显的阶段，认知水平有限。在初中阶段，物理知识主要以观察事物的表象为主，而高中阶段的物理知识则反映事物的本质。学生在初中阶段已经学习了作用力与反作用力的相關知识，对作用力与反作用力的概念有一定的了解，但很多学生受原有思维的影响，在接受新概念之前仍普遍存在与科学概念不符的错误前概念，如认为先有作用力后有反作用力，认为作用力和反作用力可以相互抵消，认为作用力和反作用力只有相互接触才能产生，把作用力、反作用力和平衡力混淆，甚至认为强的一方施加的力要大于弱的一方施加的力等。教师应该正视学生原有的思维方式和认知结构，充分考虑学生的最近发展区，在新旧知识之间搭建桥梁，通过不连续途径和认知冲突策略，使学生转变旧有的错误观念，建构正确的科学概念。

（二）教学环节

教师从学生可能出现问题的前概念着手，根据不同前概念对学生理解科学概念造成的不同程度影响，采取不同的教学手段。对与科学概念大体一致的前概念，教师可以通过连续途径在此基础之上扩充和延展新知识。对不符合物理事实的前概念，教师应该以前概念为切入点，利用矛盾冲突法创设一定的生活情境，引发学生的认知冲突，实现从前概念向正确的物理概念的有效迁移。

（三）教学活动过程

事件：利用多媒体播放一段“神舟”十三号发射的视频，引发学生思考。

“神舟”十三号是如何在短时间内获得较大的速度的？又是谁给它提供了强大的动力？

引入自制实验：教师演示气球动力小车实验。

学生思考将气球充满气后小车是否会运动。那么又是谁给小车提供了动力使小车运动？

【设计意图】将科技前沿的社会热点与生活实际相结合，能够有效地调动课堂的学习气氛，激发学生的好奇心和求知欲，培养学生的科学精神，提高学生的科技意识。教师将相同的原理，通过利用生活中常见的器具自制物理实验，并展现在学生眼前，使学生形成一定的物理观念。

走进生活，从生活中的实例出发，通过感性认识，使学生理解作用力与反作用力之间的关系。

学生活动一：教师引导学生相互挤压两块橡皮泥，观察橡皮泥发生的变化。

学生活动二：教师引导学生用左手用力拍右手，双手相互摩擦，让学生思考：在拍手和双手相互摩擦的过程中，左手和右手分别有什么感觉？

学生通过总结和归纳得出力的作用是相互的，一个物体对另一个物体有力的作用，另一个物体也对这个物体有反作用。

教师提问：是不是只有接触的物体才会存在相互作用力？（教师演示：同极磁铁和异极磁铁之间的相互作用）

学生回答：不接触的物体也存在相互作用力。

【设计意图】创设一定的生活情境，并将生活情境物理化，通过真实情境引发学生原有认知结构与新知识之间的冲突，暴露学生原有的错误前概念和旧有的认知图式，培养学生辩证思维和批判质疑的能力。教师通过让学生亲身体验，激发学生的主观能动性，能够让学生积极主动地改造和重建原有的认知结构，从而改正学生原有的认为先有作用力后有反作用力的错误观念，并在头脑中形成正确的相互作用观。

教师提问：作用力除了同时产生、同时消失，是否还存在其他特点呢？（教师演示鸡蛋撞击石头）鸡蛋碎了而石头安然无恙，请同学们大胆猜想一下，鸡蛋碎了是不是意味着鸡蛋给石头的力要小于石头给鸡蛋的力呢？

探究性实验（验证猜想）

实验一：教师将两个弹簧测力计连接在一起，学生用双手拉两个弹簧测力计，观察并记录两个弹簧测力计的示数;

实验二：两名学生分别用力拉两个连接在一起的弹簧测力计，观察并记录两个弹簧测力计的示数;

实验三：教师将两个弹簧测力计连接在一起，又将其中一个弹簧测力计固定在挡板上，学生用手拉另一个弹簧测力计，观察并记录两个弹簧测力计的示数。

学生归纳并得出结论：作用力与反作用力大小是相同的。

演示实验性DIS实验（进一步验证猜想）

（1）教师先用数据线将力传感器、数据采集器及计算机连接起来，然后双手各持一个传感器，将两个传感器的测钩勺钩住，且两个传感器保持在同一直线上，再运用计算机数字化实验软件得到“力与时间”的图像，最后让学生观察图像的特点并展开讨论。

（2）同样的原理，教师将两个连接在一起的力传感器的一端固定在固定不动的木板上，然后用手拉力传感器的另一端并使其运动。

教师引导学生观察所得到的两个“力与时间”的图像，得出最终的结论。

【设计意图】教师先提出问题引发学生思考，然后让学生进行预测。在进行实验之前，大多数学生受旧有经验和直觉经验的影响，认为作用力和反作用力大小不相同，如认为力气大的一方作用力大等。学生通过探究性实验，用类比法对比多组实验，分析归纳几组实验的共性。这时，教师利用矛盾冲突法引发学生的认知冲突，并刺激学生头脑，从而让学生通过不连续途径在旧有的认知图式中建构正确的认知结构。学生亲身经历“假设—检验”的探究过程，能够自主地从实验中得出结论。而通过归纳实验的共性，学生能够培养自身的科学思维和归纳新规律的能力。教师让学生观察DIS演示实验并得到实验证据，再通过对信息技术的运用，能够巩固和加深学生对实验事实的理解。

教师提问：既然作用力和反作用力大小相等，那么用鸡蛋碰石头，鸡蛋为什么会碎呢？

教师引导学生回答：因为鸡蛋壳的硬度要远小于石头的。

教师提问：既然相互作用力大小是相等的，那拔河比赛为什么会产生胜负呢？

教师引导学生回答：因为拔河比赛取胜的关键不在相互作用力，而在克服对方的摩擦力，当你施加的拉力大于对方和地面的摩擦力时，对方就会输。

【设计意图】教师引导学生利用新建构的认知体系解决生活中常见的实际问题，从而加深学生对新知识体系的理解，培养学生对生活中的物理现象进行分析、推理、判断的能力，从而达到由学科知识向学科素养有效延展的目的。

三、设计思想及思考

物理学科核心素养是高中阶段学生必备的素质，同时也作为教师教学的参考导向和依据。培养学生的科学思维是新课标的核心指向，是“思维式教学”的基础。传统的教学侧重于概念式教学，在导入新课时直接将物理概念灌输给学生，未关注学生可能存在的错误的前概念，没有充分地了解学生是否能够真正地理解物理概念和物理规律。学生在学习的过程中受到旧有认知结构的影响，在学习新概念时，往往从字面意思入手，通过感性认识和自己的直觉经验去理解物理概念，导致出现错误的认知图式，形成错误的前概念。前概念具有广泛性、自发性、顽固性等特点[3]，教师在授课之前应了解学生的前概念，并以多样化的教学方式为载体，设计合理的教学策略开展教学，从而使学生形成科学概念。

（一）通过创设物理情境，引導学生转化前概念

简单易操作的物理实验能够有效地引导学生转化原有的错误概念。教师通过双手击掌、两块磁铁未接触也会产生作用力等实验，使学生在头脑中建构正确的认知图式。

（二）引发学生认知冲突，激发学生重塑认知结构

受原有经验的影响，如拔河比赛会产生胜负、鸡蛋摔在地面上鸡蛋会碎等，很多学生会认为作用力与反作用力大小不相等。教师通过展示生活中常见的物理现象，引发学生认知的不平衡，激发学生的好奇心和求知欲，从而引导学生从错误的前概念走向科学的物理概念，使学生的思维模式发生转变。

（三）组织猜想—验证性实验，培养学生的批判性思维

教师在教学过程中设计一定的探究性学习方案，让学生经历探究之前的猜想到最后实验结果的验证，从而纠正错误的前概念，获得科学概念。这一过程还能培养学生的批判性思维，有助于学生形成正确的科学态度，并培养学生热爱科学的精神。

四、教学建议

新课标下的物理教学以提高学生的核心素养为目标，而学生科学思维和探究能力的发展作为核心素养的重要组成部分，对学生综合能力的发展具有重要作用。学生经历物理概念重建和物理规律形成是发展学科素养的有效途径，其通过对物理概念和规律的学习、重组、迁移及应用，能提升科学思维和科学探究的能力。传统灌输性的教学模式并不能有效地培养学生的批判性思维，所以教师应充分考虑学生所受到的原有认知的影响，一分为二地看待学生的前概念，采用多样的教学策略并设计合理的教学方案，培养学生的批判性思维。

结语

前概念在学生的头脑中广泛存在，对学生理解和掌握科学概念起着不同程度的阻碍和促进作用，所以，教师应该将前概念作为一种隐性的资源来开展教学。由错误前概念转化到科学的物理概念要求教师必须打破原有的传统教学模式，采取一定的教学策略，并引发学生的认知冲突。同时，教师应充分考虑学生实际，利用生活中常见的物理现象及图景，创设一定的生活情境，从而消除负迁移对概念理解的影响，实现错误前概念向科学的物理概念的正向转变。

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