“三序”结合视角下高中物理迷思概念转变研究*

赵 莹|江苏省无锡市辅仁高级中学

黄 皓|江苏省无锡市第一女子中学

王 靖|江南大学人文学院

一、研究背景

在中等教育阶段，“三序”指教材的逻辑顺序、学生的认知顺序、学生的心理发展顺序。在高中物理教学中，存在两种倾向。其一，出于对“教师中心论”的片面理解，课堂教学的设计与实施只关注教材的逻辑顺序，这往往会导致知识量爆炸性增长、难点集中、信息超载等问题。其二，出于对“学生中心论”的片面理解，学生的认知顺序与心理发展顺序被视作重中之重，忽视教材逻辑顺序的教学，这往往会导致碎片化的学习、梗概化的教学，知识点与知识单元之间、知识单元与知识体系之间的联系被弱化、窄化甚至切断。“三序”分离的教学方式就此产生。

发展心理学的研究表明，学习总是随着年龄的增长，由浅入深、由简单到复杂、由感性到理性地发展的。在设计教材的展开顺序时，若遇到“三序”相矛盾或相冲突的地方，教师应该把学科知识的逻辑系统性与学生的认知发展规律的恰切结合看作一个动态变化的过程，教材组织的逻辑系统性水平应随着学生的思维和所形成的认知结构逐步改变和提高。

就物理学科而言，高中学生已初步具备通过观察、比较、实验、归纳、概括、演绎、推理等认知活动来认识自然事物之间的内在联系和变化规律的能力，其中归纳、概括是核心，因此教师可以较多地关注学科知识的逻辑系统性，但也要根据学生的认知特点和教学内容的抽象程度，对学科知识的逻辑系统作必要的调整，以设计出最佳的学习序列。

二、迷思概念的成因分析

迷思概念的定义主要有两种取向。其一，以迷思概念来形容学生所拥有的不正确的想法。其二，以迷思概念来形容学生有局限的、不完整的、不同于一般所公认的科学概念。迷思概念的形成与前概念有千丝万缕的关系，而“三序”分离的教学方式也是其重要成因。

例如，“压力大小等于重力大小”是高一阶段最典型的迷思概念。教师会多次、反复告知学生，压力与重力性质不同，压力大小与重力大小无关，压力方向与重力方向也无关。但是，学生做题时认为“压力大小等于重力大小”依然是个大概率事件。就个别学生而言，迷思概念的产生有其偶然性，但如果问题大范围发生，本质上就一定是结构性问题，不解决根源问题，迷思概念的产生就是必然的。其实，如果教师能够静下心来，深入了解学生相关的非正式知识和学习轨迹，找到症结所在并不难。

首先，生活中存在着大量压力大小等于重力大小的实例。其次，传统上根据物理学科知识的内在逻辑要求安排教学内容被认为是理所当然的，所以多数初中教师对于这一特例，确实有符合教材逻辑顺序的推导过程，但初中学生的认知特点决定了他们往往更关注结果而不是过程，因此很少有学生会在课后主动梳理、巩固分析过程。再次，推导过程对课后的习题解答并非不可或缺，教师自然也不会刻意去强调。最后，应用“压力大小等于重力大小”解题在初中阶段不会导致错误结果。因此，这个迷思概念在日常训练中就被反复地巩固、强化了。

所以说，“压力大小等于重力大小”这个迷思概念的形成，既符合学生的认知顺序，又让学生在应试训练中真切地体验到了实际获得感，从而形成了遇到同类情境时内部心理思维活动强烈的倾向性。这种认知不是高一阶段做几个实验、举些反例就可以轻易改变的。

因此，教师要帮助学生完成迷思概念的转变，就既要诊断出迷思概念的成因，又要想办法让他们强烈地感受到实际获得感，仅仅依靠多次符合教材逻辑顺序的教学，往往只会令学生更深地陷入已有的思维框架。这告诉我们，在设计教材的展开顺序时，教师应在“三序”结合方面作出卓有成效的变革。

三、“三序”结合视角下的迷思概念转变

在设计教材的展开顺序时，如何对学科内容的逻辑顺序进行重建，使之符合学生的认知顺序以及心理发展顺序，杜威、布鲁纳、维果茨基等学者都进行了深入的研究，值得我们参考、借鉴。

杜威认为，基于“三序”结合，教材的展开总体上是一个从具体到抽象、从综合到分化的过程[1]。笔者认为，迷思概念的转变同样如此，其内容和目标逻辑关系如图1所示。下文结合实例对此加以说明。

图1 迷思概念转变的内容和目标逻辑关系

（一）从具体到抽象

【待转变迷思概念】动力必定做正功，阻力必定做负功。

通过外化和表达，笔者发现该迷思概念的成因是高三阶段的部分学生对功的正负的物理意义理解有误。由于教材的限制，功的教学一般在高一第二学期初进行，动量的教学则在高二第一学期末完成，两者不仅处于不同章节且相隔时间较长，学生先入为主，只关注力的空间累积，迷思概念就此形成。

1.从动作表征开始

布鲁纳认为，任何知识领域或在此知识领域中之任何问题都可以用三种方式表示：一是用一套适合于达到某种结果的动作来表示（动作表征）；二是用一整套归纳出来的形象或图画以代替未经充分定义的概念来表示（形象表征）；三是用一整套从符号系统中引出来的、在形式或转换命题中受一定规则和定律制约的符号或逻辑命题来表示（符号表征）[2]。

据此，笔者设置具体情境“立定原地起跳”（动作表征）以帮助学生思考。学生认为，显然地面对人的支持力是动力，重力是阻力。但是在该情境中，支持力直接作用在脚上，脚离地之前竖直方向上没有位移，离地之后又没有了支持力，故地面支持力对人并不做功（形象表征）。

在上述情境中，学生产生了强烈的选择类认知冲突。学生难以舍弃原本的观点，需要明确有力的证据表明选用其他观点的合理性。因此，教师要引导学生阐述自己支持或反对的理由，通过寻找外部证据来支撑自己的观点并总结反思，进而作出正确的选择。

2.符号表征

杜威认为，安排教育活动，应当逐步地把学生追求结果的兴趣转移到对于事物的研究上去，即研究它们的性质、意义、结构、原因、结果等，最后形成有意义的结论。但必须注意：传授的知识必须是个人观察所不易获得的，而且学生有充分的直接经验作为新知识的基础[3]。

通过动作表征和形象表征，学生有了较以前更充分的直接经验，笔者顺势引导学生讨论“力的时间累积”，学生恍然大悟，原来支持力是人起跳过程速度增量的动力。笔者进一步引导：从动力学角度，功只涉及力的空间累积，“力对物体做正功”不是“这个力是动力”的充要条件，所以“动力必定做正功，阻力必定做负功”（符号表征）不成立。

在这个实例中，笔者设置情境，将符号表征转换为相对低级的表征方式，即动作表征或形象表征，使那些只能用或更易用动作表征或形象表征的方式认识外界事物的学生，能够直觉地、具体地发现问题的异同并提炼、升华，促进深度交互和协作知识建构，进而形成符号表征。至此，先破后立，从具体到抽象，迷思概念转变成功。

（二）从综合到分化

【待转变迷思概念】静电力对某个电荷做的功，就等于这个电荷电势能的变化。

通过外化和表达，笔者发现该迷思概念的成因是应试背景下某些教师习惯性的梗概化教学，此类教学的特点如图2所示。

图2 梗概化教学的特点

为了方便学生快速解题，教师通常会总结一些有适用条件的二级结论，例如“串反并同”“增缩 减 扩”“来 拒去留”等。殊不知，学生在具体应用时往往会忽略适用条件，不假思索地生搬硬套。对学生来说，该迷思概念就是一个梗概化的应试结论。

1.形成框架性认识

综合即连通知识结点、建立知识网络。为避免学习的盲目性，教师可根据“先行组织者”策略，在呈现具体的迷思概念之前，先呈现那些学生确有基础的概述性内容，以帮助他们对将要学习的内容形成框架性认识[4]。

维果茨基指出：任何概念都是概括，必然要反映现实间的复杂的联系、从属性和其他各种关系；任何个别概念的本质都要求具备一定的概念体系，孤立于这个体系之外的概念是不存在的；儿童学习的个别概念，不是杂乱无章地、毫无联系地并列、重叠在一起的……否则就不可能进行要求概念相互关系的任何思维活动[5]。

据此，笔者引导学生讨论“重力对某个物体做的功，是否等于这个物体重力势能的变化”。多数学生能够立刻指出，重力势能是由物体与地球所共有的。笔者随即追问“有没有与之类似的情况”，并耐心细致地指导学生回顾、总结，得出：一对相互作用力（场力）的功，才等于相互作用系统势能的变化量。在这个教学片段中，学生产生了改善/保留类认知冲突，这源于观点本身的不完善或不成熟，因此其主要的消解方式是从观点本身出发，引导学生对观点本身进行反思。

2.“拟容”与分化

反思学习活动具有很强的内隐性，离开内在思维活动的任何外在学习行为都是没有意义的。那么，内在思维与外在行为是如何实现融合的呢？正是依靠认知思维的“拟容”作用。所谓“拟容”作用，就是在认知过程中把那些有待认知的新事物拟化成被认知事物，将其与已有认知结构进行有机融合或重组，从而形成新的有序的认知结构[6]。在融合或重组的过程中，新旧事物间的区别与联系便能分辨清楚，分化就此完成。

布鲁纳认为，处于不同年龄阶段的儿童，在知觉、认识阶段与在贮存、再现阶段，对不同事物的表征方式都不相同，其运算能力的发展水平也是不同的。因此，教学以及作为教学之依据的课程教材必须将教学内容转化（翻译）成“学生的语言”，用学生能适应的形式呈现[7]。

很多高中生在面对理论层面的探讨时，会选择直接附议等方式逃避妥协。为减少阻碍，笔者举一实例让学生研讨：“平行板电容器中固定有一点电荷，移动其中一个极板时，电场力对点电荷未做功。但由于点电荷的电场对极板做了功，相互作用力总功不等于零，点电荷与电容器极板共有的电势能发生了变化。”学生发现在这类问题中，讨论一对相互作用力（场力）的功，才是问题的关键所在。

在这个教学片段中，学生意识到，要认识同类事物的共同特征，就需要具有一定的归纳、概括能力，需要把个别概念编织成概念体系，而归纳、概括能力只有在认识各类事物的共同特征的过程中才能得到锻炼和发展。在归纳、概括了很多类事物的共同特征之后，学生逐渐认识到构成自然界的各种事物并不是杂乱无章的，而是有规律的，且这些规律是可以被发现的，而发现和掌握了这些规律，就可以更好地理解和解释这个世界的各种现象。

又如，为转变力学中的常见迷思概念“爆炸类”问题“系统动量近似守恒”，笔者先帮助学生形成框架性认识：系统动量与内力没有任何关系，即便内力远大于外力，系统动量也只与外力冲量有关。再进行“拟容”与分化：由于爆炸时间极短，所以可忽略系统外力对各个物体的冲量，如果将系统内部各个物体的动量定理方程（已忽略外力冲量）相加，确实会得到一个与系统动量守恒相似的方程，不过，这个方程中的各个物体的动量之和，并不是系统总动量，因为系统总动量的变化只与外力有关。至此，从综合到分化，从知识碎片回归知识系统，个别概念被编织成概念体系，科学概念在学生概念体系的内部得以产生、生存和发展，迷思概念转变完成。

四、结语

我国的物理教育一直非常关注知识的系统性和严谨性。对于迷思概念的成因，以往的研究多集中在教学方法不恰当、忽视概念教学、教材的局限性、学科间负迁移等方面。学者普遍认为，只有实施更加系统和严谨的教学，才可以转变迷思概念。通过实践，笔者在反思的基础上认识到，教材的展开在考虑内容的系统性、严谨性时还有一个“尺度”的问题，也就是说，要顺应学习者的认知以及心理发展水平。如果教学组织科学合理，既注意学科内容的逻辑体系，又符合学生的学习心理规律，就能大大提高学生学习的效率。

从具体到抽象、从综合到分化，这就是迷思概念转变的底层逻辑。对迷思概念转变的研究应该展开足够深刻的沉思与谋划，如此，我们才不会辜负时代给予的机会，基于新课程、新教材观念的教学行为才能进入新的境界。□◢