基于前测的物理概念教学实践——以“力”的教学为例

李立娟 李小波 牛林 段俊霞

(1. 北京市通州区潞河中学，北京 101100；2. 北京市通州区玉桥中学，北京 101100)

1 问题的提出

物理概念是物理学理论体系的基础，物理概念教学是物理教学的重中之重。《普通高中物理课程标准(2017年版)》指出：物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。物理观念是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华，因此指向核心素养的物理教学呼唤更加有效的物理概念教学。

有学者把科学学习看作学生关于自然现象的原有概念的发展或转变,而不是新信息的点滴累积过程。[1]大量研究表明：学生已有观念对其学习会产生巨大影响，这类观念被研究者称之为前概念(Preconception)。前概念中的“概念”并不是严格意义上的狭义概念，而是更接近于观念，是头脑中对某一对象(事物、现象、过程等)的观点、看法。[2]因此，我们可以将前概念理解为学生在学习相关内容之前，头脑中已经存在的与学习内容有关的观念、看法、认识等。在学生的前概念中既存在符合科学的认知，也存在偏离科学的认知。[3]准确地把握学生的前概念，并在教学中帮助学生实现概念转化是物理概念教学中的核心课题。笔者尝试利用教学前测探查学生前概念，并据此选择不同教学策略，下面以“力”的教学为例进行探讨。

2 运用前测问卷调查，精准把脉学情

在整个中学阶段的学习中，学生对“力”这一概念的认识会经历如下进阶：在大量的物理情境中建立“力是物体间的相互作用”，改变学生“力是维持物体运动的原因”的错误前概念；明了“力是改变物体运动状态的原因”，在建构了加速度概念和学习牛顿第二定律之后，明了“力是产生加速度的原因”；功是力在空间上的积累，冲量是力在时间上的积累，在概念变化和重建中，使学生对力的理解呈螺旋上升之势。[4]

初二学生的物理学习刚刚起步，“力”是学习力学的开篇，是后面学习其他力学知识、丰富力的概念、树立科学的“运动和相互作用”观念的基础。为精准把握学情，笔者对初二年级320名学生进行了问卷调查，并针对问卷结果对部分学生进行了非正式访谈，以下为问卷题目和学情分析。

表1 对力的概念的认识

学情分析：92%的学生能够举出生活中用到力的实例，如人推车、手拉弓、磁铁吸引铁钉……其中只有3%的学生了解力在物理学中的定义，对这些学生进行追问，了解到他们是提前接触了物理的学习，但对于概念的理解近乎停留在字面上。

由此可以了解到，小学科学课程的学习和已有的生活常识使学生对力已经有一定的认识，学生头脑中有大量的生活实例，这些都为教学提供了丰富的形象素材。问题1在设置上为学生示范了表述的形式，也为初步建立力的概念作了铺垫。教学中要充分利用学生所举的实例，帮助学生顺利地从感性认识上升到科学概念。

表2 对力产生条件的认识

学情分析：对于问题3，24%的学生回答为“是”，所举例即为生活中常见的两个物体相互接触的产生力的情境；48%的学生认为“不是”，但不能举例说明；只有28%的学生根据已有生活常识能举出磁体间的相互作用作为反例。对于问题4，48%的学生认为“是”，实例同样来自于日常所见；52%的学生认为“不是”，这其中只有10%的学生能举出反例，但在举例说明时表述并不精准，例如“两块只是靠在一起的石头”。

由此可见，学生的常识经验为教学提供了一定可借鉴的资源，但同时暴露出学生在生活中形成了一些错误的认知，这些错误的前概念亟待在教学中予以转化。对力的产生条件的认识上，错误前概念的形成主要是由于一些不常见的实例没有进入学生的视野，学生没有注意到生活中这些反例的存在，因此在课堂上要直观呈现这些例子，通过学生探究或者教师演示，做到“眼见为实”，初步帮助学生实现概念转化。

表3 对相互作用力的认识

学情分析：对于问题5，58%的学生能选出正确选项C,但没有具体说明；18%的学生能正确作答并有分析，例如“石头比较硬”等等；有20%的学生错选B，4%的学生错选A。

此题的正确率超过笔者预期，表明学生对“物体间力的作用是相互的”已有初步认知，但与此同时，通过访谈了解到，对于相互作用的两个力大小相等的关系，多数学生没有明确认知，鲜有与此相关的生活经验。

表4 力的作用效果及影响因素

学情分析：对于问题6，62%的学生能举出恰当的生活实例，同样为教学中从具体到概括提供了支持。对于问题7，18%的学生能回答出一二，但不全面，82%的学生没有回答或者回答错误。

对于力的作用效果学生不难理解，教学中同样要充分利用学生所举实例，要着重引导学生进行概括。学生对于力的三要素作答的情况不理想，通过访谈了解到和问题设置方向不明确有关，通过简单举例学生就能清楚，这部分内容教学中应该用实验予以突破。由此也可以看到，前测问卷中问题设置的精准性直接影响对学生前概念的探查结果。

3 基于前测的概念教学设计与实施

在学生的前概念中，既存在科学的认知，也存在偏离科学的认知。以下结合教学实践对这两种情况具体展开说明。

3.1 丰富感性材料，发展理性认识

关于对“力的概念”和“力的作用效果”的认识，前测为我们提供了丰富的有助于形成科学概念的感性材料，这些都符合科学的认知。在教学中我们要充分利用学生所举的大量实例，帮助学生从感性认识上升到理性认识。

例如在“力的概念”教学环节，教师先用图片展示生活中与力相关的情境，之后展示学生在前测中所举的用到力的例子，并引导学生分析、概括出特点，两个物体之间用一个“动作”连接，即：物体→作用→物体，由此得出力的定义：物体对物体的作用。教师接下来讲解施力物体和受力物体，再引导学生自己举例，分析其中的施力物体和受力物体。学生对于自己所举的实例易于理解，提高了学生的课堂参与度，同时使学生头脑中原有的概念与新学习的概念密切联系起来，实现认知结构的同化与顺应。

3.2 设疑引发冲突,转变错误概念

前概念中一些错误的、片面的认识会对物理概念的教学产生消极的影响，错误的认识如果得不到及时、有效的纠正，极易使学生形成负面的思维定势，阻碍科学概念的建构，因此笔者在教学中通过设疑引发学生认知冲突，帮助学生发现错误认知并实现转变。

在“相互作用力”教学环节，前测反映出学生对“一对相互作用力大小相等”缺乏感性认知，并且有部分学生认为“以卵击石”中蛋壳破碎就是因为石头给鸡蛋的力更大，为了转变学生的错误认知，笔者在教学中应用数字化实验系统，为学生直观呈现相互作用的两个力的大小关系，取得了较好的效果。维果斯基指出：“科学概念的直接教授是不可能的,而且也是没有效果的。”[5]笔者在前测中有意创设问题情境,让学生充分暴露不科学的认识,并通过实验使学生意识到自己原有认识中的不足和错误,实现概念转变。

4 总结与反思

笔者在教学实践中，利用前测探知学生的前概念，并发现学生的反馈有些在预想之中，有些超出了以往的经验，因此前测更能精准地把握学情。同时为了更好地探查出学生的认知情况，在前测中多使用的是问题而不是物理习题，并且多数以表述题的形式出现。相关研究表明：对于学习者而言，前概念大都是有一定“道理”的，甚至比科学的观念更容易得到认同。因此，如果在学习活动中学习者不能获得足够的、可信的依据，他们头脑中的前概念是不会轻易转变为科学概念的。[6]教学中要充分重视学生的前概念，在此基础上选择恰当的教学策略，充分开展自主探究和演示实验，促进学生科学概念的建构。有研究表明：一个重要概念的转变不能通过革命的方式发生，概念的转变在本质上是一个渐变过程，教学中要充分重视这个渐变的过程。笔者在实践中也发现，随着时间的流逝，有些学生的错误前概念在变化的情境中会出现反复，因此在教学中重点予以突破的同时，还需要设计有针对性的作业进行巩固。