高中物理概念轉變教學策略的嘗試與探索

摘要:高中物理概念難教難學。研究高中物理有關“前概念”，進行有效的概念轉變教學是一個新的研究課題。本文是筆者結合學習相關“前概念”理論，對“前概念”的認識和教學實踐中進行概念轉變教學的嘗試與探索。

關鍵詞:高中物理;“前概念”;概念轉變;嘗試與探索

中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A文章編號:1003-6148(2010)9(S)-0015-4

在物理教學中，教好物理概念是幫助學生學習和掌握物理規律的基礎和橋梁。同時，物理概念教學又是培養學生物理思維能力的重要途徑，其效果如何不但會直接影響學生運用概念分析問題、解決問題的能力，而且還關系到物理教學的整體質量。然而物理概念難教難學，一直困擾著物理教學，是提高教學質量的一個“瓶頸”。

1 什么是前概念

大量的教學實踐表明，學生在學習物理課程之前，頭腦里并非一片空白。學生通過日常生活的各種渠道和自身的實踐，對客觀世界中的各種事物已經形成了自己的看法，并在無形中養成了他們獨特的思維方式。這種在接受正規的物理概念教育之前所形成的相關概念一般稱之為前概念(preconception)。由于生活環境的不同，學生對同一物理概念，會產生形形色色的帶有個性的前概念。

2 前概念對物理概念教學的影響

前概念不是科學、規范的物理概念，但與科學的物理概念又有密切的聯系，或者說有相近的意義、相似的功能，它是學生自己的直接或間接的固有經驗。有的前概念在一定程度上正確反映了某種物理現象或某一物理過程，只是不夠全面、完整。它們能夠為學習科學的物理概念奠定良好基礎，從而成為物理概念學習的資源和概念學習的新的增長點，有利于使學生盡快地掌握新的概念和知識結構。如學生在學習物理前已對生活的一些物理現象和規律的了解:在熱學方面，他們有了冷熱的不同感覺;在光學方面，他們對照相機照相，近遠視眼鏡，馬路上的油膜色彩等充滿了好奇……對這些已知的物理現象的了解和好奇是新知識學習的基礎，有助于激發他們進一步學習物理的興趣，促進科學物理概念的建構和意義學習。但也有一些前概念，是由對物理現象、過程、材料的片面或錯誤理解而產生的，其“先入效應”會對學生學習科學的物理概念產生排斥作用。這樣的一些前概念如果得不到及時糾正，就會對學習新知識、新概念產生同化和順應，從而歪曲新知識的意義。如在“力與運動”的關系中，許多學生都有“力是維持物體運動的原因”的“前概念”，具體如“踢出去的足球在空中受到一個向前的力的作用——這個力使足球向前運動”。

3 科學利用前概念進行物理概念轉變教學的嘗試與探索

如何科學利用“前概念”探索進行概念轉變教學的策略與方法，是物理教師必須面臨的選擇。筆者認為，科學利用“前概念”進行有效的概念轉變教學，首先需要教師了解針對所教物理概念，學生中有哪些“前概念”存在，了解這些“前概念”對科學的物理概念會產生什么影響。因此，教師在進行相關內容教學之前，應通過一定的方式，如提問、問卷調查、試題測試等等，去深入了解學生大腦中前概念的存在情況并進行分析。

其次，應有針對性地選擇事例或現象，讓學生用自己的前概念去對事例或現象進行解釋，使他們產生認識上的沖突。即大腦中的原有概念與當前面臨的現實產生無法調和的矛盾，從而感覺到有改變認知結構的需要。接著通過實驗事例把科學的物理概念告訴學生，并把這些概念應用到更為廣泛更為深刻的現象中去，當學生在新的思維結構下有更多成功的時候，他們就會接受科學的物理概念。

在教學實踐中，筆者結合理論學習，嘗試、探索利用“前概念”進行概念轉變教學的一些常用策略與方法:

3.1 設計導入式問題

近年來，越來越多的專家學者意識到了學生的已有前概念對其新知識建構的重要影響作用。在許多新課程的教材中，教學單元前開始單獨設置“你已經知道了什么?”、“請你先說”等欄目，來引發學生的已有經驗或前概念。如在速度概念教學中，學生在小學、初中的《數學(應用題)》、《科學》教學中不斷強化的“速度等于路程與時間之比”。筆者首先強調運動有方向性，描述運動最基本情況——位置移動的位移也有方向性，方向性是運動的最基本性質之一。接著是啟發學生思考兩個問題:①以前的“速度等于路程與所用時間之比”這一個“速度”有沒有反映運動的方向性?②用一個怎樣的物理量來描述運動狀態，既能表示運動快慢，又能表示運動方向?并在稍稍討論后再讓學生進一步思考。③對解決問題②，從位移概念和以前的“速度”概念中你能得到了什么啟發?

經過師生之間的討論后，引出用“位移與所用時間之比”“再定義”一個科學的速度概念。最后經過學習討論平均速度、瞬時速度、瞬時速率等概念，指出以前的“速度等于路程與所用時間之比”的“速度”，只表示物體的運動快慢，確切地說具有“速率”的意義。此外，導入式問題的形式是多樣化的，不僅可以通過文字提問的方式，在一些實驗性較強的相關概念中，還可以充分利用設計課前實驗引入教學內容。

3.2 搭建認知橋梁

對于某些觀念，成年人進行理解時不會存在任何問題，但是對青少年學生而言則會顯得抽象而晦澀，沒有意義與價值。因此進行概念轉變教學的教學設計，關鍵是站在學生的立場上進行設計，而不是從教師自身的立場出發。教學的設計意義在于把“前概念”轉變為科學概念之間進行有效搭建。教學實踐證明，很多概念的建構對于學生來說，不可能通過直接定義一步到位地完成，而應根據理解的六個維度:解釋、釋譯、運用、洞察、移情、自我認識，一步步給學生以鋪墊，幫助他們建構相關知識。又如筆者在速度概念教學中，同樣并沒有直接向學生給出“速度應該有方向”，而是通過引導思考“描述運動的結果——位置的移動是有方向性的”來構建起“速度應該有方向”兩者之間的認知橋梁。

3.3 讓學生自主探究

讓學生自主探究，是高中物理新課程標準的新理念。利用“前概念”進行概念轉變教學，讓學生進行自主探究是一個重要的途徑。教學中有目的地設計一些實驗、讓學生在進行實驗與收集證據的過程中創造激發認知沖突，使學生們頭腦中的前概念受到了新情況的挑戰。正是在這樣的過程中，激發起學生的認知沖突，促使他們轉變原來的認識。

如筆者在教學中，針對學生已有的勻速運動速度和平均速度概念——“前概念”，充分運用《用打點計時器測物體速度》這一實驗，讓學生帶著“假如讓紙帶在某點(如C點)經打點計時器打點后勻速運動”、“假如計算打點計時器打出C點前后很小一段時間內的平均速度”兩個思考題進行自主探究，體驗打點計時器打C點時的瞬時速度意義。

在組織探究過程中，教師要充分相信學生，放手讓學生去探究自然事物的特征、結構、聯系、變化等信息，保證學生探究的時間，盡可能地增加學生獲得解決問題所需要的信息量。要持之以恒培養學生有效合作、邊觀察操作邊思考記錄的良好習慣，初步形成尊重事實的實證精神、認真細致的探究習慣。

3.4 促進學生深層思維

在教學中盡可能多地提供與概念相關的信息，并積極引導學生進行研討綜合，科學處理各種信息，分析與論證、評估、交流與合作，則是為學生進一步建構物理概念和認識新概念的合理性創造了條件。例如在高一第一節《力》中，筆者給學生提出這樣一系列的問題:“力為什么可以這樣定義?”;“能不能把力定義為是手對黑板的作用?”;“如何給一個物理概念下定義?”;“定義中‘相互’兩字如何理解?”;“力的相互作用有無先后?”;“平常說的體力、腦力、生產力等是否就是物理中的力?”。從一個熟悉的概念引出一系列他們從未想過的問題，必然大大激發了他們思維興趣。這樣逐步使學生懂得掌握概念靠“記”是不夠的，理解才是掌握概念的關鍵。

學生面對與概念相關的大量信息，仍會習慣試圖用以前的認識來解釋新的現象，在多次解釋失敗后就不得不引起對“前概念”的反思、評估和交流，從而促使學生加深對物理概念的理解和認同，并對前概念作出調整和改造，從而實現概念的重新建構。再讓學生嘗試用物理概念去解決前概念不能解決的問題，他們對物理概念的有效性就會有更深刻地體會和認識。

3.5 組織情境教學

讓學生在與實際情況相類似的教學情境中修正錯誤想法是幫助他們獲得物理概念的最佳途徑。學生頭腦中的前概念大多是在生活的具體情境中建立起來的，用他們獲得前概念的真實問題作為實例，會產生真實感和親切感。教學中用以下的思路來解決真實性任務能有效地轉變前概念:選擇真實性任務或創設類似的情境;讓學生根據自己的理解預測實驗或問題的結果;讓他們用自己的前概念對現象進行解釋，并為自己的前概念進行辯護，從而引起思維結構發生沖突，并強烈意識到前概念的存在;教師在適當時機參與，并步步引導他們用正確的物理概念來解釋問題。如果急于求成，直接讓學生面對課本上的“真理”，往往只能適得其反。

如加速度概念的教學。教學中創設這樣的情景:磁懸浮列車以432km/h高速勻速運行了8s時間，蝸牛在10s內速度從0加速到0.1cm/s，讓學生體驗速度大與速度變化大是兩個不同的概念。接著給出一些案例:普通轎車0→100km/h用時20s;火車0→100km/h用時大約500s，讓學生建立起速度變化相等時變化有快慢的初步概念。再給出如:短跑運動員可以在不到1s時間內從靜止加速到10m/s，自行車比賽選手可以在10s左右的時間內從靜止加速到11m/s，交通事故中兩車相撞時通常可以使80km/h行駛的車輛在0.002s時間內停下等等數據。讓學生在自主探究中，逐漸形成速度變化快慢的基本概念，并掌握正確的比較方法(控制變量法)。通過這些速度變化快慢不同的實物情景比較，使學生對加速度的概念有了清晰的認識。

通過與學生共同分析物理現象與物理過程，把學生一步一步地帶入物理概念的相關物理情境，讓學生從物理情景中體驗、感悟物理概念。

3.6 開展合作學習

合作學習旨在挑戰學生已有的概念并引導他們在必要的時候修正其前概念。每個人都在以自己的經驗為背景建構對事物和現象的理解，因此通常只理解到事物的某些方面，缺乏正確的全面的理解。合作學習可以克服個體知覺系統的局限性，學生與學生之間通過合作、交流與討論，使他們超越自己原來狹隘的認識，了解彼此的見解，了解那些不同觀點的基礎。而且，在合作學習中，每個學生都是積極的參與者，在自由平等、相互信任的氣氛中最適宜表達各種荒誕的觀念，這些荒誕的觀念有些是自相矛盾的。在激烈的爭論和積極的思考中，常常會促使他們認識到自己原有認識的片面性和不合理之處，并萌發一些新的猜想，這些猜想往往已經走進真理的邊緣。此時，教師也可以作為合作學習的一分子參與討論。教師參與討論的效果遠遠大于給學生直接提供正確答案。

參考文獻:

[1]顧慶裕.新課標下高中物理概念教學的實踐與探索.中學物理.2009.7(4-7)

(欄目編輯趙保鋼)