用建構主義突破電路“前概念”

汪建義

(廣東佛山市順德區第一中學,廣東佛山 528300)

1 建構主義學習理論

建構主義認為,學習不是由教師把知識簡單地傳遞給學生,而是由學生自己建構自己的知識的過程.每個學習者以自己原有的知識經驗為基礎,對新信息重新認識和編碼,建構自己的理解,因此對知識的理解和賦予意義是由每個人自己決定的.學習者不是知識的被動接受者,而是知識的主動建構者,外界施加的信息只有通過學習者主動建構才能變成自身的知識.

2 物理學習中的前概念

前概念是前科學概念的簡稱,是指個體在沒有接受正式的科學概念教育之前,日常生活中所感知的現象,通過長期的經驗積累而形成的對事物的非本質的認識.物理教學中的前科學概念有如下特點.

(1)自發性.學生在其頭腦中形成前科學概念時,完全是自發的.沒有人教他們這個問題應該是這樣,那個問題應該是那樣,他們完全憑自己的頭腦進行建構.而且學生認為用已有的前科學概念是“必然的結果”,并且絕對正確的.

(2)頑固性.前科學概念是學生頭腦中強烈具有的一種穩定的認知結構,因此它在學生頭腦中印象深刻,可謂“根深蒂固”.國內外的一些研究都表明,一旦學生對某些物理現象形成了前科學概念,要想加以轉變是極其困難的.

(3)隱蔽性.科學概念與前科學概念在學生的頭腦中經常會出現兩種觀念“和平共處”的情況,即“兩極觀念俱在,各派各的用場”.很多學生記住在課堂上學習到的“事實”,并且能在考試中重復使用,但在面對復雜問題或過了一段時間后再遇到類似的問題時,科學知識往往抵擋不住前概念,前概念會自然而然地涌現出來.

(4)負遷移性.錯誤的前概念如果得不到及時糾正,將影響對物理新知識的同化和順應,甚至歪曲新知識的意義,使學生形成錯誤的思維,變成物理學習的障礙,學生會覺得物理難學.

3 運用建構主義突破電路“前概念”

建構主義理論和物理教學中的前概念的特點要求教師改變傳統的教學方法,在教學中充分重視學生已有的前概念,不是簡單生硬地從學生的知識經驗體系和概念體系“外部”對學生實施概念的“填灌”,而是應當把學生原有的知識經驗作為新知識的生長點,引導學生從原有的知識經驗中生長出新的知識經驗.

3.1 充分了解學生的前科學概念,使得課堂教學的預設更為科學合理

教師首先要對學生的學習基礎和相關經驗盡可能多地了解,對他們的感受多多加以體會,有針對性地激發出教學必需的知識、經驗與感受,這是用建構主義的教學觀突破物理前概念的基點.而前概念不是教師們憑空想像出來的,只有與部分學生充分交流,只有在教學中不斷積累和發現問題,才能得到最真實、最可靠的資料.通過教學實踐,我們發現閉合電路教學中學生的前科學概念見表1.

表1

3.2 引發學生認知沖突,打破頑固的前科學概念

設置認知沖突,讓學生在前后矛盾及知與不知的強烈沖突中由“無疑”而“生疑”,由“有疑”而“釋疑”是建構知識的“順應”過程,是學生進行知識建構的重要方式,因而也是實施物理教學設計的重點.在物理教學過程中,教師要對此精心準備,巧妙設計,以求達到最好的教學效果.例如,用伏安法測電阻,學生在初中就學過原理,也做過實驗.面對安培表內接和外接這兩種電路,學生開始的反應是冷漠的,因為在他們原有的認知圖式中,這兩種電路是等價的,所以他們的思維仍處于穩定的平衡狀態中.通過演示實驗來激化矛盾,打破平衡.采用大型示教電表,分別用兩種電路去測量同一只大電阻的阻值,兩次測出的數據是5.2 kΩ和2.0 kΩ,然后又去測量同一只小電阻,得出的數據為5.0 Ω和3.6 Ω.懸殊的測量結果,造成了一種外來的強刺激,學生的思維被迅速激發起來.在激烈的認知沖突中,學生易于接受新的、正確的科學概念.

3.3 創設直觀情境,增加學生的感性認識

心理學研究表明,直觀表象(事物的具體現象)比語音、語意更容易被大腦接受.高中物理比較抽象,若離開了具體而直觀的表象再現,則很難使學生體會到概念和規律獲得的過程,也很難使知識的學習成為“有意義的學習”.因此,抽象的物理知識,有必要通過直觀情境將其再現出來.例如,在研究閉合電路的路端電壓和負載的關系時,由于初中對于“負載兩端電壓等于電源電壓”印象過于深刻,學生對于路端電壓隨負載變化而變化很難接受.這時做如圖1所示的實驗可以直觀地說明問題.(觀察接入的燈泡越來越多時,燈泡亮度的變化)

圖1

3.4 創設問題情境,進行變式教學

根據建構主義,學生只有在解決問題的過程中自主地理解知識,建構意義.提供高質量的變式練習(即不斷變更所提供材料或事例的呈現形式,使本質屬性保持穩定而非本質屬性不斷變化.)既能使教師關注程序性知識的學習,又能以適合學生心理特點(同中有異,異中有同,學生既熟悉又陌生)組織練習,能夠讓學生通過學習后形成一個功能強大,區分度高,分化細的知識組塊.例如,在電功率的教學中,本節課的概念和規律學生初中就有接觸,但實踐表明學生一做就錯.為此,本節課筆者設計了這樣幾道習題:

題1.一臺“220 V,66 W”的電風扇,線圈電阻為 20 Ω求:(1)加上220 V電壓,求電風扇消耗的功率,轉化為機械能的功率和發熱功率?(2)如果接上220 V的電源后,扇葉被卡住,不能轉動,求電風扇消耗的功率和發熱功率?

圖2

雖然對于第2問學生認為這是電能全部轉化為內能.但由于仍然是220 V的工作電壓,所以此時消耗的功率不變.此題設計有利于學生認識什么是純電阻電路、區別額定功率和實際功率.

題2.如圖2所示為白熾燈 L1(220 V,100 W)、L2(220 V,60 W)的伏安特性曲線(I-U圖像),則根據曲線可確定將 L1、L2兩燈串聯在220 V的電源上時,兩燈的實際功率之比大約為

(A)1∶2. (B)3∶5. (C)5∶3. (D)1∶3.

學生認為燈泡電阻是恒定不變的.直接從額定電壓和額定功率求電阻,得出(B).而實際上對于非線性電阻阻值是隨電壓變化的.這對加深歐姆定律的理解很有幫助.

3.5 尊重學生感受,切忌武斷否定

前科學概念有其存在的客觀性和必然性.教師不能嘲笑學生的前科學概念、不能武斷地否定掉一些“不科學”的前概念.期望通過一兩個實驗、反復練習就可以使前概念銷聲匿跡,就可以使學生明白這些往往用了幾個世紀才發展成熟的概念是不現實的,也是不可能的.因為學生對知識的接受只能靠他們自己的建構來完成.在教學中,教師應該允許學生為自己的前科學概念辯護,使學生間或師生間充分交換對同一事物與概念的不同看法.當學生發現他人的觀念比自己更合理,能更好地解決自己懸而未決的問題時,他們往往會對自己先前所持有的觀念提出懷疑.例如,在閉合電路的教學中筆者設計了一道簡單例題,讓學生充分討論.

圖3

題 3.如圖 3,電源為 1節干電池,它的電動勢為1.5 V,內阻為0.2 Ω,外電路的電阻為1.3 Ω,求電路中的電流和外電路電壓U外并討論:(1)電源兩端電壓與U外大小一樣嗎?(2)電源兩端電壓等于電源的電動勢嗎?(3)用電器兩端的電壓等于電源的電動勢嗎?

很多學生對這些概念很模糊,讓學生思考,充分發表意見,此題對學生突破“電動勢就是電源兩端電壓”、對區別電動勢、電源兩端電壓、外電路電壓和用電器兩端電壓很有幫助.

3.6 使學生認識到物理理論的局限性和發展性

例如學生一直認為歐姆定律都是成立的,初中學物理的時候就是把它作為真理學的,但對于非純電阻電路就不適用.這不是初中講錯了,而是沒有指明歐姆定律是有適用范圍的.電流表是有電阻的,電壓表的電阻不是無窮大,初中只不過做了合理的近似.通過這些例子我們可以讓學生意識到,所有的物理知識都是有局限性的,現在的學習不是過去簡單的重復,而是更加明確了適用范圍,科學知識是向前不斷發展的.這種交待是必要的,它不僅使學生明確了知識,還進行了科學觀教育,對學生理解物理,更好地學物理打下了基礎.

以上是筆者用建構主義突破高中“電路前概念”教學的嘗試.當今的物理教師,只有轉變傳統的教學思想認識,在教學各方面樹立建構主義的思想認識,才能更成功、更有效地把學生的前概念轉變為科學概念.

1 梁平.在自然科學領域中學生的錯誤觀念及其轉變.外國教育資料,1999(5).

2 曲亮生,郭玉英.國外物理教育工作者關于物理概念教學的研究.學科教育,1999(6).

3 施良方.學習論.北京:人民教育出版社,1994.