前概念和相異構(gòu)想的理解及啟發(fā)

吳 迪 李 賀 朱俊孔

（山東師范大學(xué)物理學(xué)院，山東 濟(jì)南 250014）

教師在教學(xué)的過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識之前，往往對物理現(xiàn)象形成了自己的想法和觀念，用以理解生活中遇到的事物和現(xiàn)象.這些想法有時和科學(xué)的物理概念沒有沖突，但許多時候則是不相容的.國外研究者稱之為“前概念”（preconception）或“相異構(gòu)想”（alternative）.

1 前概念和相異構(gòu)想的理解

現(xiàn)在人們普遍意義上理解前概念一般是指學(xué)生在接受正式的物理教育之前，由長期的日常經(jīng)驗形成的對事物、現(xiàn)象的看法和觀念.按照認(rèn)知心理學(xué)的觀點，這種前概念的存在是必然的，因為個體天生具有組織思維過程，從出生就開始了探索環(huán)境、認(rèn)識環(huán)境、適應(yīng)環(huán)境的活動，在活動中構(gòu)建了特定的認(rèn)識模式，前概念就是這種圖式的反映.但他們只是對事物和現(xiàn)象非本質(zhì)的認(rèn)知，而且由于物理概念揭示的是復(fù)雜紛繁的自然現(xiàn)象的本質(zhì)，具有一定的抽象性和復(fù)雜性，所以前概念中許多是與科學(xué)概念相悖的，不利于學(xué)生新概念的構(gòu)建.如學(xué)生根據(jù)日常生活經(jīng)驗得出“力是維持物體運動的原因”，“重的物體比輕的物體下落速度快”，“超重和失重就是重力的增加和重力的減小”等等.

相異構(gòu)想泛指所有與正統(tǒng)科學(xué)概念不同的想法.相異構(gòu)想不僅包括學(xué)生在未接觸到正規(guī)物理教學(xué)時形成的認(rèn)識，還包含授課之后學(xué)生形成的不科學(xué)的概念.學(xué)生經(jīng)歷過正規(guī)的物理教學(xué)過程，但因某些原因，如教學(xué)方法、學(xué)習(xí)措施、思維邏輯等，在知識建構(gòu)的過程中，舊的概念可能與新的概念產(chǎn)生干涉，原來并不牢固的概念變成了相異構(gòu)想.在物理概念的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生在接觸到新的知識時，總試圖用舊的知識結(jié)構(gòu)與思維方式來理解并轉(zhuǎn)化為自己的知識，所以在新舊知識的碰撞和建構(gòu)的過程中，原有格式改變以適應(yīng)現(xiàn)實.有時出現(xiàn)認(rèn)知的沖突時，學(xué)生經(jīng)常不自覺地拒絕接受新概念，因為概念的形成需要較長時間，所以前概念在學(xué)生頭腦中是牢固的，改變它也是困難的，這時就產(chǎn)生了相異構(gòu)想.

基于以上的分析，前概念與相異構(gòu)想并不等同，它們之間互有交叉，如圖1所示.

2 教學(xué)策略的啟發(fā)

教學(xué)實踐表明，前概念和相異構(gòu)想阻礙了學(xué)生對知識的理解和對物理知識框架的構(gòu)建，是導(dǎo)致物理難學(xué)、學(xué)生不樂意學(xué)的一個十分重要的原因.因此教師需要研究學(xué)生前概念和相異構(gòu)想，了解學(xué)生的前概念和相異構(gòu)想的內(nèi)容和性質(zhì)，尋找產(chǎn)生的原因，采取應(yīng)對教學(xué)策略.

新課之前要了解學(xué)生原有的知識和思維方式，并分析其對理解新知識會有什么影響，然后采取有針對性的教學(xué)策略，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)知沖突，糾正錯誤概念，從而建構(gòu)出科學(xué)的概念.前概念具有隱蔽性，所以教師要通過一定的途徑和手段來暴露前概念.教師了解學(xué)生的前概念，重要的是靠教學(xué)中學(xué)生的反饋信息和教學(xué)經(jīng)驗的積累，還可以通過談話交流、討論、問卷調(diào)查等具體方法.在一些共同的物理概念中，不同區(qū)域的學(xué)生一般擁有一些共同的前概念，所以調(diào)查的結(jié)果可以推廣應(yīng)用.

圖1

2.1 突顯前概念和物理事實的沖突，充分利用演示實驗和探究實驗

經(jīng)歷視覺上的沖突和震撼，造成認(rèn)知結(jié)構(gòu)的不平衡，促成原有知識結(jié)構(gòu)的順應(yīng)，用科學(xué)的概念代替原有的錯誤觀念，實現(xiàn)錯誤前概念向科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變.前概念是以實際生活中大量直觀生動的現(xiàn)象作為支撐，建立在對于這些現(xiàn)象的概括、抽象化之上的，有邏輯上的合理性，是學(xué)生自主的智力活動的結(jié)果.所以暴露前概念的矛盾，也要從現(xiàn)象入手，為學(xué)生提供感性材料，在此可以用演示實驗向?qū)W生展示.概念是在科學(xué)實踐中逐步形成和發(fā)展起來的，所以說概念的形成離不開實驗，親身進(jìn)行各種各樣的實際活動是建立概念的必要條件，概念的形成和發(fā)展過程對每個人來說都不一樣的，即遵循一定的發(fā)展規(guī)律又有每個人自己的獨特的發(fā)展方式.探究式實驗教學(xué)為每個學(xué)生提供形成概念不同方式的條件，并滿足每個人探究的天性.大多數(shù)物理概念均可通過觀察和探究得到，通過學(xué)生直接感知有相互聯(lián)系的材料，用文字或語言概括出所探究的事物和現(xiàn)象的一般特征，得出物理的概念，并與其他事物和現(xiàn)象的一般特征加以對比和區(qū)分.學(xué)生面對無法用已有知識解釋的現(xiàn)象，自己對問題提出猜想并動手進(jìn)行探究來獲得科學(xué)概念，糾正錯誤的前概念，實驗充分實現(xiàn)了概念的可操作性.

以初中物理課本中“科學(xué)探究：串聯(lián)和并聯(lián)電路的電流”一節(jié)為例，在學(xué)習(xí)本節(jié)之前學(xué)生已學(xué)習(xí)了電路的基本知識，并對電路有其電流大小的表述，但沒有具體介紹電流這個概念.課前可通過訪談一部分學(xué)生對電流的認(rèn)識或自答筆試題.課前操作便于教師對整個教學(xué)過程的設(shè)計，因題量少，學(xué)生易于得出答案，也可在教學(xué)過程中進(jìn)行.本節(jié)課開始教師先向?qū)W生介紹電流，課文中把電流類比為“水流”，然后展示上節(jié)學(xué)習(xí)過的串并聯(lián)電路圖（如圖2、圖3所示），提問學(xué)生A、B、C、D幾點的電流大小，學(xué)生給出自己的答案，使學(xué)生隱藏的前概念充分暴露.那事實如何呢？引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計探究實驗方案，通過自己動手實驗找出答案.

圖2

圖3

沒有正視沖突的學(xué)生學(xué)習(xí)完本課后，即使已通過實驗得出串聯(lián)電路電流各處相等，但仍存在電流經(jīng)過用電器會減小的困惑，他們認(rèn)為電流被用電器消耗掉了.但是正視了這個沖突之后，存在這樣困惑的學(xué)生比率普遍降低.

重的物體比輕的物體下落的速度快，這是人們通過生活經(jīng)驗得出的普遍結(jié)論.教學(xué)過程中教師首先演示兩個相同的紙片靜止釋放，再折疊其中一張，重復(fù)操作，得出學(xué)生認(rèn)識上的矛盾，然后通過演示真空管實驗得出結(jié)論，解決認(rèn)知沖突，接受正確的物理概念.

在日常生活經(jīng)驗中看到木塊浮在水面而鐵塊下沉，就會形成判斷物體漂浮和下沉的依據(jù)：輕的物體浮，重的物體沉.授課過程中首先提出針在水里會下沉，沉重的輪船卻漂浮？然后可以通過直觀的演示實驗，更明顯地顯示出認(rèn)知的沖突，演示之前先讓學(xué)生猜一猜：將不同種類的輕鐵塊和重蠟塊放入水中，會發(fā)生什么現(xiàn)象？學(xué)生在不知不覺中進(jìn)入了新課程的學(xué)習(xí).

2.2 在教學(xué)過程中，從物理概念和物理規(guī)律入手

相異構(gòu)想在學(xué)生應(yīng)用物理概念的過程中充分表現(xiàn)出來，如做練習(xí)和考試時，錯誤的解題過程，這也是教師認(rèn)識和積累學(xué)生相異構(gòu)想的素材的途徑之一.教師要善于總結(jié)歸納學(xué)生做題中的錯誤，尋找錯誤答案后面隱藏的思維方式，不僅僅要糾正答案，說明正確解題思路，而且要找出錯誤的根本原因，暴露其隱藏的相異構(gòu)想，制造機(jī)會讓學(xué)生認(rèn)識到它的局限性和錯誤性，使學(xué)生放棄舊的觀念接受新的觀念.

在學(xué)習(xí)了加速度之后，學(xué)生會對加速度的理解存在困惑.明明是加速度怎么會造成速度的減小呢.究其原因一個是對“加”的漢語理解泛化，沒有把它轉(zhuǎn)化為物理語言，再一個就是不明白加速度的矢量性質(zhì)以及加速度產(chǎn)生的本質(zhì)原因，這些可以通過平時的練習(xí)總結(jié)歸納得到.

通過練習(xí)題目分析小球在下落過程中的加速度方向和大小的變化（如圖4所示），可得出學(xué)生擁有的對加速度的相異構(gòu)想.在彈簧被壓縮了x＝G／k之后，仍然認(rèn)為小球的加速度是豎直向下的，這類答案錯把球的運動方向當(dāng)成加速度的方向.本質(zhì)原因是學(xué)生對加速度和速度產(chǎn)生的混淆.在講解過程中把問題放大化，不僅給出加速度的正確判斷，還要讓學(xué)生明白加速度產(chǎn)生的原因是物體受力.有必要的話，簡單對加速度的概念重新進(jìn)行一下科學(xué)抽象，以促進(jìn)學(xué)生對概念的順化，形成更深刻、更全面的理解.

3 小結(jié)

對前概念和相異構(gòu)想的研究，有利于促進(jìn)學(xué)生對物理概念的理解、物理知識的建構(gòu)和應(yīng)用，有利于促進(jìn)學(xué)生跨越前概念和相異構(gòu)想的障礙，形成完整、科學(xué)的物理知識體系.

圖4

1 宓子宏.物理教育學(xué).杭州：浙江教育出版社，1992.

2 王敏.淺談物理教學(xué)中的前概念.教學(xué)與管理，2010（1）.

3 杜軍義.高中學(xué)生學(xué)習(xí)物理的相異構(gòu)想初探.物理教師，2002（6）：23