農村初中生力學前概念的調查與研究

【摘 要】農村初中物理教育逐漸引起教育界的關注，而前概念又在中學物理教學中起著重要的作用，本文通過對廣東省大埔縣家炳第五中學初二年級和初三年級的86名學生進行力學的前概念測試，并對性別差異、年級差異、不同學習成績水平之間的差異進行了研究。結果顯示，農村初中生對牛頓力學的認識，絕大部分都處于前科學概念水平，性別差異不顯著，年級差異不顯著，不同成績水平之間的差異極不顯著；傳統的教學方法無法使農村初中生的前科學概念很好地轉化為正確的科學概念。根據建構主義理論，結合農村教育的特點，提出相關的教學建議。

【關鍵詞】農村物理教育 前概念 牛頓力學

一、引言

物理概念是物理學的基石，同時也是幫助學生建立科學的物理知識系統、掌握物理規律的前提，物理概念的掌握對學生而言極其重要。但研究表明，初中學生在系統學習物理概念之前，由于日常生活經驗和前期學習，他們的頭腦并非一片空白，他們對客觀世界已有一定的認識，對各種自然現象已形成了自己的看法，這就是國內外學者所說的“前概念”。前概念對于初中學生科學概念的掌握既有積極作用——正確前概念，又有消極作用——錯誤前概念。近幾十年來國際物理教學的研究表明，學生在傳統物理學習中的表現并不盡如人意，即使經過了多年的中學教學，學生頭腦中仍存在著許多錯誤的“前概念”。[1]

與此同時，物理教學中另一個現象值得關注，那就是農村初中物理教育。農村初中學校由于信息閉塞、條件落后以及學習資料有限等現狀，辦學條件也比城市差，包括教學環境、教學設施等方面都存在一定的差距。

實施《 中華人民共和國義務教育法 》20多年了，但農村學生家庭成員的文化層次普遍較低，多數父母由于文化水平低，對孩子缺乏正確的輔導，造成學生基礎較差、知識脫節，思維相對不是那么活躍。農村學生和城市學生相比，上網的機會較少，見識不是很廣，獲取知識和信息的渠道比較單一，所以農村學生與城市學生的前概念也有所差異。我們在教學中，如果能抓住農村初中這些前概念特點，合理利用，因材施教，就能取得較好的教學效果。

二、研究方法

本次調查采取整體抽樣的方法。選取廣東省大埔縣家炳第五中學初二年級3個班和初三年級3個班的全體學生作為調查樣本。本次調查選用美國的FCI（Force Concept Inventory）“力的概念調查表”，FCI是由美國David Hestenes等人開發的，在國際物理教育界領域廣受認可。[2] 選取梁寒冰所翻譯的版本作為這次調查問卷的原本。[3] FCI問卷包含有30道選擇題，每道選擇題有5個選項。對于初中生來說，題量過大，做題時間過長，一次性測試30道題目的話，會影響到問卷的信效度。所以在本次研究中，將問卷作如下處理：根據測試的內容，抽取典型的題目，分類做成四份小試卷。每份問卷含有4道題目。問卷一：作用力與反作用力；問卷二：力與運動的關系；問卷三：力與運動的軌跡；問卷四：重力（試卷四由于有關重力的題目只有3道，為平衡做題時間，另外加了一道速度合成的題目）。

為保證結果的可靠性，問卷統一時間發放，統一做題時間（10分鐘），統一收回。每個班發放兩份不同的問卷，同桌之間做不同的問卷。各問卷均發放86份，回收86份，有效問卷86份。初二年級45份，初三級41份。本文的數據統計分析使用SPSS Statistics 17.0中文版。

三、結果與分析

1.答對題目數與比較均值

各項力學概念的平均得分以及標準差見表1。

從表1的平均分可以看出絕大部分被試者的前科學概念水平較低，特別是“力與運動的關系”的概念掌握最差，這就要求教師在教授相關內容時注意引導學生建立正確的科學前概念。

2.相關性分析

本研究采用Pearson相關系數進行相關性分析。Pearson相關系數用來衡量兩個數據集合是否在一條線上面，它用來衡量定距變量間的線性關系。相關系數的絕對值越大，相關性越強，相關系數越接近于1或-1，相關度越強，相關系數越接近于0，相關度越弱，詳見表2。

從表2可以看出，在答對題目數方面，初三學生與初二學生的差異性極顯著，年級與答對題目數中等程度相關。關于這部分概念的理解，初二的物理課程中還沒有相關的內容，而初三的學生已經學習過了，所以預期的理想結果應該是年級與答對題目數是強相關。但事實結果表明，教學的效果并不理想，這一結果也出乎學生的任課教師的意料。從初三學生平均的答對題目數較低也可以看出許多學生對“作用力與反作用力”概念的理解還停留在前科學概念水平。傳統的課堂教學并沒有使他們意識中的前科學概念較好地轉化為正確的科學概念。這個結果驗證了前科學概念具有頑固性和隱蔽性的特點。

在答對題目數方面，男生與女生差異性顯著，性別與答對題目數弱相關。結果表明，在物理概念學習方面，男生略微優于女生。

不同學習成績水平的學生差異顯著，學習成績水平與答對題目數弱相關。如果我們認為有較高學習成績水平的學生具有較高的學習心向的話，那么結果就表明，有較高學習心向的學生，能夠更好地促進自己意識中前科學概念轉化為正確的科學概念。

在初二和初三的物理課程學習中都未涉及，所以統一進行分析，可以跟問卷一的數據分析的結果進行對比，詳見表3。

從表3可看出，不同年級學生差異不顯著，年級與答對題目數極弱相關。結果證明隨著年齡的增長，如果不進行系統的概念學習的話，人們意識中的前科學概念是無法自行轉化為正確的科學概念的。

男生與女生在答對題目數方面差異不顯著，性別與答對題目數極弱相關。結果表明，對物理現象的理解水平，男生略微優于女生。

不同學習成績水平的學生在答對題目數方面差異極不顯著，學習成績水平與答對題目數幾乎無關。結果表明，物理是門獨立學科，其他學科學習成績水平的高低對學生的物理前科學概念的轉化幾乎沒有影響。

在答對題目數方面，不同問卷之間差異顯著，問卷類別與答對題目數弱相關。結果表明，學生形成的眾多物理前科學概念中，在某些方面與科學概念存在著較高的一致性。

四、教學建議

研究結果表明，農村初中生錯誤的物理前概念具有頑固性和反復性等特點，要使它們徹底轉變為科學的概念不是一件簡單的事情。教和學的經驗表明，對新的物理現象的認識要比對物理現象的重新認識即糾正錯誤前概念要困難得多。因此教師在進行科學概念教學之前，要了解清楚學生原有的對某一概念的認知水平、相異構想情況、新舊概念的區別等，采用科學的教學方法，使學生有效地轉變錯誤物理前概念，進行有意義的概念學習。

1.直觀引入

概念教學中的引入環節的例證，應盡可能利用農村孩子熟悉的生活中的前科學概念來喚起學生的回憶和想象。盡可能使學生直接感知豐富和典型的事物，通過學生自己操縱實物或模型進行探究，使事物和現象的知覺表象得以正確形成。

2.合作學習

農村初中教學還可以引入合作學習模式，可以幫助學生克服個體知覺系統的局限性，有助于學生形成反映事物本質的物理概念，而且在班級集體里還可以形成積極的學習態度，讓不同的思維自由地相互碰撞產生火花。

在合作學習中采用頭腦風暴法有利于促進科學物理概念的形成和錯誤前概念的糾正。每個學生都是積極的參與者，群體平等的氣氛最適宜思考各種可能最荒誕的觀念，把這些從不同側面提出的數量眾多的前概念建構起來或加以修正，常常會產生發生了質變的新概念，這種新概念可以立即揭露一些神秘的說法，揭露錯誤前概念的片面性。[4]

3.堅持矯正學生的前概念

研究結果表明，農村中學初二、初三年級絕大部分學生都處在前概念水平，甚至初二、初三兩個年級間的差異性不大，充分說明了前概念具有頑固性。因此，想要消除學生的前概念不是件容易的事情，教師應在教學中不斷用新的物理情景多次考查學生對于物理概念的掌握程度。

（作者單位：廣州大學物理與電子工程學院，廣東 廣州，510006）

參考文獻：

[1]曲亮生，郭玉英.認識我們的教師和學生（Ⅰ）——教師和學生對基本物理概念的理解和對物理課程期望的研究[J].物理教師，2000（5）.

[2]Hestenes D，Wells M，Swackhamer G.Force Concept Inventory[J].The Physics Teacher，1992，30（141） .

[3]梁寒冰.基于FCI工具的物理概念和規律的教學研究[D].南京師范大學，2007.

[4]賴小琴.物理前概念及糾正錯誤前概念的策略[J].廣西師范學院學報：自然科學版，2002（3）.