用實驗干預學生前概念的教學探討——以“物體的浮與沉”教學為案例

張月蘭

(蘇州工業園區星海實驗中學，江蘇蘇州 215021)

1 問題的提出

在學習物理之前，中學生對日常生活中所感知的現象和長期的經驗積累，已形成了一些對多種物理現象的認識及看法，這就是前概念.即使有些問題他們從沒有觸及過，但是一旦新問題出現在他們面前時，學生往往會基于現象和經驗，依據他們的認知能力，對新問題給以理解或解釋.前概念與新知識之間有著合理的延伸或相似，然而前概念與科學概念并不相一致，往往有矛盾和差異.用實驗干預學生前概念，呈現前概念與新知識之間的差異，尋找證據來理解新知識，幫助學生從錯誤的前概念轉化到正確的科學概念.這種方式既符合物理學科教學的需要，也符合初中生認知的心理特點.

本文以蘇科版物理教材初二年級下冊第10章第5節“物體的浮與沉”為案例，闡述利用實驗的方式來發現、評價、突破前概念，進而達成新知識的教學設計及其實施.

2 用貼近生活的實驗，呈現學生中的前概念

學生的前概念是一種個體特定的認知圖式，往往具有隱蔽性.若用灌輸式的教學，教給學生正確的知識，在不產生認識沖突的情況下，學生認識不到自己存在著錯誤的前概念，因而難以順利地產生正確的認識并形成科學的認知體系.

在教學中通過有效的途徑促進學生自主鑒別錯誤的前概念，明確這些概念是自己主觀的認識，這對于提高學生的學習興趣，實現教學目標是具有重要意義的.由于這些前概念來源于生活現象或以往的經驗，教師設計貼近生活且具有針對性的實驗活動，通過指導學生觀察、分析現象，誘導學生發現自己錯誤的前概念，就更容易引起他們的共鳴.

例如在“物體的浮與沉”的教學設計中，教師精選兩種石塊，其中一塊體積大的為凝灰巖，另一塊體積小的為普通的鵝卵石.將兩石塊完全浸沒于水中，請學生猜想放手后石塊的運動情況.學生憑借生活經驗，往往猜測兩石塊都會下沉.通過實驗觀察，學生發現體積大的石塊(凝灰巖)浮起來了，而體積小的石塊(鵝卵石)沉下去了.

這時教師進行初步引導，提出問題:要求學生根據所學內容來解釋體積大的石塊為何上浮?學生回答:根據阿基米德原理，體積大的石塊(凝灰巖)排開液體的體積更多，受到的浮力更大，所以體積大的石塊會上浮.于是，學生們達成了第1個認識:浮力大的物體會上浮.教師再取出兩個石塊，請學生比較其所受的重力，有學生用兩手掂分量發現體積小的鵝卵石更重.教師又提出問題:鵝卵石為何會下沉?學生回答:鵝卵石所受的重力大，所以下沉.學生們達成了第2個認識:重力大的物體會下沉.這樣，潛藏在學生頭腦中的前概念通過實驗的演示，就被呈現出來了.

教師再演示:取出鉛球和木塊(鉛球體積大，木塊體積小)，浸沒于水中釋放，發現體積大的鉛球下沉，這可以說明:所受浮力大的物體不一定上浮.當取出小鐵球和木塊(小鐵球質量小，木塊質量大)，放在天平兩端時，發現木塊所受的重力大，但當浸沒于水中釋放，發現所受重力大的木塊卻浮了起來.這樣便可幫助學生獲得認識:所受重力大的物體不一定下沉.由此可知，物體的浮沉不僅僅由浮力決定，也不僅僅由重力決定.

3 用層層遞進的實驗，引導學生逐步完善概念

前概念具有自發性，是學生憑自己的感性經驗構建的認識.如何讓學生逐步找出學習新知識的正確方向?對于如何讓學生認識到前概念產生的原因，僅僅憑借教師的講解是缺少說服力的.

筆者認為:來源于生活的實驗素材、簡潔明了的問題驅動，能夠指引學生思考的正確方向;分組實驗、協作交流，能提升學生學習的興趣，降低他們思考的難度，從而進一步引導學生自己修正其前概念.

例如在“物體的浮與沉”的教學設計中，教師利用生活器材:蘋果、顏料管(將小號的水粉或水彩顏料管擠出顏料)、塑料瓶(裝沙)、氣球、橡皮泥等生活器材，引導學生探究它們浸沒于水中釋放后的運動情況.

在學生進行猜測和思考的基礎上，教師給出探究任務:怎樣使下沉的物體上浮?怎樣使漂浮的物體下沉?教師在板書匯總學生所用的方法后，啟發學生從受力分析的角度來思考因這些方法中改變了什么因素，才發生了浮沉現象的改變(如圖1所示).進而得出結論:物體的浮沉是由物體所受的重力和浮力共同決定的.

圖1

教師展示懸浮現象——懸浮在鹽水中的雞蛋(課前準備好，為了增加現象的穩定性，可用透明的瓶子放置，并將蓋子旋緊)，對懸浮現象進行形象說明.接著啟發學生匯總:兩種狀態——漂浮、懸浮，兩種過程——上浮、下沉.引導學生利用平衡力的關系推測漂浮、懸浮時，物體所受的浮力等于重力;猜測上浮時物體所受的浮力大于重力，下沉時物體所受的浮力小于重力.

在上述探究活動中，學生有個體差異，他們會選擇不同的方式進行實驗.將他們的出發點歸納起來看，不是改變物體所受的重力，就是改變物體所受的浮力.通過教師的引導和匯總，逐步達成了學生對錯誤前概念的自主修正——物體的浮沉是由重力和浮力的關系決定的;通過實驗現象的呈現，達成了對懸浮概念的理解;進而在教師的引導下，找出了物體浮沉的判定條件.至此，學生們便對物體的浮沉形成了較為全面的認知.

4 用深入協作的實驗，指導學生建構概念體系

由于前概念具有頑固性，因此如何幫助學生建立穩固、正確的知識體系，給學生提供體驗并獲取自身的認知就顯得非常重要.對于以感性思維為主的初中生來說，如果體驗少了，就會少一些理解.本節課教學中，將“浮沉條件”用于實際情境的判斷，就是為學生提供在實際情境中體驗的機會，消除前概念的負面影響，使之自我理解物理現象以達到知識的內化.在加強自主探究指導的同時，以體驗性的學習任務為驅動，使學生在思維的廣度和深度上經受訓練，從而實現新學知識的穩固建構.

在“物體的浮與沉”的教學設計與實施中，筆者從創設物理情境出發，選用彈簧測力計、水和筒、塑料瓶和沙子等器材，通過學生的協作實驗活動(見表1所示)，進行下沉、上浮條件的實驗探究和驗證，取得了良好的教學效果.

表1

5 教學中需要注意的幾個問題

在運用實驗進行學生前概念的干預教學過程中，筆者認為需要注意以下幾個方面的問題.

(1)及時挖掘學生的前概念，并進行前概念的鑒別.

學生的前概念“潛藏”在其認識體系內，教師要想方設法發掘學生頭腦中原有的前概念，并通過精心的實驗安排，幫助學生感知前概念的正誤，這是進行新知識體系構建的有效保障.如果漠視錯誤前概念的存在，前概念仍然存在于學生的頭腦中，則對當前和今后進一步的學習都會產生干擾.如果不能及時發現前概念，不能引起學生認識沖突，教學就會失去針對性.

(2)充分尊重學生的認知特點，突出教學過程中學生的主體地位.

新課程標準的理念“從生活走向物理，從物理走向社會”，貼近學生的生活實際，符合學生認知特點，給學生一定的時間和空間，讓他們來理解自己已有的觀點，才有可能實現前概念的矯正.教師在教學環節的設計和重難點的突破方式上，要給學生多一些體驗和交流，及時為學生創設一些循序漸進的學習臺階，切忌功利、急躁.

(3)在教學環節中要合理安排實驗活動，以提高教學的有效性、針對性.

實驗的設計要精心，對既定的實驗活動要有預見，實驗的環節要簡潔且有針對性.不僅要關注實驗的結論，而且要重視實驗的過程.對于實驗的安排切忌盲目，環節不宜過多，以免學生無所適從.實驗探究中的協作活動也很重要，組內學生的分工一定要明確落實.

(4)創設好實驗教學的物理情境，提高學生的探究欲望和興趣.

教學中通過生動、科學的實驗情境的創設，可以激發學生自主學習的迫切愿望，提高他們進行探究學習的持久興趣，從而在師生的教學合作與互動中，實現教學目標的切實達成.限于本文的篇幅，這里就不多贅述了.

1 趙強，劉炳昇.建構與前概念［J］.物理教師，2001(7):3-4.

2 ［英］德賴弗，［法］蓋內，［法］蒂貝爾吉安主編，劉小玲譯.兒童的科學前概念［M］.上海:上海科技教育出版社，2008.

3 陳兵兵.淺談新課標下物理教學的設計策略［J］.吉林省教育學院學報(學科版)，2011(1):110-111.