高一學(xué)生速度概念轉(zhuǎn)變的研究

裴彬

摘 要：由于初中教材把速度定義為路程與時間的比值，在學(xué)生頭腦中形成了非常深刻的印象，從而直接影響著高中平均速度和瞬時速度概念的學(xué)習。根據(jù)奧蘇貝爾的有意義學(xué)習理論，在高一速度教學(xué)中采用先行組織者的策略，把上位學(xué)習轉(zhuǎn)變?yōu)橄挛粚W(xué)習，避開認知沖突，降低了學(xué)習難度，使初高中教學(xué)成功地有機銜接。通過前后測對比，觀察到較好實驗的效果，有效地實現(xiàn)了概念轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：速度；概念轉(zhuǎn)變；有意義學(xué)習

根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)學(xué)生從初中進入高一學(xué)習速度相關(guān)概念時，因高中用位移與時間的比值定義平均速度，不同于初中用路程與時間之比來定義，由于位移的大小不一定等于路程，因此導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生諸多困惑。學(xué)生要么生硬地記住高中概念并努力忘記初中概念，要么認為初中的概念是錯誤的，甚至有教師也這么告訴學(xué)生。學(xué)生需要反反復(fù)復(fù)很長時間才能理清這些概念。

究其原因，是因為初中的學(xué)習在學(xué)生的頭腦中形成了穩(wěn)固的前概念，成為影響高中概念學(xué)習的阻礙，要讓學(xué)生掌握好高中的概念，意味著要實現(xiàn)“概念轉(zhuǎn)變”。所謂概念轉(zhuǎn)變（conceptual change）指個體原有的某種知識經(jīng)驗由于受到與此不一致的新經(jīng)驗的影響而發(fā)生的重大改變。

為了了解學(xué)生的關(guān)于速度的前概念，筆者設(shè)計了兩個前測題，在學(xué)習高中速度概念之前，對我校高一年級5個平行班級進行了測試：

前測1.某班同學(xué)去參加野外游戲。該班同學(xué)分成甲、乙、丙三個小組，同時從營地A出發(fā)，沿各自的路線搜尋目標，要求同時到達營地B，如圖所示為其運動軌跡，則下列說法正確的是（ ）

A.甲、乙、丙三組的平均速度大小相同

B.甲組的平均速度最大

C.乙組的平均速度最大

D.丙組的平均速度最大

從統(tǒng)計結(jié)果看，選B的人數(shù)占68.21%，說明這些學(xué)生頭腦中的速度概念是初中學(xué)習的路程與時間之比。其中選A的人數(shù)占23.49%，通過訪談了解到這部分學(xué)生已經(jīng)對教材進行了預(yù)習。八年級《物理》上冊第一章第三節(jié)運動的快慢中速度的定義為：把路程與時間之比叫做速度，公式為v=。學(xué)生在反復(fù)應(yīng)用中便形成了牢固的觀念：速度一定等于路程除以時間，如果是變速運動，則是指平均速度。在高中物理必修一第一章第四節(jié)中對于平均速度的定義是：物體的位移s與發(fā)生這段位移的時間t的比值。在學(xué)生看來，在曲線運動中位移的大小不等于路程，高中卻用直線距離除以時間，似乎完全否定了初中的定義，初學(xué)時難以接受。

為了了解學(xué)生關(guān)于瞬時速度的前概念，選擇了下面問題：

前測2.一位女士由于駕車超速而被警察攔住，警察對她說：“太太，您剛才的車速是60英里每小時！”這位女士反駁說：“不可能的！我才開了7分鐘，還不到一個小時，怎么可能走了60英里呢？”“太太，我的意思是：如果您繼續(xù)像剛才那樣開車，在下一個小時里，您將駛過60英里。”“這也是不可能的，我只要再行駛10英里就到家了，根本不用開60英里的路程。”下面是四位同學(xué)對警察與女士對話內(nèi)容的看法，判斷下列說法的對錯。

A.警察判斷女士超速是指某個時刻的速度達到了60英里每小時 [ ]

B.警察判斷女士超速是指女士某段時間內(nèi)一直按60英里每小時的速度開車 [ ]

C.女士可能把“60英里每小時”誤解為“必須實際行駛60英里，同時，時間恰好用了1小時” [ ]

D.女士可能把“60英里每小時”曲解為割裂開的“60英里路程”和“1小時時間”[ ]

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，有61.05%學(xué)生認為B正確，由此可以推斷，在學(xué)習高中速度概念之前，這部分學(xué)生頭腦中還沒有瞬時速度的概念，不能區(qū)分瞬時速度與平均速度。當然，初中階段教材考慮到學(xué)生認知水平有限，沒有講授瞬時速度概念。

由于學(xué)生頭腦中“速度等于路程與時間之比”這個觀念很深刻，在以往教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生用這個定義來理解瞬時速度，他們認為某個時刻或某個位置，既沒有時間又沒有路程，哪來的速度。

筆者認為，速度相關(guān)概念的學(xué)習無論采取何種方式，學(xué)生最終必須在頭腦中建立起相應(yīng)的知識結(jié)構(gòu)來，與其在沖突中建立概念形成知識結(jié)構(gòu)，還不如先呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)，在避開沖突基礎(chǔ)上建立概念。其理論依據(jù)是奧蘇貝爾的有意義學(xué)習理論。

有意義學(xué)習的機制是同化。同化是指把新觀念納入已有的認知結(jié)構(gòu)中去，使已有的認知結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（重組、修改、擴充、深化等），形成新的認知結(jié)構(gòu)的過程。奧蘇貝爾認為，同化的實質(zhì)是新知識通過與已有認知結(jié)構(gòu)中的起固定作用的知識與觀念，建立起實質(zhì)性的非人為性的聯(lián)系，進而被同化到已有認知結(jié)構(gòu)中來，其結(jié)果是使新知識被學(xué)生理解，獲得心理意義。有意義學(xué)習的同化模式有三種：下位學(xué)習、上位學(xué)習以及并列結(jié)合學(xué)習。

奧蘇貝爾的接受—同化學(xué)習理論在教學(xué)上的理論與主張主要體現(xiàn)在兩個教學(xué)基本原則以及先行組織者的教學(xué)策略上。其中逐漸分化原則是指學(xué)生應(yīng)該學(xué)習包攝性最廣、概括水平最高、最一般的概念，然后逐漸學(xué)習概括水平較低、較具體的知識，對它加以分化。

而先行組織者的策略是指在實際教學(xué)活動中，教師在講授新知識之前，先給學(xué)生提供一些包攝性較廣的、概括水平較高的引導(dǎo)性材料（先行組織者），用學(xué)習者能理解的語言和方式來表述，以便給學(xué)習者在學(xué)習新知識時提供一個較好的固定點，將它與原有的知識結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來。

依據(jù)上述理論，如果把初中所學(xué)平均速度叫做平均速率（沒有方向），則高中所學(xué)平均速度與之就是并列關(guān)系，這兩個概念都是描述平均快慢的，而瞬時速度和瞬時速率都是描述瞬時快慢的，這二者也是并列關(guān)系。后二者與前二者則是并列關(guān)系，從屬于描述運動的快慢。

基于以上認識，筆者決定采用先行組織者的策略，對高一速度教學(xué)進行一次實驗。實驗所選5個班級是按中考成績均衡派位生成的，各班中考物理均分很整齊，具有可對比性，將筆者任教的班作為實驗班，其他4個不同教師分別任教的班作為對照班。筆者在實驗班教學(xué)中先呈現(xiàn)下述知識結(jié)構(gòu)。

首先告訴學(xué)生初中所學(xué)路程除以時間之比叫平均速率，主要用于描述曲線運動，再講述平均速度、瞬時速度的概念。并且在課堂小結(jié)與下一節(jié)課的課前復(fù)習中多次重復(fù)這一結(jié)構(gòu)圖，目的就是為了讓學(xué)生對初中與高中對平均速度的定義上不產(chǎn)生沖突，讓新舊知識找到恰當?shù)墓讨c。除了這張知識結(jié)構(gòu)圖外，所有班級授課內(nèi)容相同，按教材順序先講解平均速度，再講解瞬時速度，最后進行知識歸納，并把初中概念與高中概念進行對比，布置相同作業(yè)，以保證實驗的有效性。在單元測驗中，筆者設(shè)計了兩道后測題，來檢驗實驗效果。

后測1.如圖，甲、乙、丙三人在圓形操場上散步，他們同時由A點出發(fā)，甲沿圓弧D，乙沿圓弧C，丙一直沿直線。一段時間后，甲乙兩人第一次相遇于B點，此時丙也正好到達B點，以下說法正確的是（ ）

A.甲乙丙三人的平均速率相同

B.甲乙的平均速度大小大于丙的平均速率

C.甲的平均速度大于乙的平均速度，乙的平均速度大于丙的平均速度

D.甲的平均速率大于乙的平均速率，乙的平均速率大于丙的平均速率

后測2.下列說法中正確的是（ ）

A.瞬時速度描述的是物體在一段極短時間內(nèi)的快慢

B.瞬時速度描述的是物體在一段極短位移內(nèi)的快慢

C.物體在某一時刻，因為時間為零，研究物體的速度沒有實際意義

D.如果時間趨近于零，平均速度就等于瞬時速度

為方便對照和數(shù)據(jù)分析，對前測與后測設(shè)置每題5分，總分10分，用SPSS軟件進行實驗班與對照班概念測試成績顯著性差異檢驗，如下表。

從表中可知，實驗班與對照班概念前測成績差異性不顯著，概念后測成績差異性非常顯著，說明實驗有效促進了學(xué)生的概念轉(zhuǎn)變。

雖然課堂教學(xué)只是一個小小的變化，先呈現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)，再按知識結(jié)構(gòu)進行教學(xué)，但是取得了顯著的效果。分析原因，其一，通過知識結(jié)構(gòu)的呈現(xiàn)，將初中平均速度的概念找到了歸宿，既避免了先講授高中平均速度概念馬上帶來的沖突，又給高中平均速度的概念提供了一個較好的固定點。其二，從知識上、下位關(guān)系來看，如果先學(xué)習高中平均速度、瞬時速度等概念，再歸納出知識結(jié)構(gòu)，屬于上位學(xué)習。而先呈現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)再學(xué)習高中概念屬于下位學(xué)習。把上位學(xué)習變成下位學(xué)習，降低了難度。

參考文獻：

張建偉.概念轉(zhuǎn)變模型及其發(fā)展.心理學(xué)動態(tài)，1998（03）：33-37.

注：本文系廣州市荔灣區(qū)教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題《高中物理概念轉(zhuǎn)變的實踐研究》，課題批準號：YB2012-7。

編輯 馬燕萍