初中生“牛頓第一定律”迷思概念調(diào)查與轉(zhuǎn)化策略

洪進(jìn)步

摘 要：概念教學(xué)是物理教學(xué)的重點(diǎn)之一，以初中“牛頓第一定律”的核心概念為例，對(duì)初中生迷思概念進(jìn)行質(zhì)性調(diào)查，分析其迷思成因，提出轉(zhuǎn)化迷思概念的策略。

關(guān)鍵詞：迷失概念；調(diào)查；原因；策略

1 背景與意義

學(xué)生對(duì)于即將學(xué)習(xí)的物理知識(shí)并不是一無(wú)所知、一片空白，而是有了一定的觀(guān)點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)。學(xué)習(xí)者在接受科學(xué)教育前形成的對(duì)客觀(guān)世界的感性印象、積累的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)稱(chēng)為前概念，學(xué)生正式學(xué)習(xí)某一物理知識(shí)前自發(fā)形成的前概念，可能與科學(xué)概念一致，也可能相悖于科學(xué)概念，這些偏離或背離科學(xué)概念的觀(guān)點(diǎn)和認(rèn)識(shí)稱(chēng)為“迷思概念”。

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)是學(xué)生以自己原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，把原有經(jīng)驗(yàn)和新信息進(jìn)行對(duì)比、分析、批判、選擇，對(duì)新信息重新認(rèn)識(shí)和編碼建構(gòu)自己的理解。教學(xué)是為了促進(jìn)學(xué)生從舊觀(guān)念向新觀(guān)念轉(zhuǎn)變，教師的任務(wù)就是選擇能有效促使學(xué)生發(fā)生觀(guān)念轉(zhuǎn)變的教學(xué)策略。學(xué)生原有的迷思概念不但是教學(xué)時(shí)要改變的對(duì)象，而且是概念教學(xué)的起點(diǎn)。概念轉(zhuǎn)變要求將學(xué)生原本具有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)作為新知識(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)，同化或順應(yīng)新的知識(shí)。所以，研究學(xué)生先前的看法與思維方式，弄清楚這些對(duì)學(xué)習(xí)與理解新知識(shí)會(huì)造成什么樣的障礙和影響，是實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變的前提。

在學(xué)習(xí)“牛頓第一定律”之前，學(xué)生通過(guò)小學(xué)自然課、上一單元的學(xué)習(xí)和平常的觀(guān)察、體驗(yàn)，已經(jīng)積累了有關(guān)力與運(yùn)動(dòng)的初步概念，這些就是新課概念教學(xué)的基礎(chǔ)與起點(diǎn)。在學(xué)生已經(jīng)具有的前概念中，有的可以與即將學(xué)習(xí)的新概念相承接，這有利于新概念的同化；有的是錯(cuò)誤的，或者雖然正確卻僅浮于認(rèn)識(shí)的表象，這將會(huì)對(duì)新概念的“順應(yīng)”帶來(lái)沖突與障礙。了解這些前概念中的迷思概念，有助于提升新概念教學(xué)的有效性與針對(duì)性。

2 對(duì)象和方法

2.1 被試

本研究主要通過(guò)一系列的訪(fǎng)談來(lái)調(diào)查“牛頓第一定律”中部分核心概念的前概念。訪(fǎng)談對(duì)象包括：從翔安區(qū)五所中學(xué)隨機(jī)選取的180名學(xué)生。

2.2 研究程序

首先，編制調(diào)查問(wèn)卷。為了編制對(duì)本區(qū)域?qū)W生的調(diào)查問(wèn)卷，研究者先選取對(duì)一所學(xué)校的20名學(xué)生進(jìn)行了預(yù)訪(fǎng)談，了解學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念時(shí)是否受了前概念的影響，和常見(jiàn)的物理前概念及其可能的成因，基于預(yù)訪(fǎng)談的結(jié)果，設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷。

其次，進(jìn)行調(diào)查問(wèn)卷。組織學(xué)生通過(guò)問(wèn)卷星專(zhuān)業(yè)問(wèn)卷工具完成問(wèn)卷內(nèi)容，對(duì)照問(wèn)卷內(nèi)容與統(tǒng)計(jì)結(jié)果作為分析研究。

3 內(nèi)容和結(jié)果

迷失概念如下：90.8%的學(xué)生認(rèn)為“運(yùn)動(dòng)需要力來(lái)維持”， 58.2%的學(xué)生認(rèn)為“力越大速度越快”，51.3%的學(xué)生認(rèn)為“靜止的物體沒(méi)有慣性”，89.8%的學(xué)生認(rèn)為“速度越大，慣性越大”，55.6%的學(xué)生認(rèn)為“慣性是一種力”，39.2%的學(xué)生認(rèn)為“慣性與慣性定律的含義是一樣”。

4 原因分析

4.1 根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)的直覺(jué)推理

學(xué)生從生活經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象，憑著直觀(guān)感受進(jìn)行直覺(jué)推理。比如學(xué)生認(rèn)為力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，是因?yàn)樯钪斜姸喱F(xiàn)象是要推動(dòng)一個(gè)物體必須有力的作用。

4.2 沒(méi)有綜合全部現(xiàn)象便得到結(jié)論

學(xué)生只是針對(duì)個(gè)別現(xiàn)象做出分析便歸納結(jié)論。比如學(xué)生認(rèn)為只有運(yùn)動(dòng)的物體才有慣性，是因?yàn)檫@些現(xiàn)象：跑步比賽時(shí)，到了終點(diǎn)身體還是會(huì)往前沖。自行車(chē)剎車(chē)后仍會(huì)前行。學(xué)生忽略了生活中也有存在靜止的物體也具有慣性的事例。

4.3 不恰當(dāng)?shù)闹R(shí)遷移

學(xué)生學(xué)習(xí)新概念時(shí)把舊的知識(shí)不恰當(dāng)遷移到新情景中，形成負(fù)向遷移。比如學(xué)習(xí)慣性前，由于剛學(xué)習(xí)了力、重力、摩擦力，學(xué)生就會(huì)自然而然的把這些力的學(xué)習(xí)也遷移到慣性，認(rèn)為慣性也是一種力。

4.4 停留于表象或局部的分析

學(xué)生對(duì)物理概念的學(xué)習(xí)，往往只停留在現(xiàn)象表象或局部，沒(méi)能深入分析現(xiàn)象內(nèi)核或概念本質(zhì)。比如有學(xué)生認(rèn)為力越大速度越大，就是因?yàn)閷?duì)物體的受力分析只限于推力而遺落了阻力，缺乏整體分析。

5 轉(zhuǎn)化策略

以探明“力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系”為例。

5.1 探明已有，揭示學(xué)生原有的觀(guān)念

了解學(xué)生已有的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)狀況和思維習(xí)慣，尤其是了解學(xué)生原有概念中那些片面甚至錯(cuò)誤的觀(guān)點(diǎn)與想法，是進(jìn)行概念轉(zhuǎn)化教學(xué)的基礎(chǔ)和前提。可以采用各種診斷措施，如學(xué)前調(diào)查、課前前測(cè)、課堂提問(wèn)、討論交流、課后交流（或后測(cè)）練習(xí)批改等，主動(dòng)搜集反饋信息，有針對(duì)性地了解學(xué)生的概念迷思情況，對(duì)新的教學(xué)實(shí)施有的放矢教學(xué)設(shè)計(jì)有著及其重要意義。

課堂教學(xué)時(shí)，要注重創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生交流討論，讓其有機(jī)會(huì)展示原有的前概念及其依據(jù)，充分暴露迷思概念和深層原因，并設(shè)計(jì)解決方案。在學(xué)生建構(gòu)新概念的過(guò)程，已有的迷思概念轉(zhuǎn)化的同時(shí)也可能衍生新的迷思概念，教師要及時(shí)借助練習(xí)、作業(yè)、考試等各種信息反饋渠道，及時(shí)監(jiān)控學(xué)生迷思概念的變化，并依此適時(shí)調(diào)整教學(xué)策略。

教師演示實(shí)驗(yàn)：在講臺(tái)上用手推動(dòng)物理課本，使其從靜止開(kāi)始慢慢向前運(yùn)動(dòng)，撤去推力，物理課本立即靜止。讓一學(xué)生解釋這現(xiàn)象：物體原來(lái)是靜止的，要讓它運(yùn)動(dòng)，必須施加力，當(dāng)力停止后，物體靜止。說(shuō)明物體受力就會(huì)運(yùn)動(dòng)，不受力就停止。教師通過(guò)巧設(shè)問(wèn)題情境，讓學(xué)生對(duì)事例或現(xiàn)象進(jìn)行解釋故意引出他們前概念迷思部分。但當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)無(wú)法用自己原來(lái)的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)對(duì)某些現(xiàn)象進(jìn)行合理解釋時(shí)就會(huì)產(chǎn)生認(rèn)知沖突，從而產(chǎn)生改變認(rèn)知結(jié)構(gòu)的需要，也就有了糾錯(cuò)的內(nèi)驅(qū)力。這時(shí)候再適時(shí)講授正確的概念學(xué)生就比較容易理解、接受。

5.2 創(chuàng)設(shè)情景，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突

從心理學(xué)角度看，有經(jīng)過(guò)否定質(zhì)疑的知識(shí)，在學(xué)生中就能有較高的確信度。因此，創(chuàng)設(shè)引發(fā)認(rèn)知沖突的教學(xué)情境是轉(zhuǎn)變迷思概念的重要教學(xué)策略，教學(xué)時(shí)針對(duì)學(xué)生的概念迷思，設(shè)計(jì)其“矛”對(duì)其“盾”的教學(xué)對(duì)策，順著學(xué)生的迷思概念邏輯，因勢(shì)利導(dǎo)、借題發(fā)揮，將迷思引向絕路，用無(wú)解的“沖突”動(dòng)搖其頑固的概念迷思，讓學(xué)生產(chǎn)生修正概念意識(shí)，認(rèn)識(shí)到必須轉(zhuǎn)變?cè)瓉?lái)的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，以此為契機(jī)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行認(rèn)知順應(yīng)和概念轉(zhuǎn)變，形成科學(xué)概念。

演示“氣墊滑板”實(shí)驗(yàn)：用手推氣墊滑板，觀(guān)察撤去推力后，氣墊滑板的速度變化情況。氣墊滑板不受推力時(shí)，仍移動(dòng)了很大一段距離才停止。并沒(méi)有因?yàn)闆](méi)有推力而馬上停下，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明了什么？學(xué)生思考、交流后回答，物體運(yùn)動(dòng)不需要力維持。進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考運(yùn)動(dòng)的物體停下來(lái)的真正原因：并不是沒(méi)有力去維持，而是受摩擦力的影響。“解釋推物理課本”的環(huán)節(jié)，讓學(xué)生主動(dòng)暴露自己錯(cuò)誤的前概念“物體運(yùn)動(dòng)需要力的維持”。隨后在“氣墊滑板”實(shí)驗(yàn)中又讓他們意識(shí)到他們的認(rèn)識(shí)是錯(cuò)誤的。這兩個(gè)截然不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象沖突一下子引燃了學(xué)生的思考火花，為下一步的迷思概念轉(zhuǎn)化奠定了良好基礎(chǔ)，教師適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生反思原有的概念迷思，糾正先前的分析物理現(xiàn)象思維方式與方向，對(duì)照前概念與正確概念，將原有的前迷思概念經(jīng)修正后納入未知知識(shí)架構(gòu)，從而進(jìn)行認(rèn)知結(jié)構(gòu)的同化和順應(yīng)，形成正確的觀(guān)點(diǎn)。

5.3 強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)，增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)

感性認(rèn)識(shí)是對(duì)事物的直接反映，是學(xué)習(xí)心理活動(dòng)的基礎(chǔ)，也是學(xué)生實(shí)現(xiàn)迷思概念轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)。在感性認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)識(shí)規(guī)律和心理特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生理解知識(shí)，建構(gòu)科學(xué)概念。迷思概念轉(zhuǎn)變過(guò)程中豐富學(xué)生感性認(rèn)識(shí)的主要途徑是具體事例、實(shí)驗(yàn)與觀(guān)察，學(xué)生通過(guò)觀(guān)察可獲得更豐富、更能反映事物共同特征的感性認(rèn)識(shí)。已有的基于感性認(rèn)識(shí)的正確經(jīng)驗(yàn)與觀(guān)點(diǎn)在建構(gòu)新知識(shí)過(guò)程中有重要作用，很多迷思概念的形成，正是因?yàn)閷W(xué)生缺乏足夠必要的感性認(rèn)識(shí)。這時(shí)，如果仍?xún)H是按知識(shí)的邏輯順序進(jìn)行教學(xué)，則學(xué)生對(duì)概念的理解是膚淺的，充其量是模糊式的認(rèn)同，可能記住了科學(xué)概念的定義，但并沒(méi)有真正理解和內(nèi)化新概念，很可能也保留了部分潛在迷思概念，形成一種模糊混亂的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。一旦遇到一些特定的情境，潛在迷思概念就會(huì)顯露出來(lái)，自然地成為學(xué)生解決問(wèn)題的依據(jù)，這即迷思概念的頑固性和隱蔽性。因此，增加讓學(xué)生觀(guān)察或動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，為學(xué)生提供更多且必要的感性材料，是糾正迷思概念的關(guān)鍵之一。

例如：通過(guò)自制教具伽利略理想斜面完成實(shí)驗(yàn)，切實(shí)轉(zhuǎn)變迷思概念“運(yùn)動(dòng)需要力的維持”，形成科學(xué)概念。完成如下實(shí)驗(yàn)并引導(dǎo)學(xué)生思考原因。①先在斜面軌道上鋪一布條，從左側(cè)斜面上的某一高度處釋放一個(gè)小鋼球觀(guān)察小球的運(yùn)動(dòng)情況，標(biāo)出小球到達(dá)右側(cè)斜面的最高點(diǎn)。②沒(méi)有布條的情況下再做一遍。③將右側(cè)斜面坡度變小一點(diǎn)，再在左側(cè)斜面同樣高度釋放小鋼球，觀(guān)察小球的運(yùn)動(dòng)情況及到達(dá)的最高點(diǎn)。④進(jìn)一步變小右側(cè)斜面高度，發(fā)現(xiàn)小球運(yùn)動(dòng)的距離會(huì)變得越來(lái)越大。當(dāng)右側(cè)斜面變成了水平面，小球會(huì)怎么？通過(guò)演示在物理學(xué)史上具有重要地位的伽利略理想實(shí)驗(yàn)，在獲得大量必要的感性認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生思考、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，運(yùn)用“實(shí)驗(yàn)演示+邏輯推理”取代先前單純的“邏輯推理”方法，形成正確的“力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系觀(guān)。

5.4 深化概念，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維

物理學(xué)概念的形成與發(fā)展過(guò)程，也是物理學(xué)研究方法的形成和發(fā)展過(guò)程。所以，教師要把握好物理概念形成和物理學(xué)研究方法之間的內(nèi)在聯(lián)系，促使學(xué)生在深入理解物理概念的同時(shí)，逐步掌握科學(xué)思維方法。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)生實(shí)現(xiàn)迷思概念向科學(xué)概念轉(zhuǎn)變的主要機(jī)制是順應(yīng)。只有在學(xué)生經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)后認(rèn)為新概念比舊概念包含更本質(zhì)、更深刻的內(nèi)容，學(xué)生才能完全接受新概

念，實(shí)現(xiàn)迷思概念向科學(xué)概念的自覺(jué)轉(zhuǎn)化。物理概念往往蘊(yùn)含著豐富的物理思想和內(nèi)容，學(xué)生在建構(gòu)新概念時(shí)，教師要用分析、比較、歸納、推理等科學(xué)的思維方法訓(xùn)練和指導(dǎo)，教學(xué)時(shí)不僅要有意識(shí)的突出概念的本質(zhì)特征，同時(shí)也要注重引導(dǎo)學(xué)生理解概念的內(nèi)涵與外延。讓學(xué)生感知新概念可靠的科學(xué)基礎(chǔ)和思維方法，認(rèn)知順應(yīng)也得以順利進(jìn)行。

例如：上述教學(xué)已經(jīng)證明了力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，不能就此止步，需要進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考運(yùn)動(dòng)和力究竟是什么關(guān)系呢？播放足球比賽視頻，設(shè)計(jì)如下問(wèn)題：足球由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)、從運(yùn)動(dòng)變?yōu)殪o止，足球的什么發(fā)生了改變？為什么會(huì)發(fā)生這些變化？足球飛到球門(mén)前被另一球員獅子甩頭般頂進(jìn)球門(mén)，足球的什么發(fā)生改變？受到什么作用？通過(guò)分析揭示了力與運(yùn)動(dòng)之間最本質(zhì)的因果關(guān)系“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”。