高中物理前概念教學初探

劉正斌

概念是高中物理教學中的重要內容，它是同一類物理現象的共性在人腦中的概括和抽象的反映，它既具有一般概念的共性，又具有自身特征。而前概念則是指人在日常生活中通過經驗性積累形成的一種概念，在物理學習中有正遷移和負遷移作用。筆者就高中物理教育為例，探討如何糾正學生的錯誤前概念，提高教學效果。筆者結合自身教學實踐，談談自己的幾點看法。

一、高中物理前概念的特征

1.廣泛性

我們的學生，不管在高中階段還是高中階段，甚至有很多大學理科生中，都有前概念廣泛存在于頭腦中。并且學生在學習物理之前已有了十多年的生活經驗，接觸了許多物理現象，頭腦中自發形成的前概念所涉及的范圍相當廣泛。當然，這種廣泛性是相對的，他們對感性的、日常生活經常接觸到的事物形成了較多的前概念，而對那些比較抽象的物理知識，則很少有前概念。如學生對力學、熱學和幾何光學均有著較多的前概念，而對電學則很少有前概念。

2.自發性

學生大腦中的前概念，緣起于學生長期、大量的對日常生活的觀察與感知，這些經驗在其大腦中逐漸深化發展，經過感覺、知覺、表象階段最終形成概念。學生在其大腦里構建前概念時，完全是自發性的，沒有人教他這個問題應該是這樣、那個問題應該是那樣，他完全是站在自己的立場上，憑自己的感性經驗進行構建。因此，前概念是學生自己的精神財富，他們依靠這些前概念去解釋各種物理現象。

3.頑固性

前概念是學生長期經驗的積累結果，在學生頭腦中印象深刻，可謂根深蒂固。用傳統的教學方法給予更正，這些概念顯得頑固不化。一些研究表明，一旦學生對某些物理現象形成了前概念，要想加以轉變是相當困難的。

二、高中物理前概念的方法

1.克服消極影響

物理前概念對物理學習既有積極的作用也有消極的作用。正確的物理前概念是物理學習的良好基礎和鋪墊，它的正遷移作用可成為物理概念學習的資源和概念學習的新的增長點，可使學生盡快地掌握新的概念和知識結構。如學生在學習物理前己對生活的一些物理現象和規律有所了解：在熱學方面，他們有了冷熱的不同感覺；在光學方面，他們對照相機照相，近遠視眼鏡，馬路上的油膜色彩等充滿了好奇……對這些己知的物理現象的了解和好奇是新知識學習的基礎。有助于激發他們進一步學習物理的興趣，促進科學物理概念的建構和意義學習。但是在一些情況下，對物理現象，過程，材料的片面或錯誤理解而產生的前概念，將會成為學生學習物理的障礙，這些錯誤的前概念如果得不到及時糾正，將影響對物理新知識的同化和順應，甚至歪曲新知識的意義。使學生形成錯誤的思維，變成物理學習的障礙，學生會覺得物理難學。如“力是維持物體運動的原因”的錯誤觀念，使得學生認為踢出去的足球在空中還受到一個向前的力的作用；斜面上下滑的物體受到一個下滑力的作用；作圓周運動的物體受到一個特有的向心力的作用等。這影響了力學部分的學習和力學知識體系的建立。

2.進行分層理解

物理概念的分層理解的策略就是指在各種物理現象中，首先是這類現象的核心問題，然后抓住事物的本質特征分析歸納出現象本質的共性，再經過抽象概括得出抽象概念，進而深入理解應用概念。該策略的實施程序是：①明確物理現象；②分析概括；③得出結論；④理解應用。

例如，學習動量的概念：①可以先讓學生明確物理現象：大人與小孩相撞，誰會被撞倒？②分析概括：物體的運動效果不單由質量或速度決定，而由它們的乘積mv來決定；③得出結論：物體的質量和運動速度的乘積叫物體的動量，即P=mv；④理解運用：a.動量是矢量，其方向與速度方向相同，其運算符合平行四邊形法則；b.動量是狀態量，對應某一位置或某一時刻；c.動量具有相對性，因為速度具有相對性，一般選擇慣性參考系；d.動量的物理意義是：描述物體運動狀態和效果的物理量，其單位是千克·米/秒。

3.利用變式例證

布魯納認為，學生在其中經歷某件事情越是多樣，就越有可能把該事情與其他事件聯系起來，多種多樣的訓練，有助于增強各事物之間的共同之處，指出每一事物的獨特之處。變式可提供大量包含某一物理概念的不同事例，包括正面的和反面的例子，如壓力、拉力、支持力等都是“彈力”這個概念的肯定例證，重力、摩擦力是“彈力”的否定例證。彈簧振子、懸浮在水面上的木塊在其平衡位置附近的運動、懸掛在豎直平面內的小球在擺角很小的情況下的運動都是簡諧振動的肯定例證，地面上做上下運動的小球是簡諧振動的否定例證。變式往往具有物理概念的相同本質但具有不同形式，通過對物理概念的足夠數量的不同變式的徹底練習，使學生能形成正確的概括，有助于轉變錯誤的前概念和科學概念的掌握及知識的遷移。

4.開展合作學習

大多數科學教育工作者的實驗研究表明：同輩間的合作學習優于個體單獨學習。在合作學習中，學生間，師生間的口頭交流是教學樞紐，可使學生大腦中的思考和推理過程外觀化，同時可以幫助教師考查學生所掌握的概念與物理科學概念之間的差距，使學生對概念的認知水平在學生討論及教師對概念的講解中不斷提高，其錯誤的物理概念也會漸漸變成科學的物理概念。

合作學習旨在挑戰他們已有的概念并引導他們在必要的時候修正他們的前概念，它可以克服個體知覺系統的局限性。學生與學生之間通過合作、交流與討論，使他們超越自己原來狹隘的認識，了解彼此的見解，了解那些不同觀點的基礎。而且，在合作學習中，每個學生都是積極的參與者，在自由平等、相互信任的氣氛中最適宜表達各種荒誕的觀念，這些荒誕的觀念有些是自相矛盾的，在激烈的爭論和積極的思考中，常常會促使他們認識到自己原有認識的片面性和不合理之處并萌發一些新的猜想，這些猜想往往已經走進真理的邊緣。

總之，對于高中物理前概念，并不能全盤否定，必須一分為二地分析對待。學生基本正確但不全面的前概念，可加以利用、生成新概念；錯誤的前概念，應轉化為科學的概念。對高中物理教師來說，了解和研究學生已經具備的前概念，充分地挖掘、恰當地利用或轉化這些前概念，教學工作將取得事半功倍的效果。