例談物理教學中對學生生活概念的處理策略

葉世文

摘要：學生總是帶上生活概念走進物理課堂，如何將生活概念轉化成物理概念是一線老師面臨的課題.本文從教學案例切入，闡述了生活概念的含義、成因及將生活概念轉化成物理概念的策略，供同仁借鑒.

關鍵詞：生活概念；物理概念；轉化

1教學案例

案例1 《牛頓第一定律》教學片斷

師：我們已經學過力的知識和運動知識，人類很早以前就開始思考這樣一個問題：力和運動存在怎樣的關系？今天我們就來研究這個問題.請把橡皮放在桌上，先用手指推它，然后停止推動，觀察橡皮的運動情況.

生：（學生實驗后）用力推就運動，停止用力就停下來.

師：你能嘗試性地說說力和運動的關系嗎？

生1：有力作用物體時物體就運動.例如：生活中要想使運動的自行車繼續前進，需要用力踏自行車腳踏板.

生2：力是使物體運動的原因.穿溜冰鞋，不斷地蹬地，才能使人連續運動下去.

生3：物體的運動需要力來維持.

師：兩千多年前，古希臘學者亞里士多德也思考了這個問題.他的觀點是：必須有力作用在物體上物體才運動，沒有力作用，物體就要停下來.這跟我們剛剛討論的結論相符，也符日常經驗.對這一觀點有無不同意見？舉例說明.

（少數學生舉手）生：投出手的鉛球、踢出去的足球、射出去的子彈……，在力停止作用后，物體還要運動，說明亞里士多德的觀點不正確.

師：說得有道理，還有事例嗎？

生：電動車剎車后，還要滑行.

師：這些事例說明力不是維持運動的原因.那么，為什么剛才從橡皮的實驗中得出力是維持運動的原因呢？請同學們再做一次，仔細觀察、思考、小組討論.

（學生形成認識沖突，帶著問題做實驗，操作更認真，觀察更細心，討論更熱烈）

生4：我發現停止用力后，橡皮還在滑行一小段距離，說明沒有力物體還會運動.

師：人停止用力后實際上是停止了動力，還有什么力對它有影響？

生5：（學生似有醒悟）還有桌面的摩擦阻力對橡皮運動有影響.

師：假設阻力也消失會怎樣呢？（學生猜想）

師：看來物體運動需要力的觀點是錯的，第一個糾正這個錯誤觀點的是伽例略.

接著師引導學生設計小車實驗，學生操作后，推導出牛頓第一定律.

案例2：《阿基米德原理》教學判斷

學生學習稱量法測浮力后，引導學生猜想影響浮力大小的因素，并要求列舉猜想依據，師歸納板書如下：（1）液體的密度ρ液；（2）物體的密度ρ物；（3）物體的體積V物；（4）物體的形狀；（5）物體沒入液體的深度h；（6）物體沒入液體的體積V浸；（7）物體排放液體體積V排；（8）液體的溫度t.

師：我們先來討論猜（3）、（5）、（6）、（7）四者關系.①以上四個猜想中有沒有是同一個意思？學生比較后發現V排、V浸是一回事，去掉猜想（6）；②請同學們思考，船的體積很大，未入水前會受水的浮力嗎？（學生思考后排除猜想（3））；③同學們請將石塊掛在彈簧測力計下，漸漸浸入水，入水后再下降，觀察彈簧測力計讀數（先減小后不變），說明什么問題？（深度不是影響浮力的本質因素，只是通過影響排開液體的體積再影響浮力，去掉猜想（5））.

通過聯想，學生發現液體的溫度變化引起ρ液變化，不是本質因素，去掉猜（8）；對猜想（2），師引導學生設計實驗比較體積相同的鋁、銅塊浸沒水中比較浮力，從而得出浮力與物體密度無關；對于猜想（4），教師引導學生用橡皮泥變成不同形狀浸沒水中做實驗從而排除.

最后，8個猜想只剩下了猜想（1）和猜想（7），教師分別引導學生設計實驗探究得出：浮力大小與ρ液、V排有關.

師：通過以上的實驗和分析，知道浮力的大小只跟液體密度和排開液體體積兩因素有關，能否將這兩個因素合成一個因素呢？

生：能，由m=ρV可知，浮力大小跟物體排開的液體質量有關.

生：由G=mg，說明浮力大小跟物體排開液體重力有關.

師：你認為浮力跟哪個因素之間的關系最簡單？

生：浮力與排開液體重力關系最簡單；因為浮力與重力都是力.

師：有道理，下面來探究浮力與排開液體重力關系……

2反思與探討

21什么是物理生活概念

生活概念又稱“前科學概念”.建構主義認知心理學又形象地稱為“日常概念”，國外有些研究者又稱為“民間概念”（folkcon cept）或“相異構想”（alternat ive framewo）是指學生在學習系統的科學知識之前，頭腦中已對該知識形成的概念、規律、思想方法、邏輯因素等的總和.學生從懂事開始，就按照自己的思想和方式對周圍的許多事物和現象進行解讀，并得出了自認為是的結論.初中生知識經驗有限，辯證思維還不發達，思維的獨立性和批判性還不成熟，對事物的認識往往是表象的、非本質的，因而在走進課堂之前的帶來概念往往與與科學概念之間有距離，有些甚至是錯誤概念.例如：案例1中學生認為“力是維持運動的原因”、“沒有力物體就靜止”；案例2中，影響浮力大小的有“物體在液體中的深度”、“物體浸在水中體積”、“物體的形狀”等多個因素.

22物理生活概念的成因

物理學習中，學生形成概念的途徑很多，可歸納為以下幾點：（1）先入為主的日常生活經驗.例如：案例1中學生由“用力推桌子，桌子就動，停止和力桌子就靜止”等經驗形成“力是維持運動的原因的認識”；案例2中由生活中“人游泳時，涉水越深人感到越輕”等經驗形成“深度可影響浮力大小”的認識.（2）知識的負遷移.數學知識是學習和研究物理學工具，但物理學不同于數學，物理學更重要的是物理事實、物理本質和物理關系.學生由于從小接受數學教育，在思考物理問題時常常有“數學慣性”，以數學關系來理解物理概念.例如，常常將公式“ρ=m1V，常常錯誤的理解為ρ與m成正比，ρ與V成反比.（3）詞語帶來的曲解.概念總是用一定的詞語來記載和標志的，借助詞語可以對感性材料進行抽象和概括，揭露事物的本質屬性.但初中對詞語的理解有時不到位，往往成錯誤認識.例如：“勻速”指的是“速度不變”，因而將“勻速圓周運動”也是“勻速運動”；還有認為重量、質量是一回事.（4）不當的類比.類比是重要的物理思維方式，它是人認識新事物的翅膀，但類比的結果是否正確，需要通過實踐檢驗，學生學習“電流”是借助自來水管中的“水流”進行類比的，靠近水廠的水管中的水壓強大，水管末端壓強小，因而大部分學生已形成電池正極處電流大，負極處電流小”的錯誤認識.

23物理生活概念的處理策略

建構主義者認為：個體的學習過程，是個體自己主動建構知識的過程.在這個過程中，個體通過已有的認知結構對輸入的新信息主動地進行選擇加工和編碼，從而建構自己對新信息的理解.這說明學生走進課堂時頭腦中不是一張白紙，教師面對學生的這些生活概念是無法回避的，只有將其作為實施教學的起點，遵循學生認知規律，將其轉化為“科學概念”.

231暴露和動搖

新課程標準提出，課堂教學應以學生的學習為中心，以學生的“學習”為中心.而要做到以學生為中心，首先要了解學生，了解學生的想法.案例1、案例2教者先讓學生說出自己對研究對象的認識（即猜想），盡管有些猜想是正確的，有些猜想是錯誤的，但它們都是學生自己的知識，是寶貴的教學資源.

面對學生的錯誤認識，教師順藤摸瓜、循循誘導.案例1中學生提出“力是維持運動的原因后”，教師引導學生提出反例：投出的鉛球無推力仍然能運動，然后引導學生帶著目的再做推橡皮實驗；案例2中學生分析猜想（3）時，教師引導學生思考：船體積很大，未入水前受浮力嗎？典型的實驗和精心選擇的反例，使學生的認識發生沖突，錯誤的前概念開始動搖了.

232同化和轉變

生活概念可分為兩類，一類是雖然與科學的物理概念不一致，但提供給一定的預備知識后，再輔之以有關的引導，便不難使他們形成正確的物理概念，從結構上來說，這類概念在學生頭腦里形成不涉及認知結構的轉變，是屬于認知同化過程.如學生頭腦中有“鐵比木頭重”的認識，教師引導學生思考：鐵比木頭重有條件嗎？什么條件？（相同體積），這樣稍加改造后并形成了“密度”的概念.再如案例2中，對于學生猜想（6），猜想（7），教師引導學生比較后合并成V排；案例2中對于猜想（1）（ρ液）、猜想（7）（V排），師引導學生將其合并成一個G排.還有一類前概念，則與科學概念完全相反，教師必須努力使學生原有認知結構完全解體，并建立新認知結構.案例1中，學生通過再做推橡皮實驗認識到前概念“沒有力作用物體就靜止”是錯誤的，接著引導學生分析：推橡皮得出錯誤結論的原因是忽略了阻力對運動的影響，若運動物體既無動力又無阻力又如何呢？最后引導學生設計斜面實驗，推出正確的結論.案例2中對于學生猜想（4）（物理形狀），教師引導學生用橡皮泥改變形狀做實驗，使學生認識到自己的原有認識是錯誤的，最終，引導學生設計實驗探究F浮與G排的關系，最終建立新的科學概念.

233鞏固和強化

生活概念的形成是學生長期生活積累的過程，一旦學生對某些物理現象形成錯誤的前概念，要想轉變是相當困難.歷史上亞里士多德提出了一個錯誤觀點“必須有力作用在物體上才運動，沒有力作用，物體就停下來”，這個錯誤一直延續了2000多年，可見生活概念對認識的影響是多么巨大，因而教師不但要讓學生暴露前概念、轉化前概念，而且要重視新建立的科學概念的鞏固和強化.在學生建立科學概念后要將新概念與錯誤的前概念進行比較；科學概念建立后要將其放在不同的生活情境加以運用.如：阿基米德原理學習之后，可引導學生分析氣球上升過程中浮力變化（ρ空對浮力影響）、分析潛水艇出海時浮力變化？（ρ液影響）、潛水艇下潛時浮力變化（深度影響）、潛水艇露出水面過程中浮力變化（V排影響）等等，盡管這些情境形式不同，但反映的物理本質相同，從不同的角度刺激學生，使學生對科學概念的認識更全面、更豐富、更生活化，逐步消除前概念的負面影響.