錯誤前概念的智慧突破

胡曉強

(平湖中學，浙江 嘉興 314200)

前概念是指人們在日常生活中通過經驗性積累形成的一種概念,而錯誤前概念往往是學習者潛意識中的與科學理論相違背的部分,在物理學習中有負遷移作用.筆者就下列幾種學生中常見的錯誤前概念類型為例,探討如何智慧突破錯誤前概念,從而提高物理教學效果.

1 思維方法型

圖1

案例1.如圖1所示,用兩根細繩AB和AC系一重為G的重物,兩繩和水平線的夾角分別為α和β,其中α=30°,β=60°,求繩AB和AC的拉力F1和F2各是多少?

出乎意料的是,即使學生已經掌握了力的圖示,對力的平行四邊形法則也有了前期的學習,但學生腦海中潛意識里的前概念負遷移還是導致了多種意想不到的錯誤.

圖2

圖3

錯誤2:仍舊直接將繩長當做繩子拉力的大小,并“生硬”地作出所謂的平行四邊形(如圖3),再根據“平行四邊形法則”以及幾何關系，求解得F1=Gcosα，F2=Gcosβ這樣的錯解.

原來,大多數學生為了湊成一個平行四邊形而盲目地構造矢量關系,出現這種問題的根源在于多數初學者都存在一些固化的思維方法型前概念錯誤,學生沒有準確把握矢量思維和平行四邊形法則,抽象思維薄弱,想當然地根據自己的潛意識理解解題,并且在分析問題時試圖用模糊的前概念理解來填補自身能力上的缺失,從而造成認知偏差.

此時,教師應進行引導突破:大家都將AB和AC的繩長當作拉力F1和F2的大小,這樣對嗎?

學生甲:細想一下,感覺不對，假如保持其他量不變,增加繩長使B點無限向左側移動,則繩AB將趨于無窮長,而根據生活經驗,繩子的拉力根本不會無窮大.

學生乙:雖然繩AC較短,但感覺承受的拉力反而較大,若圖1中繩AC趨于豎直,則重物重力將全部由繩AC承擔.

教師實驗突破:按圖1結構準備實驗裝置,其中細繩AB和AC由承受力較弱的較細棉線充當,重物G由小沙桶代替.

教師緩慢向桶中注入細沙,學生凝神屏息、聚精會神地注視著實驗進程,細繩AB和AC好比心弦一般扣動著學生好奇心,短的細繩AC突然斷裂的一剎那,隨著全班學生“啊!”的一聲驚叫,“繩長當做拉力的大小”的錯誤認識頓時煙消云散.

圖4

此時教師乘勢分析： 本案例為力的平衡中應用平行四邊形法則解題,貼近我們的日常生活,對重物進行受力分析，根據三力平衡,F1、F2的合力與重物重力G等大反向,運用平行四邊形法則(如圖4),即可求解兩繩上的拉力大小,即F1=Gsinα，F2=Gsinβ.由于有了先期的思維辨析和實驗演示,學生對于此正確方法的理解掌握就顯得易于接受,對于“繩長即為受力大小”的前概念錯誤突破也就水到渠成了.

教師在課堂上應重視學生將“繩長即為受力大小”的錯誤前概念,認真分析學情,用耐心和責任心去幫助學生克服局限的潛意識,不斷創設思考討論、情境實驗等多種方式,引導學生逐漸適應矢量思維方式,幫助學生完成矢量思維這個華麗的轉身.[1]

2 生活經驗型

案例2.觀看過山車視頻(圖5)——過山車是一項深受青年人喜歡的娛樂項目,相信不少學生也體驗過過山車的驚險和刺激.視頻結束后,學生意猶未盡,教師及時拿出好比是過山車軌道的實驗裝置(如圖6),小球相當于過山車,現將小球從A處釋放,讓大家猜測一下小球能否到達與A點等高的B處?

圖5

圖6

過山車是學生感興趣的內容,課堂結合過山車的視頻及實驗模型,有利于吸引學生對于問題的注意力,學生對感興趣的問題自然會踴躍地表達自己的觀點,這為問題的討論做了很好的鋪墊,大家討論積極踴躍.

學生甲:小球在下滑的過程中機械能守恒,當小球達到最高點時動能為0,因此可以達到相同的高度.

學生乙:由于實際存在空氣阻力,所以小球有能量損失,因此到達的高度比B處略低,但也相差不多.

教師適時進行實驗演示:請甲同學上來操作實驗,檢驗實驗結果是否與自己的預測相同.結果發現小球沒到達最高點就掉下來了,學生們的反應都比較驚訝.

教師不急于指出問題癥結所在,索性放慢教學進度,讓學生進一步自由討論.

學生丙:摩擦力的因素肯定有,但由于該裝置的摩擦力很小,而實驗現象中小球很早就脫離軌道了,說明摩擦力不是主要的原因.

學生丙:以前遇到的伽利略理想斜面演示器模型(如圖7),由于斜面與平面均光滑,忽略能量的損失,從左側斜面A處靜止釋放的小球是能夠到達右側等高處B的.

圖7

教師拓展:現在要使小球可以到達圓軌道的最高點,請同學們計算一下小球的釋放點在哪?

學生甲:根據機械能守恒及小球最高點的速度可得

教師:請你上來做一下實驗,從你確定的釋放點釋放,觀察結果.

學生甲:實驗結果表明小球能到達最高點.

由于其產生原因的復雜性,對于“生活經驗型”錯誤前概念,要改變它并不容易,但我們可以通過創設特定的情境,采用適當的教學方法與策略,使學生在認識到原有概念的錯誤后能接受新的概念,最終達到轉化錯誤概念的目的,同時也使我們的教學更加生動有效.[2]

圖8

3 實際應用型

案例3.如圖8,裝滿水的瓶子水平放置,瓶子內有一氣泡,當瓶子突然向前運動時,氣泡相對瓶子將如何運動?[3]

錯誤認識:初中已經學過慣性概念,瓶中氣泡由于慣性,要保持原來的靜止狀態而“留在原處”,因此氣泡相對瓶子將向后運動.

對學生來說,已有初中“慣性知識”的儲備,簡單不過的物理情境,相當熟悉的生活經驗(實際汽車突然啟動后乘客也是向后倒)等,導致學生幾乎千篇一律地給出如此“標準”的結論.

此時,筆者意識到,接下來對學生錯誤認知的釋疑,若僅從教師層面向學生點出題目的關鍵點“氣泡質量小慣性小”,而不加以重點突破理解的話,學生對“慣性”的本質認知可能會停留在囫圇吞棗、一知半解的尷尬境地.

于是,筆者不急于用“慣性知識”解釋分析,而是先設問:本題中的“氣泡”與以往相比有什么“玄機”?

大家把目光重新回到情境本身,或若有所思,或竊竊私語,或交互討論,進而伴隨著一段短暫的沉寂后,一些學生紛紛恍然大悟:“水中氣泡”的密度比水要小.

教師乘勢追問:那“氣泡”密度小具體會有什么表現形式呢?

學生甲:同樣體積的“水泡”和“氣泡”,因為“水泡”的密度大、質量大、慣性大,更容易保持原來的靜止狀態而留在“原處”,而“氣泡”就被“擠”到了前面,因此氣泡相對瓶子將向前運動.

學生乙:分析得很有道理,我們還可以用自己帶的水瓶來實際演示驗證.

說完,大家也都紛紛就將自己隨身攜帶的水瓶橫在課桌上快速前推,果然清楚地看到了氣泡的前移，將整個課堂氣氛推向了高潮.

圖9

此時教師再乘勢拓展:如圖9,一只盛水容器固定在一個小車上,在容器中分別懸掛和拴著一只鐵球和一只乒乓球,容器中的水和鐵球、乒乓球都處于靜止狀態.當容器隨小車突然向右運動時,兩球相對小車的運動狀況是怎樣的?

學生幾乎都得出了“鐵球向左,乒乓球向右”的正確結論.

學生自主地經歷以上物理情境的分析和討論探究過程,對“慣性”的認知理解,肯定會透徹到位,原理也一清二楚,而其中起關鍵作用的因素,正是其中涉及的對學生已有前概念認知的思考、突破,這比單純地將“慣性”知識理論講解,“完美”地給出標準答案,不僅更符合學生的認知規律、更符合教育的科學性,而且能使學生更能全方位、融會貫通地來突破“慣性”認知的前概念錯誤,達到了“懂了一道題,就懂了一類題”的良好教學效果.

4 結束語

總之,對于以上各種類型的錯誤前概念,教師若能了解學生的錯因所在,充分地挖掘、恰當地利用或轉化這些前概念,并運用一定的教學方式進行智慧突破,則教學工作將取得事半功倍的效果.[4]

參考文獻：

1 林潔清.初高中物理銜接之矢量教學的探討[J].中學物理,2016(9)： 26-27.

2 周佳.淺談學生前概念中錯誤概念的轉化[J].中學物理,2016(1)： 26-27.

3 浙江省教育廳教研室.浙江省普通高中新課程作業本·物理必修1[M]. 杭州:浙江教育出版社,2008:78.

4 劉正斌.高中物理前概念教學初探[J].教學研討,2017(3)：74.