基于建構(gòu)主義的物理概念轉(zhuǎn)變策略初探

(江蘇省南京市寧海中學，江蘇 南京 210024)

“新知識總是停泊在舊知識的錨樁上”，學生在接受正確的物理概念之前，頭腦里已經(jīng)積累了各種的生活經(jīng)驗、常識和直覺知識，并在學生頭腦中形成了模糊的物理圖景，即前概念，在學習物理時，學生基于這種前概念來建構(gòu)自己對新概念的理解。前概念中有正確的，也有錯誤的，正確的前概念對學生建構(gòu)物理概念有積極作用，而錯誤的前概念會嚴重影響正確概念的建構(gòu)。

學生頭腦中的前概念與新認知發(fā)生作用，能重新建構(gòu)學生的知識。如果建構(gòu)成功，則學生就將知識納入認知結(jié)構(gòu)中的適當部位，這種過程叫做認識結(jié)構(gòu)的“同化”；如果前概念與新知識差別太大或發(fā)生矛盾，則學生必須先對前概念進行修改或重建新的概念，依靠修改或重建后的概念去組織新知識，這個過程叫認識結(jié)構(gòu)的“順應(yīng)”。通過不斷的“同化”和“順應(yīng)”，形成新的物理概念，發(fā)展與完善學生的物理認知。

教學中概念轉(zhuǎn)變的策略就是促使學生頭腦中錯誤的前概念轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W概念的途徑或方法。促進概念轉(zhuǎn)變的教學策略有兩種：一是建立在學生認知沖突基礎(chǔ)上的教學策略；二是以學生前概念為基礎(chǔ)，利用比喻和類比等方式將其擴展到新的領(lǐng)域。建構(gòu)主義理論指導(dǎo)下的探究式教學策略就是前一種策略，這種轉(zhuǎn)變策略的結(jié)構(gòu)如圖1所示，筆者以“落體運動”的教學為例，探討物理概念轉(zhuǎn)變的策略。

圖1

1 引出學生的前概念

學生在學習落體運動之前，已對日常生活中物體下落快慢形成了自己粗淺的認識，他們對落體運動的認識和對落體現(xiàn)象的解釋，并存著科學和不科學兩種成分。教師應(yīng)通過適當方式，讓學生將自己的看法清楚地表達出來，然后再共同鑒別出其中科學的成分和不科學的成分。

教師創(chuàng)設(shè)情境：請學生列舉生活中物體下落的實例。進而提出：重的物體下落得快還是輕的物體下落得快？引出學生對落體運動的前概念：重的物體下落得快。

2 激發(fā)認知沖突

激發(fā)認知沖突是概念轉(zhuǎn)變的核心，即教學中設(shè)法給學生一個“沖突”事實，以動搖其錯誤前概念的基礎(chǔ)。教師在教學中應(yīng)肯定學生對有關(guān)概念認識中的科學成分，并以此作為基礎(chǔ)，針對其認識中的不科學成分，通過學生親手做實驗、教師演示實驗或邏輯推理等方法激起學生的認知沖突。此時學生會渴望明白“事實的真相”，以消除頭腦中的疑惑。

為轉(zhuǎn)變“重的物體下落得快”的“錯誤前概念”，可通過差異性實驗來激發(fā)沖突。

實驗1：讓粉筆頭與紙片從同一高度由靜止開始同時下落。觀察到的現(xiàn)象：粉筆頭先著地。學生的結(jié)論：重的物體下落得快。

由于“重的物體下落得快”這一生活經(jīng)驗存在于一些同學的頭腦中，因此安排本實驗讓學生觀察到“重的物體下落得快”的現(xiàn)象，學生認同原有的錯誤前概念，此時可以介紹亞里士多德關(guān)于物體下落快慢的觀點。

實驗2：取半張紙與一張紙，半張的揉成一團，讓兩者從同一高度由靜止同時下落。觀察到的現(xiàn)象：半張的先著地。學生的結(jié)論：輕的物體下落得快。

實驗2的結(jié)論否定了實驗1的結(jié)論，那么，究竟是重的物體下落得快，還是輕的物體下落得快呢？在學生頭腦中產(chǎn)生了認知沖突。

實驗3：取兩張相同的紙，一張揉成一團，讓兩者從同一高度由靜止同時下落。觀察到的現(xiàn)象：揉成團的先著地。學生的結(jié)論：輕重相同的物體下落快慢不一樣。

實驗中物體下落快慢不是由重量決定的，實驗觀察到的現(xiàn)象和預(yù)想的不一致，使得學生形成了認知沖突，激起了探究的興趣。學生對自己先前所持有的前概念很不滿意，原有認知平衡被打破，產(chǎn)生了改變前概念的愿望。

3 找準時機轉(zhuǎn)變概念

學生概念發(fā)展的本質(zhì)就是概念的轉(zhuǎn)變。當學生因看到其錯誤前概念不起作用(導(dǎo)致預(yù)測失敗)而受到挫折和感受到挑戰(zhàn)時，教師就可以通過實驗結(jié)果的分析、論證說明學生觀點錯誤的原因，最終引導(dǎo)學生以起作用的經(jīng)驗代替不起作用的經(jīng)驗，調(diào)整和糾正他們對周圍世界的看法，實現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變。

實驗1和實驗2的現(xiàn)象容易讓學生得出物體“下落快慢與重力相關(guān)”的錯誤前概念，實驗3又否定了這個前概念，從而激發(fā)學生去分析現(xiàn)象背后的本質(zhì)——空氣阻力的影響。讓學生意識到：正是因為空氣阻力的影響使得落體運動變得異常復(fù)雜，一時難以看清問題的本質(zhì)，從而啟發(fā)學生抓住主要因素——重力，忽略、排除次要因素——空氣阻力，引導(dǎo)學生改進實驗，消除或減弱空氣阻力的影響。

實驗4：牛頓管實驗。觀察到的現(xiàn)象：看到在真空環(huán)境下，錢幣和羽毛同時落地。學生通過分析和實驗檢驗，發(fā)現(xiàn)：忽略空氣阻力時，輕、重物體下落得一樣快，得出結(jié)論：物體下落快慢與其重量大小無關(guān)。

4 深化概念的理解

根據(jù)學生的認知特點，物理概念轉(zhuǎn)變得再成功，錯誤前概念有時也會“卷土重來”，學生對概念的理解往往會回到前概念上，所以需要進一步鞏固和加深理解，課堂上可以通過練習等來達成。

練習：乙同學從10層樓的樓頂同時由靜止釋放兩個大小完全相同的鐵球，結(jié)果甲同學看到兩球不是同時落地。他分析了兩球未能同時落地的原因，你認為下列分析中正確的是( )。

A. 兩球在下落過程中受到的空氣阻力不同，先落地的受空氣阻力小

B. 兩球在下落過程中受到的空氣阻力不同，先落地的受空氣阻力大

C. 兩球下落過程中受到的空氣阻力相同，先落地的是實心球，重力遠大于阻力

D. 兩球下落過程中受到的空氣阻力相同，先落地的是空心球，阻力與重力比，差別較小

總之，在學生錯誤前概念轉(zhuǎn)變的教學中，通過實驗、生活中的實例暴露學生的前概念，創(chuàng)設(shè)認知沖突，造成認知結(jié)構(gòu)的不平衡，促成原有知識結(jié)構(gòu)的順應(yīng)，有效地轉(zhuǎn)變“錯誤前概念”，建構(gòu)科學概念。在教學中應(yīng)用“欲擒故縱”的概念轉(zhuǎn)變策略，應(yīng)該表現(xiàn)為學生這一學習主體在教師引導(dǎo)和幫助下自主地進行創(chuàng)造性、探索性的學習活動，在活動過程中促進學生概念轉(zhuǎn)變，深度理解所學概念。