光學前概念的成因及轉變策略

(廣東省深圳市龍華區教育科學研究院，廣東 深圳 518109)

1 物理前概念概述

學生在學習新的物理知識之前，通過自己的觀察、體驗與思考，形成了關于各種物理現象與過程的理解和認識，這稱之為物理前概念。在這些前概念中，有些是正確的，會有助于學生形成物理概念、掌握物理規律。但有些前物理概念是片面的、甚至是錯誤的，有時會干擾、阻礙學生的學習。因此，了解學生學習相關的物理知識之前已有的前概念，弄清錯誤前概念形成的原因，采取適當的轉變策略顯得尤為重要。

2 初中生光學錯誤前概念及其成因

建構主義認為：“學生并不是空著腦袋走進課堂的”。初中生在學習光學知識之前，由于學生的生活經驗、知識儲備等原因，會存在一些前概念。通過多年的教學實踐和對學生的調查，發現初中生在學習光學知識時存在以下前概念。

2.1 光一定是沿直線傳播的

形成原因：大部分初中生均玩過激光筆，發現射出的激光是沿直線傳播的；還有手電筒、汽車前燈、從投影機射出的光束等發出的光也是沿直線傳播。因此，在初中生的頭腦中就會形成“光一定是沿直線傳播的”的前概念。事實上，光沿直線傳播是有條件的，那就是光要在同種均勻介質中，否則它的傳播方向就要發生改變，如海市蜃樓、池底變淺等現象。

2.2 小孔所成像的形狀與小孔形狀有關

形成原因：很多初中生都知道影子是由于光的直線傳播形成，而且影子的形狀與物體有關，物體是什么形狀，影子就是什么形狀，如手影、樹影、建筑物影子等；小孔成像也是由光的直線傳播形成，因此，學生們會想當然地認為小孔所成像的形狀與小孔有關，小孔是什么形狀，所成的像就是什么形狀，如小孔是正方形的，則透過小孔所成的像就是正方形。

2.3 平面鏡成像時，物近像大，物遠像小

形成原因：幾乎所有的初中生都照過鏡子，知道鏡子的后面會有一個與物體相對應的像，而且還發現：當人靠近鏡子時，鏡子里的像感覺越來越大；反之，當人遠離鏡子時，鏡子里的像感覺越來越小。因此他們認為：平面鏡成像時，物近像大，物遠像小。殊不知：人感覺到的物體大小，除了與物體本身大小有關之外，還與視角有關。

2.4 漫反射不遵守反射定律

形成原因：對于鏡面反射，學生很容易理解它遵守光的反射定律。但對于一束平行光線射到粗糙的反射面上，反射后的光線不再平行，對于這種漫反射現象，學生由于形成了“鏡面反射”的刻板印象，認為漫反射不遵守光的反射定律。

2.5 放大鏡只能成放大的像

形成原因：由于學生還沒有系統學習凸透鏡成像的相關知識，只會從“放大鏡”這三個字的表面含義上去理解它，認為放大鏡只能成放大的像，否則怎么叫“放大鏡”呢？他們不知道放大鏡其實就是一個凸透鏡，能成“等大或縮小或放大”的像。

3 光學前概念的轉變策略

針對上述光學前概念，我們在教學中可采用適當的概念轉變策略，使學生在學習時避免受錯誤前概念的影響，以形成正確的物理概念，掌握物理規律。

3.1 用事實說話

我們常說“事實勝于雄辯”，通過實驗等讓學生觀察直觀的現象，使他們相信這些事實和現象，改變他們頭腦中原有的錯誤的或不當的認知，科學地理解物理概念和原理。物理學是一門以觀察和實驗為基礎的自然科學，具體來說，用事實說話有以下幾種方法。

(1) 觀察法

觀察法是指在自然狀態下，研究者根據一定的研究目的，用自己的感官和輔助工具去直接觀察被研究對象，從而獲得資料的一種方法。如要改變學生中的“放大鏡只能成放大的像”這一前概念，我們可以讓學生拿著放大鏡看自己的手指頭，使其發現：“放大鏡離手指頭的距離不同，所成像的大小不一樣，有時會變大，有時會縮小，有時會一樣大”，從而改變“放大鏡只能成放大的像”的認知。

(2) 實驗法

實驗法是指人為控制條件，利用特定的器具和材料，通過有目的、有步驟的實驗操作，觀察、記錄分析實驗現象，發現或驗證科學結論的一種方法。如要改變學生中的“小孔所成像的形狀與小孔形狀有關”這一前概念，我們可以通過以下實驗來進行。如圖1所示，在蠟燭與光屏之間放置一個帶小孔的不透明板，小孔的形狀分別為三角形、圓形和正方形，通過三種小孔成像，就會發現像是倒立的、蠟燭的形狀，與小孔的形狀無關，從而改變“小孔所成像的形狀與小孔形狀有關”的認知。

圖1

3.2 運用科學推理

科學推理是指通過嚴謹的理論推導，得出新結論的一種方法。如要改變學生中的“平面鏡成像時，物近像大，物遠像小”這一前概念，我們可以根據“平面鏡成等大的像”這一特點進行推理，當人遠離平面鏡時，盡管所成的像看起來越來越小，但我們可以引導學生這樣想：人遠離平面鏡時，人(即物)的大小沒有變化，因此，經過平面鏡所成的像大小也不會變化。從而改變“平面鏡成像時，物近像大，物遠像小”的認知。在此基礎上，可用茶色玻璃、兩個大小相同的棋子做實驗，進一步轉變學生的前概念。

4 結語

物理概念的建構是以學生的前概念為基礎的，教師要了解學生已有的前概念，從學生的現有認知水平出發，真正以學生為中心，采用適當的前概念轉變策略，創設一種引發探究和思考的學習情境，激發有意義的思維沖突，讓學生不斷修正和調整自己的認知，建構正確的物理概念。